專利名稱：：滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及水體殺菌消毒，尤其是指滅活水體中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
：近年來，隱孢子蟲(Cryptosporidiumparvum)和賈第蟲(Giardia)對生活用水和飲用水的污染而導(dǎo)致相關(guān)疾病在英美等發(fā)達國家的爆發(fā)流行，且已對公民的健康構(gòu)成了嚴重的威脅，隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊(以下簡稱"兩蟲")業(yè)已成為備受關(guān)注的介水傳播生物危險因素之一。在我國新頒布的《生活飲用水衛(wèi)生標準》中，已經(jīng)將隱孢子蟲和賈第蟲作為水質(zhì)非常規(guī)指標而規(guī)定了其限制，但是根據(jù)目前我國的飲用水處理工藝及水源水質(zhì)和供水水質(zhì)現(xiàn)狀來看，存在"兩蟲"爆發(fā)的潛在風險，因此從保障飲用水安全角度考慮，研究出高效、低廉的"兩蟲"滅活方法具有重要和迫切的現(xiàn)實意義。賈第蟲包囊對外界環(huán)境有較強的抵抗力，常用的消毒劑(氯氣、二氧化氯、氯胺等)在標準濃度下對包囊并無有效的殺滅作用。比如氯雖對包囊有輕微的殺傷作用，但自來水中的氯氣濃度根本達不到完全殺滅包囊的作用。1972年日本科學家Fujishima和Honda[FujishimaA，HondaK，Nature[J]，1972，238:37]發(fā)現(xiàn)在受輻照的Ti02可持續(xù)發(fā)生氧化還原反應(yīng)將水分解為H2和02，1976年加拿大科學家Carey[CareyJH，LawrenceJ，TosineHM.BullEnvironcontainToxicol[J]，197616:697]等將Ti02光催化技術(shù)成功應(yīng)用于劇毒多氯聯(lián)苯的降解研究，自此基于Ti02的多相光催化反應(yīng)引起了各國環(huán)境研究者的關(guān)注。1983年P(guān)ruden[PrudenAL，OllisDF.JCatal[J]，1983，82:404]等在Ti02體系中發(fā)現(xiàn)了鹵代有機物如三氯乙烯，二氯甲烷等的光致礦化，發(fā)展至現(xiàn)在，大量的研究表明，Ti02光催化不僅能夠降解水和空氣中烷烴，稀烴，脂肪醇，酚類，羧酸，各種簡單芳香族化合物及相應(yīng)得鹵化物，染料，表面活性劑，除草劑，殺蟲劑等有機物，而且可以將水中的無機金屬離子(如pt(vi)、Au(m)、Rh(m)、cr(m)等)沉積出來，還可以將氰化物、亞硝酸鹽等轉(zhuǎn)化為無毒形式。由于光催化的操作簡單、反應(yīng)條件溫和、成本低廉、可降解幾乎所有的有機物等突出優(yōu)點，Ti02光催化技術(shù)受到了世界各國環(huán)境研究者的廣泛關(guān)注。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的方法，該方法簡便有效，解決兩蟲滅活率低，成本高，效率低，造成二次污染等問題。本發(fā)明進一步所要解決的技術(shù)問題是提供一種滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的設(shè)備，該設(shè)備簡便易于操作，解決現(xiàn)有設(shè)備復(fù)雜，成本高，效率低的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的方法，包括以下步驟(1)提供待處理水體；(2)制備光催化劑；(3)向步驟(1)所得水體中加入催化劑量的由步驟(2)制得的光催化劑，并在光照條件下對水體進行光催化消毒。步驟(2)的光催化劑為摻雜鐵離子的Ti02。步驟(2)制備光催化劑是由Ti02與FeC204溶液經(jīng)混合吸附、干燥，最后煅燒制得。步驟(2)制備光催化劑包括以下步驟首先選用金紅石型Ti02和0.05mol/L的FeC204溶液，Ti02與FeC204溶液的配比l:120:1，其中Ti02用量單位為g，F(xiàn)eC204溶液用量單位為mL，將溶液進行混合攪拌吸附5-72小時；然后在至少10(TC將水蒸干；最后于373-1373K的溫度下煅燒0.5-3小時，以獲得Fe摻雜Ti02的光催化劑。