李林林,劉佳蒙,宋弼堯,孫興濱(東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 50040)

飲用水中典型微生物消毒過(guò)程中消毒副產(chǎn)物的生成規(guī)律

李林林1,劉佳蒙2,宋弼堯3,孫興濱4*(東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

以飲用水中典型微生物——大腸桿菌(Escherichia coli)為試驗(yàn)對(duì)象,研究pH值、氯化時(shí)間、氯投量及細(xì)菌濃度對(duì)大腸桿菌在氯化消毒過(guò)程中生成消毒副產(chǎn)物(DBPs)的影響,并分析何種氯化條件下,DBPs控制效果最佳.研究表明:隨氯投量增加,二氯乙腈(DCAN)呈先上升后下降趨勢(shì); 隨氯化時(shí)間延長(zhǎng),三氯丙酮(1,1,1-TCP)和DCAN先增加后減少;在pH值從5升高到9時(shí),1,1,1-DCP、三氯硝基甲烷(TCNM)、二氯乙酸(DCAA)和三氯乙酸(TCAA)持續(xù)降低;細(xì)菌污染水源事件在近年常有報(bào)道,當(dāng)水源水中細(xì)菌濃度增加時(shí),飲用水中三氯甲烷(TCM)、TCNM、DCAA和TCAA濃度增加,但DCAN、三氯乙腈(TCAN)、二氯丙酮(1,1-DCP)和1,1,1-TCP不一定增加.為了達(dá)到低毒性的目的,氯投量濃度不宜太高,同時(shí)控制氯化時(shí)間為6h和pH＞8.

大腸桿菌；氯化消毒；消毒副產(chǎn)物

細(xì)菌在自然水體中廣泛存在,飲用水消毒的主要功能是對(duì)細(xì)菌性病原體的滅活.張倩等[1]已證實(shí)細(xì)菌及其釋放到水中的物質(zhì)是飲用水處理系統(tǒng)中一個(gè)重要的溶解性有機(jī)物(DOM)來(lái)源和DBPs前體物.

然而長(zhǎng)期以來(lái),天然有機(jī)物(NOM)被認(rèn)為是DBPs的主要前體物,NOM的主要成分腐殖酸和富里酸在消毒過(guò)程中生成的 DBPs得到廣泛關(guān)注和大量研究[2-3].Plummer等[4]對(duì)藻類及其代謝產(chǎn)物在各類消毒劑中和不同消毒條件下產(chǎn)生的DBPs亦做出大量研究.但對(duì)于消毒劑與細(xì)菌有機(jī)物反應(yīng)而生成的 DBPs研究較少.Stevenson等

[5]已證實(shí),與其他來(lái)源的 DOM 如天然水中的腐殖酸相比,細(xì)菌的 DOM 含有相對(duì)較多的N,如細(xì)菌的蛋白質(zhì)占細(xì)胞干重的 50%以上[6],因此與天然水中的 DOM相比,細(xì)菌在加氯反應(yīng)中易形成更具毒性的含氮消毒副產(chǎn)物(N-DBPs)[7].

近年來(lái),飲用水水質(zhì)中細(xì)菌學(xué)指標(biāo)超標(biāo)問(wèn)題依然嚴(yán)重,源水、水處理單元和管網(wǎng)輸送系統(tǒng)爆發(fā)細(xì)菌污染的事件被頻繁報(bào)道[8-9],各地出現(xiàn)集體腹瀉、腹痛等的新聞被頻繁報(bào)道,大部分是由于飲用水污染,導(dǎo)致大腸桿菌超標(biāo)所引起的,這同時(shí)也很有可能增加飲用水中DBPs,尤其是 N-DBPs. Plewa等[10]已證實(shí)含N-DBPs的毒性遠(yuǎn)大于含碳消毒副產(chǎn)物(CDBPs),因此盡管細(xì)菌濃度與水體中腐殖質(zhì)濃度相比較低,但細(xì)菌物質(zhì)尤其是大腸桿菌所產(chǎn)生的 DBPs不容忽視.

