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电化学灭菌的试验研究

发布:多吉利        来源:www.duojili.cn  

电化学灭菌的试验研究

1 前言

对大型自来水厂,目前国内大多采用液氯消毒,而小型净水系统,目前常用的消毒方法有紫外辐射、臭氧、超滤、反渗透等,但鉴于这些方法或技术复杂,或费用较高,人们仍致力于简单有效灭菌方法的研究开发。

电化学方法消毒,主要是运用电解过程中产生的杀和剂灭细菌,这一方法同时还能脱色、祛臭、分解有机物,增加溶解氧,因而被认为是一种有前途的方法。电化学方法在含菌污水处理中已有不少报导,但应用于饮用水消毒的研究还未见报导。

该研究运用间歇电解槽,采用不同电机有材料,研究了生活饮用水的电化学灭菌过程,分别考察了电解时间,电流密度,电极材料对灭菌效果的影响,并鉴定了经电化学处理后水的持续杀菌能力。

2 实验装置与方法

2试验用水及水质

      试验水采用中科院广州地球化学研究所内自来水末稍水,经测定:PH7.1、电导率为108.0us/cmTDS(总溶解性固体)为62.5mg/L。由于自来水末稍水中的细菌总数较低,为更好地观察电化学灭菌效果,将自来水末稍水在敞开容器中分别存放1d(水样A)和2d(水样B)、经测定水样A中细菌总数为120/ml,水样B中细菌总数为190/ml

2.2 实验装置

电解槽采用500ml烧杯,电解时实际水量为450ml。电极材料分别采用钛和不锈钢,电极板共采用4块,单极式连接,每块电极板有效尺寸均为2.0cm/10.0cm,极板间距为2 cm。采用50v/2A直流稳压电源。

2.3 实验方法

实验开始前,将电解槽及取样瓶在高压灭菌器中消毒。电解实验在室温下进行。电解槽采用磁力搅拌使电解产生的杀生物质能迅速从电极表面扩散到水体中。

   电化学灭菌实验,首先固定电流密度,电解123456min时分别取样分析;然后固定电解时间,改变电流密度,取样分析。

   经电解处理后的水样,在测定以前保存在冰箱中,细菌总数的测定按GB5750-85《生活饮用水标准检验法》进行。

      为验证经电解处理后的水是否具有持续杀菌能力,设计如下实验:水样B经处理后取100ml,与未经处理的水样B100ml混合,测定细菌总数。

3 结果与讨论

31  电解时间对灭菌效果的影响

       采用钛电极电解,分别进行水样A,水样B的灭菌实验。当电流密度为4mA/cm2时(总电流为320mA,槽电压为25-35v),细菌总数n(个/ml)随电解时间t(min)的变化。随着电解时间增加,水中细菌总数减少;n  t呈线性关系;完全杀灭细菌所需时间为5.2nun;它的值与水中原始细菌总数n0无关。

   随电解时间延长,灭菌率增加;两者呈线性关系。

3.2 电流密度对灭菌效果的影响

     采用钛电极电解,当电解时间为4分钟时,水样AB中的细菌总数随电流密度的变化关系。电流密度增加,细菌总数减少,灭菌率增加;完全杀灭水中细菌所需的电流密度为4.4mA/cm2.

3.3 电极材料对灭菌效果的影响

采用不锈钢电极,对水样B进行灭菌实验,分别考察电解时间电流密度对灭菌率的影响。不锈钢电极电解与钛电极电解效果对比。

不锈钢电极电解完全杀灭水中细菌所需的时间比钛电极电解要长;不锈钢电极电解时,两者呈线性关系。

   当时间为4min,不锈电极电解完全杀灭细菌所需的电流密度比钛电极电解要大;不锈钢电极电解时。两者近似也呈线性关系。

   由以上结果可知:钛电极电解灭菌效果优于不锈钢电极。其机理尚待进一步研究。

3. 4  电化学灭菌动力学经验模式

由以上三条可知,电化学灭菌率与电解时间成正比、与电流密度的平方成正比。

3.5 电解处理水的持续杀菌能力鉴定结果

取水样B450ml ,采用钛电极电解,当电流密度为4mA/cm2时,电解8min后,取样100ml,与未经处理的水样B10ml混合,经测定混合水中细菌总数为个/ml

       由此表明经电化学处理后的水具有一定的持续杀菌能力。这一现象对小型净水系统出水保鲜具有现实意义。

3.6 有待进一步研究的问题

电化学方法是一种有效的灭菌手段,但从实际应用的角度,以下两个总题有待进一步研究。

(1) 饮用水体系一般电导率较低,水本身电阻较大,因而电能耗较高。应进一步减少电极板间距,改进电极布置方式,降低电化学灭菌过程电能耗。

(2) 本实验采用钛和不锈钢作电极材料,电解过程发现阳极钝化现象严重,要保持恒定的电流密度,槽电压必须随电解时间增加而增加。因而操作是不稳定的,克服阳极钝化是电化学灭菌过程走向实用化的一个技术焦点。一方面应进一步筛选电极材料,如采用石墨、多也炭作阳极;另一方面应研究供电方式对克服阳极钝化的影响,如自动倒极供电。

4  结论

(1) 电化学方法能完全杀灭水中细菌,达到生活饮用水的要求。

(2) 在实验范围内,电化学灭菌率与电解时间成正比,与电流密度的平方成正比,与水中原始细菌总数无关。钛电极电解灭菌效果优于不锈钢电极。

(3) 经电化学处理后的水具有一定的持续杀菌能力。但其机理有待深入研究,在实际应用中应根据实际水质进一步验证。

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