羥基等自由基殺滅醫(yī)療廢水中病菌的實(shí)驗(yàn)研究

徐欣 彭鴻彬 吳清森 依成武 劉蘋萱

【摘 ?要】本文采用強(qiáng)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(duì)·OH降解細(xì)菌的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著循環(huán)流量的增加，細(xì)菌殺滅率增加，但5L/min 后對(duì)其影響不大;·OH濃度的增加，細(xì)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(yīng)時(shí)間，細(xì)菌殺滅率明顯增大。在循環(huán)流量10L/min，反應(yīng)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(shí)，殺滅率高達(dá)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(hào)：X505 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

醫(yī)療廢水中含有大量的病原細(xì)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(yán)格的制度，我國(guó)的一般醫(yī)院很少對(duì)有毒有害污水污物進(jìn)行分離。很多病毒源攜帶著大量的致病菌通過沖洗水進(jìn)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(qiáng)，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(dú)的消毒處理除去有毒有害成分。由于受經(jīng)濟(jì)條件的限制，我國(guó)很難在大范圍內(nèi)建立完整獨(dú)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(gè)嚴(yán)重的問題[1]。

高級(jí)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(qiáng)，使水中有機(jī)物完全降解，且反應(yīng)速度快、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)[2]。本文以大腸桿菌和枯草芽孢桿菌代表細(xì)菌繁殖體和細(xì)菌芽孢作為研究對(duì)象，采用大氣壓強(qiáng)電場(chǎng)電離放電產(chǎn)生高濃度·OH進(jìn)行去除醫(yī)療廢水中細(xì)菌的研究，通過單因素靜態(tài)殺菌和動(dòng)態(tài)殺菌的方法來考察不同條件下羥基自由基對(duì)細(xì)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(yīng)用提供依據(jù)。

1材料與設(shè)備

1.1實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，強(qiáng)電離放電可以獲得折合電場(chǎng)強(qiáng)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(yīng)生成·OH。在強(qiáng)電離放電，每加入100eV能量就可以產(chǎn)生5.5個(gè)·OH和2.75個(gè)e-aq（水合電子），共可產(chǎn)生8.25個(gè)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(shí)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(dá)2.33mg/L。

1.2 試驗(yàn)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(shè)備

電子天平，pH計(jì)，羥基溶液產(chǎn)生設(shè)備，高壓蒸汽滅菌鍋，氣溶恒溫振蕩器，超凈化工作臺(tái)，水浴鍋，數(shù)字式移液槍，微型渦旋混合儀，恒溫培養(yǎng)箱，臺(tái)式高速離心機(jī)，S-4800場(chǎng)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(jìn)行測(cè)定，測(cè)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(jì)數(shù)法檢測(cè)水樣中細(xì)菌含量。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1循環(huán)流量對(duì)殺菌效果的影響

實(shí)驗(yàn)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(yīng)溫度25℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示。

實(shí)驗(yàn)考察了循環(huán)流量為1L/min、2L/min、5L/min、10L/min時(shí)殺菌率隨時(shí)間的變化。由圖2、圖3可知：當(dāng)羥基溶液對(duì)大腸桿菌處理5S，循環(huán)流量是1L/min時(shí)，大腸桿菌的殺滅率為43.51%;當(dāng)循環(huán)流量10L/min時(shí)，殺滅率為56.32%，處理35s后殺滅率均可達(dá)到100%。羥基溶液對(duì)枯草芽孢桿菌處理3min，循環(huán)流量是1L/min時(shí)，枯草芽孢桿菌的殺滅率為65.71%;循環(huán)流量為10L/min時(shí)，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(duì)大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的殺滅率均隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，循環(huán)流量增大，則殺滅速率越高，但當(dāng)循環(huán)流量增加到一定程度，循環(huán)流量對(duì)細(xì)菌的殺滅效果影響不大。18min內(nèi)，·OH可將細(xì)菌全部殺滅。

2.2 羥基自由基溶液濃度對(duì)殺菌效果的影響

實(shí)驗(yàn)條件：循環(huán)流量10L/min，反應(yīng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5所示。

實(shí)驗(yàn)考察了羥基濃度0.23mg/L、0.56 mg/L、1.12mg/L、2.29mg/L時(shí)降解率隨時(shí)間的變化。由圖4、圖5可知：羥基溶液對(duì)大腸桿菌處理30S后，當(dāng)羥基溶液的濃度是0.23mg/L時(shí)，大腸桿菌殺滅率為82.16%;當(dāng)羥基溶液的濃度是2.25mg/L時(shí)，，殺滅率為100%。對(duì)枯草芽孢桿菌處理18min后，當(dāng)羥基溶液的濃度是0.23mg/L時(shí)，殺滅率為87.29%;當(dāng)羥基溶液的濃度是2.25mg/L時(shí)，殺滅率為99.99%。由此可見，隨著羥基自由基濃度增高，細(xì)菌殺滅率顯著提高;若延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，細(xì)菌殺滅率會(huì)繼續(xù)提高，但反應(yīng)速率會(huì)下降。

2.3初始含菌量對(duì)殺菌效果的影響

實(shí)驗(yàn)條件：循環(huán)流量10L/min，反應(yīng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5、圖6所示。

實(shí)驗(yàn)考察了初始含菌量為6.31×106cfu/mL、6.31×105cfu/mL、6.31×104cfu/mL時(shí)殺滅率隨時(shí)間的變化。由圖5、圖6可知：羥基溶液對(duì)大腸桿菌處理5S，在菌液濃度為6.31×106cfu/mL時(shí)，大腸桿菌的殺滅率為47.36%;在菌液濃度為6.31×104cfu/mL時(shí)，殺滅率為56.78%，處理30S，殺滅率均達(dá)到100%。羥基溶液對(duì)枯草芽孢桿菌處理3min，在菌液濃度為7.56×106cfu/mL時(shí)，.枯草芽孢桿菌的殺滅率為62.29%;在菌液濃度為7.56×104cfu/mL時(shí)，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(duì)細(xì)菌的殺滅率隨初始含菌量的增加而降低;若延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，細(xì)菌的殺滅率會(huì)繼續(xù)提高，但反應(yīng)速率會(huì)下降。

3 結(jié)論

采用強(qiáng)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(yīng)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(yīng)溫度25℃的條件下，18min內(nèi)·OH可將細(xì)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(xì)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(xiàng)目：江蘇省科技支撐計(jì)劃（社會(huì)發(fā)展）項(xiàng)目——用于水質(zhì)突變應(yīng)急處理的羥基自由基應(yīng)用技術(shù)研究（批準(zhǔn)號(hào)：BE2011732）

參考文獻(xiàn)：

[1] 牛住元，王燾.我國(guó)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(jiǎn)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(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院）