文 献 综 述

0引言

地面水常常受到土壤、工业废水、生活污水及各种杂质的污染，促使细菌滋生，有时每毫升水中细菌数可达几万乃至几十万个。目前我国不少地区生活饮用水中微生物指标超标严重，据报道，细菌总数和大肠杆菌总数合格率偏低，分别为60％和65％；畜禽养殖废水含有较高浓度的致病菌，其中大肠杆菌数超出指标的万倍，是生活污水的重要污染源。为了保障人体健康，防止疾病的传播，必须进行受污染水源的消毒，以杀灭水中的有害微生物。

长期以来，对于微生物的有效控制是水处理领域中的关键技术之一，常用的方法有化学法和物理法。化学法杀菌^[1]是指向水中投加无机或有机杀菌剂，通过破坏微生物蛋白质、酶和核酸来抑制其生长和繁殖，常用的杀菌剂包括臭氧、过氧化氢、羟基自由基、氯和次氯酸盐等，其中采用氯气杀菌消毒是目前水厂使用最广泛的手段。化学法的优点在于成本低、效果好，其显著缺点在于易产生二次污染。物理法杀菌是通过物理手段杀死水中微生物的过程，物理手段包括紫外线照射、超声波破碎、电磁辐射等。物理法的优点在于对环境友好，但与化学法相比其杀菌效果不理想。随着对电化学技术的深入研究，人们发现电化学法杀菌作为一种”清洁技术”，可以初步解决以上两种技术存在的问题，并因此在水处理技术领域中得到了飞速发展。

1电化学杀菌原理

电化学杀菌的基本原理是结合了电场的物理作用和电解产物的化学作用进行杀菌。吴永华等^[2]研究了电场杀菌的物理效应，发现对此有两种解释。一是电能可以击穿细胞膜，使细胞质外流，从而改变了细菌的生长环境使细胞死亡；二是通过改变细菌细胞之间的电子传递方式，破坏细菌细胞的呼吸系统，从而导致细菌死亡。化学效应是通过电解产生杀菌物质直接将细菌致死，这类杀菌物质包括次氯酸、臭氧、过氧化氢和羟基自由基等。

2电化学反应器介绍

电化学反应器由两个电极和电解质构成，是电化学反应进行的重要场所。电化学反应器的分类方式有很多种，按结构可分为箱式电化学反应器、筒式电化学反应器、结构特殊的电化学反应器，按工作方式可分为间歇式电化学反应器、置换流式电化学反应器、连续搅拌式电化学反应器，按工作电极形状可分为二维电极反应器、三维电极反应器。其中，二维电极反应器装置简单，反应操作简便，但二维电极的面体比小，单位槽体处理量少，电流效率低。三维颗粒电化学反应器^[3]由阴极室和阳极室组成，中间用隔膜分开，在两个平板之间充填一种高效、无毒、廉价的颗粒状专用材料，颗粒既可在阴极室也可在阳极室。相对于二维电极反应器，三维电极反应器的优势在于比表面积大、传质效率高、金属可连续回收、床层电位和反应速率更加均匀，提高了电解液的流动和传质的强化，保证了导电性能的良好及电流的均匀分布，在目前的杀菌技术中已被广泛使用。设法加强细菌的传质过程，加速细菌与氧化剂的混合，是对电化学反应器改进研究的主要内容。为简化实验装置，本实验将采用二维电化学反应器，即由烧杯或广口瓶和阴阳电极组成。

3杀菌效果的影响因素

Palmas等^[4]研究发现，电流密度、电解时间、电极材料、电解质种类和浓度等操作条件是杀菌效果的重要影响因素，在一定取值范围内，细菌个数随着电流密度、电解时间、电解质浓度的增加而减少，并且不同的电极材料和电解质种类对杀菌效果会产生影响。通过控制以上操作条件，能够使溶液中选择性地生成大量HClO^-离子，减少反应时间，降低能耗。