高壓靜電技術殺菌滅藻研究及機理分析
徐洪斌1，張林生1,何仁泉2，周瑜2
(1.東南大學環境工程系，江蘇 南京 210096；2.核工業江蘇格林水處理有限公司，江蘇 南京210052）
摘 要：高壓靜電場具有良好的殺菌滅藻效果，當工作電場強度為20kV／m，作用6h以上時，殺菌率可達91.3％，作用14d以上，滅藻率可達100％。研究表明水經高壓靜電場處理后，電導率、溶解氧、PH值等物理化學參數發生顯著變化，殺菌滅藻機理為超氧陰離子自由基、過氧化氫破壞細胞的生存條件所致。
關鍵詞：水處理；高壓靜電；殺菌；超氧陰離子自由基；過氧化氫
中圖分類號：TU991.27；TM15
文獻標識碼：A
文章編號：1009－2455（2002）02－0040－03
Study on the Technology Of High Voltage Static Electricity to Kill Bacteria
and Algae and Analysis of Its Mechanism
XU Hong-bin1，ZHANG Lin-sheng1，HE Ren-quan 2，ZHOU Yu 2
（l.Department of Engineering, Southeast university, 210096，China；
2.China Nuclear Industry Jiangsu Gelin Water and Wastewater Treatment Co.Ldt，Nmping 210052，China）
Abstract: High voltage static electricity field exhibits good bactericidal and alagaecidal effects.The optimal field intensity is 20 kV／m. the bactericidal rate reached 91.3％ when it works over 6 h and algaecidal reached 100％when it does 14 d.Study shows that physical and chemical parameters like electrical conductivity, dissolved oxygen value, pH value changed greatly during the experiments. Experimental phenomena infers that newly formed superoxide anionic free radical and H2O2 in the static electricity field destroyed bacteria and algae cells.
Key words: water treatment；static electricity; bactericidal action; superoxide anionic free radical; H2O2
引言
居民生活用水的蓄水池、蓄水塔、游泳池等靜止水體以及工業循環冷卻水等水中極易滋生細菌及藻類，都需進行殺菌滅藻處理。近年來，國內外興起一種新的水處理技術——靜電水處理法，該法具有殺菌滅藻功能顯著、使用水質范圍廣、管理方便、運行費用低等優點。本文對高壓靜電水處理器的殺菌滅藻性能及機理進行了研究，該高壓靜電水處理器的外殼為由鍍鋅無縫鋼管制成的陰極，殼體中心裝有芯棒陽極，芯棒外套有聚四氟乙烯管以保證良好絕緣，陰陽極之間外加高壓直流電源（0～30kV），產生高壓靜電場，在靜電場的作用下，水中產生微電流從而破壞細菌細胞，起到殺菌作用。
1 試驗設備與測試方法
1.1 試驗設備
采用某公司的SHC-I型高壓靜電水處理器。設備尺寸為φ300×800，設備功率3W。試驗裝置如圖。
1.2 主要測試項目及方法
工作電壓：采用0－30kV靜電電壓表量測；pH值：用pH－3酸度計量測；電導率：采用兆歐表量測絕緣電阻并計算電導率；溶解氧：采用JPB－607溶解氧測試儀；細菌總數：平皿法，即將1mL水樣在培養基中，于37℃培養24h觀測所生長的菌落數進而計算出細菌總數。
2 殺菌效果試驗
2.1 電場強度對殺菌效果的影響
