氯及氯胺消毒對飲用水生物穩(wěn)定性的影響研究

李 鑫 汪 毅 丁志斌 董瑞程 陳 曉

(陸軍工程大學(xué)國防工程學(xué)院，江蘇 南京 210007)

飲用水在供水及貯存過程中微生物的再生長現(xiàn)象將導(dǎo)致飲用水衛(wèi)生安全隱患、感官性狀惡化以及供水管網(wǎng)與設(shè)備的微生物腐蝕等問題[1]。美國等許多國家通過在水中維持一定濃度的消毒劑來抑制微生物的生長[2]。但研究表明消毒劑的加入會導(dǎo)致水中可同化有機(jī)碳(AOC)及微生物再生長潛能(BRP)的升高，從而降低飲用水的生物穩(wěn)定性[3]。本研究對比了在不同濃度氯及氯胺作用下，飲用水AOC及BRP隨反應(yīng)時間的變化規(guī)律，綜合評價了氯及氯胺對飲用水生物穩(wěn)定性的影響，并在此基礎(chǔ)上提出通過投加消毒劑控制飲用水生物穩(wěn)定性的合理建議，對飲用水消毒作用時間的選取提供了一定的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)所需試劑的配制

1)0.1M磷酸鹽緩沖溶液：稱取8.0 g NaCl，0.2 g KCl，1.56 gNa2HPO4，0.2 g KH2PO4溶解于1 000 mL超純水中；2)400 mg乙酸碳/L儲存溶液：稱取1.366 7 g CH3COONa溶于1 000 mL超純水中；3)礦物鹽溶液：稱取85.5 mg KH2PO4，383.5 mg NaCl，722 mg KNO3溶于500 mL超純水中。

1.2 AOC的測定

AOC的檢測方法最早由荷蘭教授Van Der Kooij提出，他通過生物培養(yǎng)計數(shù)的方法來指示水中生物可利用有機(jī)物的量[4,5]。本研究采用劉文君等人改進(jìn)后的先后接種法作為AOC的檢測方法[6,7]。

1.3 BRP的測定

BRP測定是以與測試水樣同源的水中土著細(xì)菌為接種菌種，以培養(yǎng)后水中的細(xì)菌總數(shù)來衡量細(xì)菌的再生長狀況，具體過程如下[8,9]：取50 mL高壓滅菌后的待測水樣，按一定比例接種同源菌液，20 ℃培養(yǎng)5 d后所測得的水樣中細(xì)菌總數(shù)(CFU/mL)即為水樣的BRP濃度。

本研究選取南京市濱江水廠砂濾池出水作為試驗(yàn)用水，部分水質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 南京市濱江水廠砂濾池出水基本水質(zhì)參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 氯消毒對飲用水AOC及BRP的影響

氯對飲用水AOC-P17,AOC-NOX及AOC-TOP的影響如圖1～圖3所示。

由圖1可知，當(dāng)氯投加量為0.5 mg/L，接觸反應(yīng)30 min時，水中AOC-P17濃度由初始54.15 μg/L迅速升高至195.09 μg/L，隨著反應(yīng)時間的增加，AOC-P17濃度降低。當(dāng)氯投加量為1.0 mg/L時，飲用水AOC-P17也呈先增加后降低的趨勢，且接觸反應(yīng)30 min時，達(dá)到峰值152.28 μg/L。而當(dāng)氯投加量增加至2.0 mg/L，反應(yīng)20 min時，AOC-P17即達(dá)到峰值且峰值相對較低，為113.36 μg/L。由此可知，低濃度的氯對飲用水AOC-P17具有更加顯著的影響。

由圖2可以看出，當(dāng)氯消毒的投加量為0.5 mg/L時，AOC-NOX在15 μg/L～25 μg/L的范圍內(nèi)上下波動，但總體變化不明顯。而當(dāng)氯消毒劑的投加量增加至1.0 mg/L和2.0 mg/L時，水樣AOC-NOX均呈先上升后下降的趨勢，且隨著氯投加量的增加，水樣AOC-NOX達(dá)到峰值所需時間減小，所達(dá)到的峰值越高。其中，當(dāng)氯投加量為1.0 mg/L，作用時間為60 min時，AOC-NOX達(dá)到峰值46.99 μg/L；當(dāng)氯投加量為2.0 mg/L，作用時間達(dá)到20 min時，AOC-NOX即增加到最大值53.35 μg/L。由此可知，高濃度的氯對飲用水AOC-NOX具有更加顯著的影響。

由圖3可以看出，氯對AOC-TOP的影響基本與AOC-P17相同，在不同濃度的氯作用下，AOC-TOP均呈現(xiàn)先上升后下降的變化規(guī)律。其中，隨著氯投加量的增加，水樣AOC-TOP所達(dá)到的峰值逐漸降低，達(dá)到峰值所需的時間逐漸縮短。各濃度下AOC-TOP的峰值分別為215.76 μg/L，178.11 μg/L及166.71 μg/L，達(dá)到峰值的時間分別為30 min，30 min及20 min。

