摘要
水体的微生物污染主要指可致人类患各种疾病的细菌和其他病原菌等，饮用水中的病原微生物污染问题，是当前面临的最威胁人类身体健康的课题之一。含有大量致病微生物的生活污水将直接排入水体，对水环境安全产生很大威胁,危害人们的身体健康。因此，寻求一种更加高效节能处理水中致病微生物的方法成为目前研究的重点。近几年，水力空化这一新兴的高级氧化技术以其操作方便、应用广泛、无二次污染等优点被广大学者关注，很多研究人员投身于利用水力空化去除水体中微生物以达到改善水质的目的。随着研究的深入进行，发现可以采用与其他高级氧化技术联合的方式来实现对水体更为高效的消毒，解决了单独水力空化技术消耗时间长、效率低等问题。目前，联合技术成为了提高处理效率的主要研究手段之一。本研究使用自制的联合设备对水力空化技术与光催化技术联合杀灭大肠杆菌的效果进行了讨论，通过与单独水力空化和单独光催化杀菌实验进行对比，以此来判断联合体系对灭菌的强化作用，同时根据相关表征分析推测可能存在的灭菌机理，为快速有效的杀灭水中大肠杆菌提供了一种新方法。 (1)单独水力空化杀菌实验，确定了达到最优异的水力空化杀菌效果的孔口数量为三孔、入口压力为3.0bar,并且初始菌液处于偏酸性条件时呈现出更好的杀菌效果。环境水体中CO32-的存在促进了对大肠杆菌的杀菌效率，反之PO43-的存在会抑制大肠杆菌的杀菌效率，而SO42-则呈现出在低浓度下促进，高浓度下抑制的现象。通过自由基捕获实验确定?OH的氧化作用在空化杀菌体系中占据主导性。透射电子显微镜(TEM)观察到菌体细胞形态发生扭曲，内部结构遭到破坏，这可能是由于空化过程中产生自由基的氧化作用以及机械效应所导致细胞解体。 (2)采用溶胶-凝胶法制备Fe/TiO2光催化剂，相对于纯TiO2而言杀菌效果更佳,且当掺杂量为0.9％时杀灭大肠杆菌的效果最好。经过X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)分析来确定合成晶型，实现更大范围的可用光利用，光催化活性增强。使用成功制备的掺杂量为0.9％Fe/TiO2光催化剂进行光催化杀菌实验，初始菌液在偏碱性时显示出更高的杀菌效率，发现环境水体中阴离子会在一定程度上抑制杀菌效果，并且通过加入捕获剂证实?O2-的氧化作用在光催化杀菌体系中占据主导性，结合透射电子显微镜(TEM)观察处理后的细胞出现凹坑和孔洞，无法保持完整性。 (3)采用水力空化联合光催化技术去除水中大肠杆菌，考察了联合体系相较于单独体系在不同环境水体阴离子下对杀菌效果的强化作用，在反应40min后均可达到95％以上的杀菌效果。偏酸性条件下更有利于联合体系杀灭大肠杆菌，参与反应过程自由基作用程度大小:?OH＞?O2-＞h+,通过三次循环杀菌实验杀菌率依旧保持在95％左右，说明催化剂可以重复使用，有较强的经济性能。结合处理前后催化剂扫描电子显微镜(SEM)和大肠杆菌细胞透射电子显微镜(TEM)分析，提出二者之间的协同机制增强了杀菌效果。
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