步驟(2)中Ti02與FeC204溶液的配比為10:1，混合攪拌吸附的時間為48小時，煅燒溫度為573、673、773、873、973、1073或1173K，煅煉燒時間為l小時。步驟(3)是使用紫外光源照射加有光催化劑的水體溶液。步驟(3)中使用的紫外光是波長不大于400nm的可見光，光強為0-40W.m一2。步驟(1)中，先采集待處理的水體，再依次進行如下預(yù)處理利用60-150目篩網(wǎng)過濾，硫酸鋅溶液漂浮，蔗糖梯度離心，磷酸緩沖溶液漂洗，以及重鉻酸鉀溶液懸浮，最后低溫保存。該滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的方法，進一步包括步驟(4):熒光活性染色法鑒定隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的滅活率。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用又一技術(shù)方案一種滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的設(shè)備，包括紫外光源照射裝置，用于容納光催化劑與待處理水體溶液的反應(yīng)器，以及安裝在反應(yīng)器內(nèi)的攪拌器；其中，紫外光源照射裝置設(shè)置在反應(yīng)器上。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明用光催化法滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊，通過熒光活性染色體法鑒定滅活率，結(jié)果證明該方法能在極短時間內(nèi)對所述兩蟲達到99.9%以上的滅活率。而且，該方法成本低，操作簡單，易于推廣應(yīng)用；且無毒、副產(chǎn)物，不會造成二次污染。本發(fā)明滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，易于操作控制。圖l是本發(fā)明的滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的設(shè)備示意圖。圖2是不同照射強度照射、加與不加光催化劑對隱孢子蟲滅活率的對比曲線圖。圖3是不同照射時間、加與不加光催化劑對賈第蟲滅活率的對比曲線圖。具體實施例方式本發(fā)明光催化法滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊主要包括以下步驟；(1)提供待處理水體；(2)制備光催化劑；(3)向步驟(1)所得水體中加入催化劑量的由步驟(2)制得的光催化劑，并在光照條件下對水體進行光催化消毒；(4)滅活結(jié)果鑒定。其中第(1)步驟可以包括對待處理水體進行預(yù)處理的過程，包括采用現(xiàn)有的任何處理技術(shù)，如沉淀、萃取分離、過濾，氧化還原等，但不限于這些方法，以去除水體樣品中的雜質(zhì)等，以利于兩蟲后續(xù)的滅活處理效果更佳。前述預(yù)處理優(yōu)選包括對水體中的兩蟲進行純化的預(yù)處理過程，具體為待處理的水體采集后，分別利用60-150目篩網(wǎng)過濾，硫酸鋅溶液漂浮，1:l和l:2蔗糖梯度離心(轉(zhuǎn)速12000r/min)但不限于此濃度梯度及轉(zhuǎn)速而選擇現(xiàn)有技術(shù)的其它濃度梯度及轉(zhuǎn)速，磷酸緩沖溶液漂洗三次但不限于三次，得到濃度為1.5Xl(^個/mL兩蟲樣品。以2.5%(也可以為現(xiàn)有技術(shù)的其它濃度)的重鉻酸鉀懸浮保存于4。C冰箱(但不限于4。C)，從而獲得待處理的水體樣品。步驟(2)中所指光催化試劑主要組成為摻雜鐵離子的Ti02，g卩Fe-Ti02。因為摻雜鐵離子可以有效提高Ti02的光催化活性。制備該摻雜鐵離子的Ti02，可以選用現(xiàn)有技術(shù)的任何方法。在本實施例中，采用Ti02與FeC204溶液經(jīng)充分混合、干燥，最后煅燒制得。