國(guó)內(nèi)外對(duì)細(xì)菌生成 DBPs已有相關(guān)研究.一種細(xì)菌消毒時(shí)生成消毒副產(chǎn)物的生成機(jī)理如下:氯與細(xì)菌接觸時(shí),會(huì)改變細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性,細(xì)胞質(zhì)包括蛋白質(zhì)、核酸和氨基酸等被釋放進(jìn)入水中,細(xì)胞壁、細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)等細(xì)菌物質(zhì)會(huì)與氯發(fā)生反應(yīng)生成 DBPs.細(xì)菌有機(jī)物在氯化過(guò)程中生成消毒副產(chǎn)物的可能形成途徑如圖1所示.肖潔雯等[6]發(fā)現(xiàn)純細(xì)菌物質(zhì)加氯反應(yīng)一定時(shí)間后,生成了 三鹵甲烷(THMs)、鹵乙酸(HAAs) 及鹵乙腈(HANs) 等消毒副產(chǎn)物,并確定了細(xì)菌細(xì)胞是產(chǎn)物中有機(jī)氮化合物的來(lái)源. Huang等[7]人研究了不同消毒條件對(duì)細(xì)菌生成 HANs 和鹵乙酰胺(HAcAms)的影響,發(fā)現(xiàn) DCAN、二氯乙酰胺(DCAcAm)和三氯乙酰胺(TCAcAm)均在pH中性條件下達(dá)到較大濃度.肖潔雯等[11]對(duì)兩種細(xì)菌在統(tǒng)一培養(yǎng)條件(UFC)下進(jìn)行加氯消毒實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)不同細(xì)菌對(duì) DBPs 的生成有不同程度的影響.但是目前關(guān)于不同pH、氯化時(shí)間和細(xì)菌濃度對(duì)飲用水中細(xì)菌在氯化消毒過(guò)程中產(chǎn)生HAAs、鹵代酮(HKs)和鹵代硝基甲烷(HNMs)的影響的研究卻尚未報(bào)道.

本研究以飲用水中典型微生物——大腸桿菌為研究對(duì)象,通過(guò)分析pH、氯化時(shí)間、氯投量和細(xì)菌濃度對(duì)大腸桿菌在氯消毒過(guò)程中消毒副產(chǎn)物生成量的影響,研究不同消毒條件下幾種消毒副產(chǎn)物的生成情況,闡明何種條件下生成的DBPs危害最小,以期為飲用水中的DBPs的控制提供參考數(shù)據(jù).

1 材料與方法

1.1 細(xì)菌培養(yǎng)

大腸桿菌是革蘭氏陰性短桿菌,大小為0.5μm×(1～3)μm.實(shí)驗(yàn)所用大腸桿菌來(lái)自中國(guó)普通微生物菌種保藏管理中心(CGMCC).將試驗(yàn)用菌種接種于裝有牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基的錐形瓶中,并將錐形瓶置于30℃環(huán)境中震蕩培養(yǎng)16～18h,使細(xì)菌生長(zhǎng)至穩(wěn)定期,此時(shí)的細(xì)菌濃度約108cfu/mL.

1.2 水樣制備

用紫外分光光度計(jì)測(cè)定大腸桿菌吸光度,測(cè)定波長(zhǎng)為 520nm,采用平板菌落計(jì)數(shù)法(CFU)測(cè)定細(xì)菌數(shù).對(duì)不同體積的細(xì)菌培養(yǎng)液進(jìn)行細(xì)菌物質(zhì)的總有機(jī)碳(TOC)質(zhì)量測(cè)定分析,獲得細(xì)菌TOC量(mg)與細(xì)菌量的標(biāo)準(zhǔn)曲線.實(shí)際飲用水水源的細(xì)菌量一般比較低,細(xì)菌 TOC濃度較低,為了減少實(shí)驗(yàn)操作帶來(lái)的誤差以及清晰地觀察和比較不同消毒條件下 DBPs的生成情況,在細(xì)菌的消毒實(shí)驗(yàn)中,常使用高細(xì)胞密度的純細(xì)菌懸浮液進(jìn)行研究.為獲得TOC為2mg/L的樣品,可通過(guò)計(jì)算取一定體積的菌液做離心分離,獲得的菌塊用 0.9%的氯化鈉(NaCl)溶液清洗2～3次直至得到純細(xì)菌塊.用一定量超純水重新懸浮純細(xì)菌塊,并超聲處理 5min,從而得到濃度為 7×106cfu/ mL的純細(xì)菌水樣,取樣測(cè)定TOC約為2mg/L.以相同方法獲得TOC為1mg/L和TOC為4mg/L的水樣.

