羥基等自由基殺滅醫(yī)療廢水中病菌的實驗研究

徐欣 彭鴻彬 吳清森 依成武 劉蘋萱

【摘 ?要】本文采用強電離放電產(chǎn)生的羥基（·OH）等自由基處理含病菌的醫(yī)療廢水，考察了大腸桿菌及枯草芽孢桿菌的初始濃度、·OH濃度、循環(huán)流量等單因素對·OH降解細菌的影響。實驗結(jié)果表明：隨著循環(huán)流量的增加，細菌殺滅率增加，但5L/min 后對其影響不大;·OH濃度的增加，細菌的殺滅率迅速提高;隨著菌液初始濃度增加，其殺滅速率減小，但18min后可幾乎完全降解所有病菌;增加反應時間，細菌殺滅率明顯增大。在循環(huán)流量10L/min，反應溫度25℃，羥基溶液濃度2.25mg/L，大腸桿菌菌液濃度3.68×106cfu/mL，枯草芽孢桿菌菌液濃度4.56×106cfu/mL時，殺滅率高達100%。

【關(guān)鍵詞】羥基自由基;醫(yī)療廢水;大腸桿菌;枯草芽孢桿菌;殺滅率

中圖分類號：X505 ? 文獻標識碼：A

引言

醫(yī)療廢水中含有大量的病原細菌，其具有空間污染、急性傳染和潛伏性傳染的特征。由于沒有嚴格的制度，我國的一般醫(yī)院很少對有毒有害污水污物進行分離。很多病毒源攜帶著大量的致病菌通過沖洗水進入下水道，如果直接混入市政排水管網(wǎng)將給生活污水的處理帶來巨大的困難，且醫(yī)療廢水中的病菌環(huán)境理化因素抵抗力強，在天然環(huán)境中的存活率較高，因此，醫(yī)療廢水必須經(jīng)過單獨的消毒處理除去有毒有害成分。由于受經(jīng)濟條件的限制，我國很難在大范圍內(nèi)建立完整獨立的有毒有害污水污物處理系統(tǒng)，那么醫(yī)療污水的處理就成為一個嚴重的問題[1]。

高級氧化技術(shù)是以產(chǎn)生·OH為主要氧化劑的綠色氧化技術(shù)，·OH具有氧化能力極強，使水中有機物完全降解，且反應速度快、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點[2]。本文以大腸桿菌和枯草芽孢桿菌代表細菌繁殖體和細菌芽孢作為研究對象，采用大氣壓強電場電離放電產(chǎn)生高濃度·OH進行去除醫(yī)療廢水中細菌的研究，通過單因素靜態(tài)殺菌和動態(tài)殺菌的方法來考察不同條件下羥基自由基對細菌殺滅效果的影響，這些不同條件包括循環(huán)流量、羥基自由基濃度、初始含菌量等，為該方法的工業(yè)化應用提供依據(jù)。

1材料與設備

1.1實驗裝置

實驗裝置如圖1所示，強電離放電可以獲得折合電場強度大于500Td，電子的平均能量大于13eV，電子密度1015/cm3，這些足以使氧、水分子發(fā)生激發(fā)、超激發(fā)和電離、離解反應生成·OH。在強電離放電，每加入100eV能量就可以產(chǎn)生5.5個·OH和2.75個e-aq（水合電子），共可產(chǎn)生8.25個以上的·OH，產(chǎn)生·OH數(shù)目是弱電離放電的10余倍，從而產(chǎn)生了高濃度的·OH[3]。同時使用了高效氣液溶解裝置，提高了傳質(zhì)效率，產(chǎn)生的·OH比值濃度可高達2.33mg/L。

1.2 試驗試劑

蛋白胨，氯化鈉，牛肉浸膏，瓊脂粉，氫氧化鈉，鹽酸，碘化鉀，硫代硫酸鈉，硫酸，乙醇，戊二醛等。

1.3儀器和設備

電子天平，pH計，羥基溶液產(chǎn)生設備，高壓蒸汽滅菌鍋，氣溶恒溫振蕩器，超凈化工作臺，水浴鍋，數(shù)字式移液槍，微型渦旋混合儀，恒溫培養(yǎng)箱，臺式高速離心機，S-4800場發(fā)射掃描電子顯微鏡

1.4分析方法

·OH溶液質(zhì)量濃度參考CJ/T 3028.2—94《碘量法》進行測定，測定臭氧水濃度后，換算成羥基自由基比值濃度（mg/L），羥基濃度=0.26183臭氧水的濃度[3]。采用平板菌落計數(shù)法檢測水樣中細菌含量。

2實驗結(jié)果及分析

2.1循環(huán)流量對殺菌效果的影響

實驗條件：羥基溶液濃度2.33mg/L，大腸桿菌菌液濃度5.89×106cfu/mL，枯草芽孢桿菌菌液濃度6.22×106cfu/mL，pH值為7.2，反應溫度25℃。實驗結(jié)果如圖2、圖3所示。