具體為選用O.05mol/L的FeC204(分析純)溶液和金紅石型Ti02，Ti02與FeC204溶液的配比可選用1:l20:l的范圍或其它配比，其中Ti02用量單位為克(g)，F(xiàn)eC204溶液用量單位為毫升(mL)。但優(yōu)選配比為10:1。本實施例中將金紅石型Ti02和FeC204溶液按10:l配比進行混合攪拌吸附一定時間，如5-72小時，也可為24小時，優(yōu)選48小時；然后在至少10(TC將水蒸干；用坩堝在馬弗爐內(nèi)于適宜的溫度下煅燒一定時間，如O.5-3小時，可以為lh，煅燒溫度可選373-1373K，本實施例選用為573、673、773、873、973、1073和1173K下煅燒，得到光催化試劑。因為煅燒溫度達到773K后的Fe/Ti02是以銳鈦礦和金紅石兩種晶型存在，其中以銳鈦礦晶型為主，其催化性能較強，但隨著溫度的升高，催化能力逐漸減弱。所以優(yōu)選的煅燒反應(yīng)溫度可以取773K。上述步驟(3)所采用的光源為紫外光源，但其它光源也可適用。紫外光源下Ti02滅活飲用水中兩蟲所采用的設(shè)備，請參照圖l，其包括光源設(shè)備l，反應(yīng)器4，以及攪拌器6。本實施例中光源設(shè)備l采用但不限于金鹵燈光纖照射裝置。該金鹵燈光纖照射裝置i包括光源io，照射罩ll，光纖12連接光源10與照射罩11之間，用于將光源10產(chǎn)生的紫外光傳輸至照射罩11，紫外光從光纖12進入照射罩11之前先經(jīng)濾光片13進行過濾。該濾光片13采用400nm波長的濾光片，用以將光源中波長大于400nm的光線濾去，從而保證光源在可見光范圍內(nèi)。本實施例使用的光強為0-40W.m—2。照射罩11設(shè)置在反應(yīng)器4上方(但不限于上方)，紫外光由光纖12從光源10導(dǎo)出，經(jīng)由濾光片13過濾后從照射罩11對反應(yīng)器4中的溶液進行光照射處理。攪拌器6設(shè)置在反應(yīng)器4內(nèi)，可選用但不限于設(shè)置在反應(yīng)器4底部的磁力攪拌器，其它類型攪拌器及安裝方式同樣可以適用。反應(yīng)器4向外延伸一曝氣管5，用于將反應(yīng)產(chǎn)生的氣體導(dǎo)出。使用時，取一定量步驟(1)的水體樣本放入反應(yīng)器4內(nèi)，同時加入步驟(2)制備好的光催化劑(用量為催化劑量)，啟動金鹵燈光纖照射裝置1對反應(yīng)器4內(nèi)的溶液進行光照射處理，同時進行攪拌，防止催化劑沉降，光照處理一定時間后停止光照及攪拌，取出處理后的溶液進入第四步滅活結(jié)果鑒定，檢驗兩蟲滅活率。檢驗方法是采用熒光活性染色鑒定方法。例一本實施例中，應(yīng)用上述方法及設(shè)備進行光催化法滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊，具體步驟如下(1)提供待處理水，并進行兩蟲純化收集待處理的水體樣品采集后，分別利用60-150目篩網(wǎng)過濾，飽和硫酸鋅漂浮，1:l和l:2蔗糖梯度離心(轉(zhuǎn)速12000r/min)，磷酸緩沖溶液漂洗三次，得到濃度為1.5Xl(^個/mL兩蟲樣品，以2.5%重鉻酸鉀懸浮，最后保存于4'C冰箱；(2)光催化試劑制備將金紅石型Ti02和FeC204溶液按前述10:l配比混合攪拌吸附48h，然后在10(TC將水蒸干，用坩堝在馬弗爐內(nèi)煅燒lh，煅燒溫度分別為573、673、773、873、973、1073和1173K，得到光催化試劑；(3)紫外光源下Ti02滅活飲用水中兩蟲取步驟(1)的水體樣品50mL放入反應(yīng)器4中，并同時加入步驟(2)制得的光催化劑，其用量達到催化劑劑量即可；啟動金鹵燈光纖照射裝置l產(chǎn)生紫外光，用400nm波長的濾光片將光源中波長大于400nm的光線濾去，以保證光源在紫外光范圍內(nèi)，對反應(yīng)器4內(nèi)的溶液進行光照催化處理，光照處理過程中同時對反應(yīng)液進行攪拌，防止催化劑沉降。實驗光強為0-40W.m—2，每次反應(yīng)處理溶液的容量為50mL;(4)采用熒光活性染色鑒定滅活結(jié)果具本按如下步驟進行(a)取O.5mLPBS(磷酸緩沖溶液)保存前述步驟處理后的樣品，加入lmLHBSS(Hanks)平衡鹽溶液漂洗2次；(b)沉淀于160yLHBSS平衡鹽溶液中，加入20yLDAPI(4'，6'-diamidino-2-phenylindoledihydrochloride)，20yLPI(PropidiumIodide)儲備液，37。