控制水溫在23－32℃之間，測定試驗前后水中細菌總數的變化。原水（細菌總數為1600個／mL）通過SHC－I型高壓靜電水處理器，處理時間（以循環水量計）8h。調節工作電壓，檢測不同電場強度下處理水中的細菌總數。試驗結果見圖2。
由圖2可知，高壓靜電水處理器殺菌率隨電場強度的升高而升高，當大于20kV／m后反而下降。即存在最佳工作電場強度20kV／m。
2.2 處理時間對殺菌效果的影響
控制水溫為常溫，調節電場強度為20kV／m，檢測高壓靜電水處理器不同處理時間出水的細菌總數。結果見圖3。
由圖3數據可知，循環處理6h以上時即有相當高的殺菌率。
2.3 殺菌效果
選擇不同水質的水樣，測試在最佳電場強度20kV／m，處理時間6h的處理效果。試驗結果見表1。從表1數據可看出，對于細菌含量不同的水樣殺菌率為70％－100％，平均殺菌率為91.3％。
2.4 滅藻效果試驗
滅藻試驗用的藻種為斜生柵列藻，這是循環冷卻水中常見的一種藻類，試驗水溫23～32℃，電場強度20kV／m。試驗結果見圖4。
由圖4數據看出，經14d的高壓靜電場作用后，藻類全部被殺滅。藻類細菌在開始的第2～4d，由于營養充足，細胞保持著富集培養時的分裂優勢，靜電場的作用尚未顯露，細胞數由7.6×103個／mL增至9.2×103個／mL。但隨后便出現細胞破碎現象。5d后，細胞數急劇下降。由顯微鏡觀察，藻類細胞幾乎全部破裂，原生質流出，使原來含完整藻類細胞的懸浮液變混，成為破碎細胞勻漿[1]。
3 機理分析
3.1 高壓靜電處理水的物理化學性質變化
測定普通天然水樣（水溫20℃，電場強度20kV／m，處理時間6h，水樣10個）處理前后電導率。溶解氧中H值的變化，其結果分別如表2-表4所示。由表2、表3、表4數據可知經高壓靜電場處理后，水的導電率20.5％～40.1％，溶解氧含量增加4.8％～14.9％，pH值降低，即[H+]濃度比原水增大。
3.2 高壓靜電場殺菌滅藻的機理分析
天然水中含有溶解的鹽類和氣體，有時含有有機物，由于水分子的極性，它能與水中離子形成水合物使水溶液具有相當好的穩定性。但是水經高壓靜電場處理后其物理化學參數會發生變化（電導率增大、溶解氧增大中H值降低）并產生多種效應（細菌、藻類被殺滅）。高壓靜電場的殺菌滅藻機理現概括有關試驗結果試分析如下：
①在強電場的作用下水中電子使水分子激發或電離[2]形成水合分子e－aq，e－aq與O2結合成超氧陰離子自由基O-2·：
e+H2O→e-aq
e-+O2→O-2.
能量足夠高時，水分子氫氧鍵斷裂，分解為OH-和H+，OH-也易失去電子變為羥自由基·OH，·OH之間亦可碰撞生成過氧化氫H2O2：
H2O→OH－+H+
OH-→·OH+e
·OH+·OH→H2O2
超氧陰離子自由基O-2·在水分子的包圍下可形成穩定的水合物[3-4]。
②水中大量的O-2·、H+、e及e-aq等存在使水的導電性能增強；H+的增加使水的PH值減小；這時，由于水中的自由氧分子減少，濃度降低，致使空氣中的氧分子又向水中擴散，導致水中的溶解氧增加。
③超氧陰離子自由基破壞細菌的生物膜和細胞核，破壞碳水化合物及蛋白質，最終導致細胞突變、老化和死亡。過氧化氫①阿使細菌細胞膜氧化破裂，失去物質交換能力促使細胞死亡[2]。
4 結論
①高壓靜電處理水具有顯著的殺菌滅藻效果，其最佳工作電場強度為20kV／m，循環處理6h以上時殺菌率可達91.3％；循環處理14d以上，藻類的殺滅率可達100％。
②高壓靜電處理水之所以具有顯著殺菌滅藻效果是因為水中產生大量超氧陰離子自由基、過氧化氫及·OH自由基等物質，破壞細胞生存條件促使其死亡。
參考文獻：
[1] 南京格林水處理設備廠.靜電水處理實驗研究[R].南京：南京格林水處理設備廠，1991.
[2]蔣耀庭，孫英.高壓靜電場用于生醬油滅菌處理的研究[J].高壓電技術，1999，25（3）：46－47
[3]陳家森，等.電場對水結構的影響[J].物理，1995，24（7）：424—428.
[4]奴爾江.水的電、磁處理[J].中國給水排水，1998，14（2）：39－40.
作者簡介：徐洪斌（1974－），男，河南孟津人，東南大學碩士研究生，電話（025）3791167。
論文搜索
月熱點論文
論文投稿
很多時候您的文章總是無緣變成鉛字。研究做到關鍵時，試驗有了起色時，是不是想和同行探討一下，工作中有了心得，您是不是很想與人分享，那么不要只是默默工作了，寫下來吧！投稿時，請以附件形式發至 paper@h2o-china.com ，請注明論文投稿。一旦采用，我們會為您增加100枚金幣。