實驗考察了循環(huán)流量為1L/min、2L/min、5L/min、10L/min時殺菌率隨時間的變化。由圖2、圖3可知：當羥基溶液對大腸桿菌處理5S，循環(huán)流量是1L/min時，大腸桿菌的殺滅率為43.51%;當循環(huán)流量10L/min時，殺滅率為56.32%，處理35s后殺滅率均可達到100%。羥基溶液對枯草芽孢桿菌處理3min，循環(huán)流量是1L/min時，枯草芽孢桿菌的殺滅率為65.71%;循環(huán)流量為10L/min時，殺滅率為73.62%，處理18min后，枯草芽孢桿菌的殺滅率均為99.99%。由此可見，隨著循環(huán)流量的增加，殺菌率也隨之提高。不同循環(huán)流量下羥基溶液對大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的殺滅率均隨反應時間的延長而提高，循環(huán)流量增大，則殺滅速率越高，但當循環(huán)流量增加到一定程度，循環(huán)流量對細菌的殺滅效果影響不大。18min內(nèi)，·OH可將細菌全部殺滅。

2.2 羥基自由基溶液濃度對殺菌效果的影響

實驗條件：循環(huán)流量10L/min，反應溫度25℃，初始pH值7，大腸桿菌菌液濃度3.68×106cfu/mL，枯草芽孢桿菌菌液濃度4.56×106cfu/mL。實驗結(jié)果如圖4、圖5所示。

實驗考察了羥基濃度0.23mg/L、0.56 mg/L、1.12mg/L、2.29mg/L時降解率隨時間的變化。由圖4、圖5可知：羥基溶液對大腸桿菌處理30S后，當羥基溶液的濃度是0.23mg/L時，大腸桿菌殺滅率為82.16%;當羥基溶液的濃度是2.25mg/L時，，殺滅率為100%。對枯草芽孢桿菌處理18min后，當羥基溶液的濃度是0.23mg/L時，殺滅率為87.29%;當羥基溶液的濃度是2.25mg/L時，殺滅率為99.99%。由此可見，隨著羥基自由基濃度增高，細菌殺滅率顯著提高;若延長反應時間，細菌殺滅率會繼續(xù)提高，但反應速率會下降。

2.3初始含菌量對殺菌效果的影響

實驗條件：循環(huán)流量10L/min，反應溫度25℃，初始pH值7，大腸桿菌菌液濃度6.31×106cfu/mL，枯草芽孢桿菌菌液濃度7.56×106cfu/mL，羥基溶液濃度2.25mg/L。實驗結(jié)果如圖5、圖6所示。

實驗考察了初始含菌量為6.31×106cfu/mL、6.31×105cfu/mL、6.31×104cfu/mL時殺滅率隨時間的變化。由圖5、圖6可知：羥基溶液對大腸桿菌處理5S，在菌液濃度為6.31×106cfu/mL時，大腸桿菌的殺滅率為47.36%;在菌液濃度為6.31×104cfu/mL時，殺滅率為56.78%，處理30S，殺滅率均達到100%。羥基溶液對枯草芽孢桿菌處理3min，在菌液濃度為7.56×106cfu/mL時，.枯草芽孢桿菌的殺滅率為62.29%;在菌液濃度為7.56×104cfu/mL時，殺滅率為70.93%，處理18min，殺滅率則為98.96%和 99.99%。由此可見，在一定的菌液濃度范圍內(nèi)，羥基溶液對細菌的殺滅率隨初始含菌量的增加而降低;若延長反應時間，細菌的殺滅率會繼續(xù)提高，但反應速率會下降。

3 結(jié)論

采用強電離放電的方法產(chǎn)生高濃度的·OH等自由基溶液來處理醫(yī)療廢水的病菌具有非常好的處理效果，為今后·OH處理醫(yī)療廢水中病菌的的工業(yè)化應用提供了依據(jù)。在羥基溶液濃度2.33mg/L、大腸桿菌菌液濃度5.89×106cfu/mL、枯草芽孢桿菌菌液濃度6.22×106cfu/mL、pH值7.2、反應溫度25℃的條件下，18min內(nèi)·OH可將細菌幾乎全部降解。隨著初始含菌量的增加，其殺滅率減小;隨著羥基溶液濃度與循環(huán)流量的增大，細菌的殺滅率明顯增大，但循環(huán)流量增加到一定程度后便影響不大。

基金項目：江蘇省科技支撐計劃（社會發(fā)展）項目——用于水質(zhì)突變應急處理的羥基自由基應用技術(shù)研究（批準號：BE2011732）

參考文獻：

[1] 牛住元，王燾.我國醫(yī)院污水處理現(xiàn)狀的淺析與思考[J].工業(yè)C，2015（4）：151-152.

[2] Yang Li，Rongjie Yi，Chengwu Yi，et al.Research on the degradation mechanism of pyridine in drinking water by dielectric barrier discharge[J].Journal of Environmental Sciences，2017，53：238-247.

[3] Hong Zhao，Chengwu Yi，Rongjie Yi，et al.Research on the degradation mechanism of dimethyl phthalate in drinking water by strong ionization discharge[J].Plasma Science and Technology，2018，20（3）：1-9.

作者簡介：

徐欣（1999.12-），女，漢族，江蘇大豐人，本科生，主要從事醫(yī)療廢水處理研究。

（作者單位：江蘇大學環(huán)境與安全工程學院）