C、溫浴lh;(c)溫浴后加入lmLHBSS清洗三次，洗去未染上顏色的DAPI和PI;(d)涂片，熒光顯微鏡下鏡檢，各樣品分別取200個孢囊鏡檢。例二按例一所述的方法，以純水作為水樣進行對比試驗，在相同照射時間下，取10分鐘，設(shè)置不同光強Lightoutput(mw/cm2)，照射實驗樣品，并按例一的方法鑒定賈第蟲的滅活率。每次反應(yīng)處理溶液的容量為50mL，實驗過程中同時對反應(yīng)液進行攪拌，防止催化劑沉降。其他步驟和參數(shù)與例一相同。照射光強分別為2，3.5，4.5，8，10，13，25mw/cm2。實驗結(jié)果參照圖2中標記為UV/Ti02的曲線，此曲線表示在同一照射時間下，采用加有光催化試劑進行紫外光照射水體進行滅活處理，其照射光強Lightoutput(mw/ci/)對賈第蟲滅活率inactivationrace(%)的影響。例三按例一的方法，以純水作為水樣進行對比試驗，在同一光強下，照射強度為5mw/cm2，分別設(shè)置不同照射時長，照射水體樣品，并按例一的方法鑒定隱孢子蟲的滅活率。每次反應(yīng)處理溶液的容量為50mL，實驗過程中同時對反應(yīng)液進行攪拌，防止催化劑沉降。其他步驟和參數(shù)與例一相同。照射時間分別是0，5，10，15，20，25，30，60分鐘，實驗結(jié)果參照圖3中標記為UV/Ti02的曲線，此曲線表示在同一照射光強下，采用加有光催化試劑進行紫外光照射水體樣品進行滅活處理，其照射時間t(min)對隱孢子蟲滅活率inactivationrace(%)的影響。例四按例二相同的實驗方法，以純水作為水樣進行對比試驗，在相同照射時間(10分鐘)下，設(shè)置不同光強照射實驗樣品。與例二不同之處在于，進行一組對比實驗，分別設(shè)置不同強度的UV和UV/Ti02，照射隱孢子蟲樣品。每次反應(yīng)處理溶液的容量為50mL，實驗過程中同時對反應(yīng)液進行攪拌，防止催化劑沉降，之后利用熒光活性染色方法鑒定滅活效果，統(tǒng)計結(jié)果見圖2。對比實驗是指，在相同的紫外光照射條件下，對比加有光催化試劑的水體樣品，與不加入光催化試劑的水體樣品的滅活效果，分別得到一條UV/Ti02表示的曲線段和UV曲線，從而表現(xiàn)加入光催化試劑對滅活效果的影響。從圖2中可以看UV/Ti02滅活隱孢子蟲的能力明顯高于UV直接照射。UV/Ti02系統(tǒng)中UV的光強為13mw/cml就可以使水中隱孢子蟲的滅活率達到31og(99.9%)，而單一的UV照射需要25mw/cm2的光強。例五按例三相同的實驗方法，以純水作為水樣進行對比試驗，在相同照射強度(5mw/cm2)下，設(shè)置不同照射時長照射實驗樣品。與例三不同之處在于，進行第二組對比實驗，分別設(shè)置相同強度的UV和UV/Ti02，在多個照射時長條件下照射賈第蟲樣品進行對比實驗。每次反應(yīng)處理溶液的容量為50mL，實驗的過程中同時對反應(yīng)液進行攪拌，防止催化劑沉降，之后利用熒光活性染色方法鑒定不同時間段的滅活效果，統(tǒng)計結(jié)果見圖3。從圖3中可知相同的UV光強下，UV/Ti02系統(tǒng)經(jīng)過25-30min就可以使水中賈第蟲的滅活率達到41og(99.99%)，而UV系統(tǒng)需要大于60min。這說明UV/Ti02系統(tǒng)滅活水中隱孢子蟲和賈第蟲十分有效。例六采用例一的方法和設(shè)備對飲用水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊進行殺菌消毒，實驗結(jié)果與傳統(tǒng)殺毒方法進行比較，其效率的優(yōu)點見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從上表的比較可以得出，本發(fā)明的方法和設(shè)備簡便有效，無毒、副產(chǎn)物'是一種高效高安全、低成本的方法及設(shè)備，有利于推廣應(yīng)用。權(quán)利要求1.一種滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的方法，包括以下步驟(1)提供待處理水體；(2)制備光催化劑；(3)向步驟(1)所得水體中加入催化劑量的由步驟(2)制得的光催化劑，并在光照條件下對水體進行光催化消毒。