人口的增长和工业化、城镇化的快速发展,使水体中产生大量的污染物和病原体,缺乏安全饮用水已成为21世纪人类面临的最大挑战之一。而目前常规的饮用水消毒技术主要依靠氯化消毒剂进行消毒,其消毒效率高,能有效地灭活水中的大多数微生物,但是随着水体污染的加剧,导致在水处理期间需要更高的氯浓度或更长的消毒时间才能达到安全消毒效果。此外,在氯化消毒过程在会产生一系列有害的消毒副产物。因此,寻找一种高效、安全的饮用水消毒技术是十分必要的。超声波灭菌技术是一种不产生任何副产品的清洁技术,而受到了广泛青睐。目前,关于超声饮用水处理的研究多处于实验室规模的间歇操作,且单独使用超声灭菌不仅电耗大,而且难以达到理想的灭菌效果,限制了超声的工业化应用。为此,连续式超声联合氯化法消毒工艺的研究具有现实与深远的意义。本论文选择大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌为研究对象,主要从以下几个方面对超声-氯化灭菌进行了对比研究:(1)为了研究超声对不同类型细菌的灭活影响,在连续操作条件下,对超声灭活大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的影响因素进行了分析。实验结果表明,随着时间的增加,三种细菌的灭菌率呈现先增后趋于平稳,最佳处理时间为30 min;在相同条件下,大肠杆菌的灭活效果随超声频率先增后减,70 kHz下的灭菌效果最佳,而枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的灭菌效果随频率的升高而减小,在17 kHz下灭菌效果最好;功率密度对灭菌效果具有显著影响,在一定范围内,增加超声功率密度能够有效提高灭菌效果,但功率密度过高对灭菌效果的提升有限,甚至出现下降的现象。(2)在相同功率密度下,进一步研究了双频超声对灭菌效果的影响,并与相同条件下的单频超声灭菌效果对比,实验结果表明,双频超声的灭菌效果优于各自单频下的灭菌效果,在17 kHz+33 kHz的双频超声组合下处理60 min,大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌分别达到最大对数灭活率为2.13、1.72和1.54,相比于在最佳单频超声处理下,分别提高了0.38、0.28、0.30。虽然双频超声组合能提高灭菌效果,但单独超声灭菌既达不到理想的灭菌效果又消耗较多电能。(3)为了进一步提高灭菌效果和经济性,研究超声耦合氯化法对灭菌效果的影响,并与单独氯化灭菌处理进行对比。实验结果表明,在单独氯化灭菌下,灭菌过程存在迟缓期和增长期两个阶段,增加氯浓度能够缩短灭菌迟缓期;引入超声预处理后,在氯化消毒初始阶段灭活率迅速增加,灭菌迟缓期被明显缩短,其中在17 kHz+33kHz双频超声组合预处理下,8 mg/L次氯酸钠氯化反应10 min,大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的对数灭活率分别达到3.85、3.52、3.65。较低频率的超声有利于提高灭菌效果,而较高频率的超声对灭菌效果提升不明显。(4)为了探究超声预处理的最佳工作参数组合,选择超声频率、超声功率密度以及超声预处理时间三个因素的三个水平进行正交实验设计,明确各因素对灭菌效果影响的主次关系。正交实验结果显示,各因素对灭菌效果的影响主次关系为:超声频率>超声功率密度>超声预处理时间,其中超声频率和超声功率密度对灭菌效果有显著影响,而超声预处理时间对灭菌效果的影响不显著。综合考虑得到超声预处理的最佳工作参数组合为超声频率为17 kHz+33 kHz双频超声组合、超声功率密度为20 W/L、超声预处理时间为5 min。(5)对次氯酸钠使用效率进行了研究,经超声预处理后,出水中的余氯浓度明显降低,有效地提高氯化消毒剂的使用效率。与8 mg/L的次氯酸钠单独处理相比,经超声预处理后,大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的消毒剂有效利用率分别提高25.1%、40.1%、35.7%,且满足《生活饮用水卫生标准》GB 5749-2006中对余氯浓度的要求。