氯對飲用水BRP的影響如圖4所示。

由圖4可以看出，當(dāng)氯投加量為0.5 mg/L時，水樣BRP變化規(guī)律與AOC變化規(guī)律相同，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。當(dāng)氯作用時間為60 min時水樣BRP由最初的2.39×105CFU/mL上升至最大值1.43×106CFU/mL，后隨著反應(yīng)時間的增加，水樣BRP下降。當(dāng)氯投加量為1.0 mg/L及2.0 mg/L時，飲用水BRP則呈現(xiàn)先上升后維持穩(wěn)定的趨勢。其中，當(dāng)氯投加量為1.0 mg/L，作用時間小于60 min時，BRP隨著作用時間的增加而逐漸增加，當(dāng)作用時間超過60 min時，BRP值基本穩(wěn)定在7.0×105CFU/mL～8.0×105CFU/mL的范圍內(nèi)。而對于氯投加量為2.0 mg/L的水樣，當(dāng)作用時間小于90 min時，BRP隨著作用時間的增加而逐漸增加，當(dāng)作用時間超過90 min時，BRP值基本穩(wěn)定在6.0×105CFU/mL～7.0×105CFU/mL的范圍內(nèi)。

2.2 氯胺消毒對飲用水AOC及BRP的影響

氯胺對飲用水AOC-P17,AOC-NOX及AOC-TOP的影響如圖5～圖7所示。

由圖5可以看出，氯胺可引起水樣中AOC-P17先升高后降低，其中當(dāng)氯胺投加量為0.5 mg/L及1.0 mg/L時，水樣AOC的增加量相對較大，且在反應(yīng)時間為20 min時AOC-P17出現(xiàn)峰值，峰值分別為134.6 μg/L與107.13 μg/L；隨著氯胺投加量增加至2.0 mg/L，反應(yīng)時間達(dá)到60 min時，飲用水中AOC的濃度升高至88.70 μg/L?？傮w來說，氯胺投加量越小，其對水樣AOC-P17的影響也越顯著。

由圖6可以看出，當(dāng)氯胺消毒劑的投加量為0.5 mg/L時，飲用水AOC-NOX呈現(xiàn)先增加后降低的變化規(guī)律，在反應(yīng)100 min時達(dá)到峰值，峰值為62.24 μg/L；當(dāng)反應(yīng)時間達(dá)到160 min后，水樣AOC-NOX穩(wěn)定在35 μg/L～45 μg/L的范圍內(nèi)。當(dāng)氯胺消毒劑的投加量為1.0 mg/L，作用時間超過160 min時后，水樣AOC-NOX在55 μg/L～65 μg/L的范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。當(dāng)氯胺投加量為2.0 mg/L時，水樣AOC-NOX呈現(xiàn)先增加后降低的變化規(guī)律且當(dāng)消毒劑作用時間達(dá)到160 min時，AOC-NOX增加到最大值為78.92 μg/L?？傮w來說，氯胺投加量越大，其對水樣AOC-NOX的影響也越顯著。

由圖7可以看出，氯胺對水中AOC-TOP的影響與氯相似，均會引起飲用水AOC-TOP不同程度的增加。但總體上AOC-TOP增加幅度受氯胺投加量的影響較小，不同濃度的氯胺投加量下，AOC-TOP峰值均在130 μg/L～160 μg/L的范圍內(nèi)。當(dāng)氯胺投加量為0.5 mg/L時，水樣AOC-TOP增長幅度相對較大，隨著氯胺投加量的增加，水樣AOC-TOP增加幅度逐漸減小，但當(dāng)氯胺投加量增大至2.0 mg/L時，水樣AOC-TOP增加幅度較1.0 mg/L有所上升。

氯胺對飲用水BRP的影響如圖8所示。

由圖8可以看出，當(dāng)氯胺投加量為0.5 mg/L時，作用40 min后飲用水BRP達(dá)到峰值，后隨著反應(yīng)時間的增加，BRP下降。當(dāng)氯胺投加量為1.0 mg/L，反應(yīng)時間為0 min～100 min時，隨著反應(yīng)時間的增加，水樣BRP增加，反應(yīng)時間超過100 min時，BRP在6.5×105CFU/mL～7.5×105CFU/mL的范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。當(dāng)氯胺投加量增加至2.0 mg/L時，水樣BRP變化較大，氯胺作用時間為0 min～100 min，水樣BRP迅速增加至9.90×105CFU/mL，后隨著反應(yīng)時間的增加，BRP值下降。

3 結(jié)語

1)氯及氯胺消毒劑均會引起飲用水AOC及BRP不同程度的增加，導(dǎo)致飲用水生物穩(wěn)定性下降。2)當(dāng)氯投加量為0.5 mg/L,1.0 mg/L及2.0 mg/L時，隨著氯投加量的增加，AOC及BRP增加幅度減小，但其到達(dá)峰值的時間基本相同，其中，AOC達(dá)到峰值的時間均為20 min～30 min，BRP達(dá)到峰值的時間均為50 min～60 min。3)當(dāng)氯胺投加量為0.5 mg/L,1.0 mg/L及2.0 mg/L時，隨著氯胺投加量的增加，AOC及BRP增加幅度先減小后增加，且其到達(dá)峰值所需時間逐漸增加，其中，AOC達(dá)到峰值的時間分別為20 min,40 min及60 min，BRP達(dá)到峰值的時間分別為40 min,60 min及100 min。