2如權(quán)利要求l所述的滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的方法，其特征在于步驟(2)的光催化劑為摻雜鐵離子的Ti02。3如權(quán)利要求2所述的滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的方法，其特征在于所述步驟(2)制備光催化劑是由Ti02與FeC204溶液經(jīng)混合吸附、干燥，最后煅燒制得。4如權(quán)利要求3所述的滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的方法，其特征在于步驟(2)制備光催化劑包括以下步驟首先選用金紅石型Ti02和0.05mol/L的FeC204溶液，Ti02與FeC204溶液的配比l:120:1，其中Ti02用量單位為g，F(xiàn)eC204溶液用量單位為mL，將溶液進行混合攪拌吸附5-72小時；然后在至少10(TC將水蒸干；最后于373-1373K的溫度下煅燒0.5-3小時，以獲得Fe摻雜Ti02的光催化劑。5如權(quán)利要求4所述的滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的方法，其特征在于所述步驟(2)中Ti02與FeC204溶液的配比為10:1，混合攪拌吸附的時間為48小時，煅燒溫度為573、673、773、873、973、1073或1173K，煅煉燒時間為l小時。6如權(quán)利要求l所述的滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的方法，其特征在于所述步驟(3)是使用紫外光源照射加有光催化劑的水體溶液。7如權(quán)利要求6所述的滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的方法，其特征在于步驟(3)中使用的紫外光是波長不大于400nm的可見光，光強為0-40W.m-2。8如權(quán)利要求l所述的滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的方法，其特征在于所述步驟(1)中，先采集待處理的水體，再依次進行如下預(yù)處理利用60-150目篩網(wǎng)過濾，硫酸鋅溶液漂浮，蔗糖梯度離心，磷酸緩沖溶液漂洗，以及重鉻酸鉀溶液懸浮，最后低溫保存。9如權(quán)利要求l所述的滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的方法，其特征在于所述方法進一步包括步驟(4):熒光活性染色法鑒定隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的滅活率。10一種滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的設(shè)備包括紫外光源照射裝置，用于容納光催化劑與待處理水體溶液的反應(yīng)器，以及安裝在反應(yīng)器內(nèi)的攪拌器；其中，紫外光源照射裝置設(shè)置在反應(yīng)器上。全文摘要本發(fā)明涉及一種滅活水中隱孢子蟲卵囊和賈第蟲孢囊的方法和設(shè)備，該滅活方法包括第一步提供待處理水體；第二步制備光催化劑；以及第三步向第一步所得水體中加入催化劑量的由第二步制得的光催化劑，并在光照條件下對水體進行光催化消毒。所用設(shè)備包括紫外光源照射裝置，用于容納光催化劑與待處理水體溶液的反應(yīng)器，以及安裝在反應(yīng)器內(nèi)的攪拌器；紫外光源照射裝置設(shè)置在反應(yīng)器上。該方法和設(shè)備滅活效率高，成本低，操作簡單，易于推廣應(yīng)用；且無毒、副產(chǎn)物，不會造成二次污染。文檔編號C02F1/30GK101633525SQ20091030461公開日2010年1月27日申請日期2009年9月30日優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日發(fā)明者冉治霖,崔崇威,李紹峰,黃君禮申請人:深圳職業(yè)技術(shù)學院