電熱式飲水機水質污染與清洗時限實驗研究

郭婷婷，劉原慶

(1.濱州絲路能源環境檢測科技有限公司，山東 濱州 256600，2.濱州學院，山東 濱州 256603)

1 引言

普通電熱式飲水機長期不清洗可能引發的健康風險主要為：①飲水機冷水管道及端口滋生大量細菌；②水垢的長期積累會導致出水硬度、重金屬指標升高；③單桶水飲用時間過長，出水中的亞硝酸鹽含量會較高[1～5]。以上水質的變化，會引發消化、泌尿系統相關疾病。本實驗主要研究飲水機在單次清洗后的使用過程中，微生物指標、硬度指標、亞硝酸鹽指標和重金屬指標隨時間的變化規律，為確定飲水機合理的清洗時間提供數據支持。

2 實驗材料與方法

2.1 實驗材料

以辦公室飲用水機為對象，所用純凈水滿足《GB 17324—2003瓶(桶)裝飲用純凈水衛生標準》。

2.2 實驗方法

2.2.1 采樣方法

飲水機清洗前后，采集冷、熱兩個出水口水樣(1#和2#)進行檢測；清洗后飲水機正常使用過程中，每周一、周四各取樣一次，持續56 d(表1)，期間共使用7桶純凈水，采集16個水樣(3#-18#)。

2.2.2 檢測方法

重金屬：X射線熒光光譜儀(XD-8000)；微生物數量：采用平板菌落計數法；硬度：EDTA絡合滴定法；亞硝酸鹽：采樣后立即測定，采用分光光度法。

2.3 數據處理

評定飲水機單一水質狀況時，通過數據線性擬合來預測水質超標的時間；綜合評定飲水機水質時，考慮各指標的相對權重，采用層次分析法估算飲水機合理的清洗時限。

表1 采樣時間安排

3 結果與分析

3.1 冷水口出水細菌總數

由于熱水口出水溫度較高，故未測細菌總數，僅對18份冷水端口出水進行檢測，結果見圖1所示。

圖1 細菌總數增長曲線

由圖1可知，冷水端口出水中細菌總數隨時間延長整體呈線性增長關系，在清洗后60 d內，出水水質基本符合國標，但單桶純凈水飲用時間過長時(如第42 d樣品，因假期飲用時間較長)，室內含菌空氣就會隨著換氣的過程進入桶內造成微生物污染。另外，內膽加熱也會使得冷水管水溫相對較高，適合細菌滋生，使出水中細菌總數增大。根據細菌總數增長擬合方程y=0.3396x-0.084，在飲水機使用到第60 d時，預測冷水端口出水的細菌總數將超過國家標準(20 cfu/mL)(圖2)。

圖2 硬度變化曲線

3.2 熱水口出水硬度

對熱水端口出水硬度變化測定結果表明(圖2)：①清洗前飲水機熱水端口出水硬度高達32.6度，是國標的1.6倍，其原因可能是桶裝水中含有的微量鈣、鎂離子在內膽中被反復加熱，當不用水或水流速度相對較小時，會發生分解反應生成微溶性碳酸鹽從水中析出，在加熱環表面沉淀形成水垢；但當熱水端口用水時，內膽內水流速度會相對較大、水溫逐漸降低，此時已結晶沉淀的水垢會重新大量溶解，造成出水中硬度超標；②一般而言，因每次取用熱水時間較短，CaCO3、MgCO3再次溶解的量小于沉淀量，內膽結垢總體是正向積累。但隨內膽沉積水垢量和沉積面積的增大，每次取水時溶解釋放CaCO3、MgCO3的作用面積也越大，使熱水端口出水的硬度相應變大，因此隨著飲水機使用期延長，出水硬度逐漸上升；③單桶水使用過程中，桶內剩余水量較小時出水硬度顯著增大，原因可能為已沉積水垢往往由于水沸騰滾動又被重新溶解，CaCO3、MgCO3等難容物質在內膽壁沉積和重新溶解存在動態平衡。。

由硬度含量增長曲線的擬合方程y=0.0705x-0.1346，可預測在飲水機清洗后第336 d時，熱水端口出水的硬度值將≥25度，超過國標。

3.3 出水亞硝酸鹽

圖3 亞硝酸鹽含量增長趨勢

由冷、熱端口曲線擬合方程y=0.0257x+0.7731、y=0.0325x+1.0829可知，在飲水機清洗后，預測第48 d冷水端口出水的亞硝酸鹽含量將超過國標，第29 d熱水端口出水的亞硝酸鹽含量將超過國標。

3.4 出水重金屬

飲水機內膽長期浸泡水中，內膽不銹鋼材料中的Cr和Ni可能會隨著內膽腐蝕進入飲用水，長期不清洗，會受到重金屬的污染。根據檢測結果，飲水機清洗前，熱水端口采集的水樣中Cr、Ni、Pb和Fe的含量分別為0.02 mg/L、0.05 mg/L、0.06 mg/L、1.2 mg/L，是國標上限值的2倍、5倍、6倍、20倍。清洗后，熱水端口出水的水樣中重金屬含量急劇降低，達到國標要求。隨著飲水機使用期延長，Pb、Cr、Ni含量緩慢增長(圖4)，而Fe含量增長迅速(圖5)。

圖4 Pb、Cr、Ni含量增長趨勢

這可能與溶解析出的重金屬與已沉積的水垢相結合，并附著在飲水機內膽壁上有關。當取用內膽中熱水時，由于內膽水流流速的加大，已沉淀的水垢及與水垢相結合的重金屬會再次溶解釋放。根據Pb、Cr、Ni、Fe各自擬合方程y=0.0133x+0.3969、y=0.0883x+0.2072、y=0.1502x-0.1382、y=1.606x-0.839，預測在第722 d、111 d、68 d、38 d，各自含量將再次超標。

3.5 飲水機合理清洗時限的評定

為綜合評定飲水機合理清洗時限，采用層次分析法對細菌總數、硬度、亞硝酸鹽、Cr、Ni、Fe等數據進行處理分析。首先，根據各指標對人體危害程度的大小，根據Saaty提出的相對尺度，確定相對權重，然后，根據各指標的增長變化規律相互比較，綜合評定飲水機的清洗時限。結果見表2。由表2可知，按照預先規定的各指標的超標時限和相對權重，確定飲水機建議清洗時限為77 d。

在對各指標權重進行賦值過程中，還應考慮服務人群，如兒童或老年人為主的群體，對細菌總數的相對權重就應該有所偏大，從而適當調整清洗時限。

圖5 Fe金屬含量增長趨勢

表2 飲水機清洗時限評定

4 結論

根據實驗結果，飲水機長時間不清洗，出水中各項指標的檢測值會超標；飲水機清洗后，隨使用時間延長，細菌總數、硬度、亞硝酸鹽含量、Cr、Ni、Fe的含量將分別在第60 d、336 d、48 d、29 d、111 d、68 d、38 d后再次達到國標上限；單桶水使用過程中，細菌總數、硬度、亞硝酸鹽指標會出現波動，飲用的時間越長，水體的二次污染就越嚴重，宜控制在1周內飲用完；采用層次分析法，根據確定的各因素相對權重，確定飲水機合理的清洗時限為77 d。