1.3 提取消毒副產(chǎn)物前處理方法

提取消毒副產(chǎn)物的前處理方法是根據(jù)美國(guó)環(huán)保局 EPA551.1[12]中所述進(jìn)行的.反應(yīng)完成后,加入終止劑無(wú)水亞硫酸鈉溶液終止反應(yīng),振蕩搖勻后進(jìn)行抽濾.

1.4 消毒副產(chǎn)物提取

消毒副產(chǎn)物用甲基叔丁基醚(MTBE)溶液萃取,用移液管量取1mL MTBE層溶液到自動(dòng)進(jìn)樣瓶進(jìn)行樣品檢測(cè).

1.5 樣品檢測(cè)方法

采用Agilent GC-7890氣相色譜儀進(jìn)行樣品監(jiān)測(cè).使用的色譜柱為 HP-5石英毛細(xì)管柱(30mm×0.25mm,薄膜的厚度0.25mm ID).

檢測(cè)TCM、1,1-DCP、1,1,1-TCP、DCAN、TCAN和TCNM等6種消毒副產(chǎn)物的GC-ECD操作條件為:樣品進(jìn)樣量為 1μL;采用分流比為20:1的分流方式進(jìn)樣;載氣為高純氮(≥99.99%);探測(cè)器,290℃;進(jìn)樣口溫度為 200℃;柱溫:起始5min升至35℃,隨后以10℃/min升至75℃,保持5min,再以10℃/min升至100℃并持續(xù)2min.

檢測(cè)HAAs的GC-ECD操作條件為:樣品進(jìn)樣量為1μL;采用分流比為20:1的分流方式進(jìn)樣;載氣為高純氮?dú)?探測(cè)器,290℃;進(jìn)樣口溫度為210℃;柱溫:起始 20min升至 30℃,而后以 1℃/min升至40℃,再以20℃/min升至205℃并持續(xù)4min.

1.6 試驗(yàn)方法

在加氯前,配制好的次氯酸鈉(NaClO)試劑需要用DPD/FAS滴定法確定濃度,氯消毒試驗(yàn)在用密封條密封的反應(yīng)瓶中進(jìn)行.空白樣采用無(wú)菌超純水代替純細(xì)菌反應(yīng)液進(jìn)行加氯消毒實(shí)驗(yàn).研究結(jié)果通過(guò)2次重復(fù)實(shí)驗(yàn)獲得.反應(yīng)基本條件:細(xì)菌濃度為7×106cfu/mL(TOC濃度2mg/L);黑暗環(huán)境;氯投量為8mg/L;反應(yīng)溫度為20±2℃;pH=7.0;氯化時(shí)間為48h.在上述基本條件下,分別改變pH值(5、6、7、8、9)、氯化時(shí)間(6h、12h、24h、48h、72h)、氯消毒劑投加量(2,4,8,10,20mg/L)和細(xì)菌濃度(1,2,4mg/L).

2 結(jié)果與分析

2.1 氯投量的影響

如圖2所示,TCM、1,1-DCP、1,1,1-TCP、TCAN、TCNM、DCAA和TCAA隨氯消毒劑濃度的增加而增加,而DCAN的濃度隨氯投量的增加先上升后下降.

當(dāng)氯投量較低時(shí),消毒劑與消毒副產(chǎn)物的前體物(DBPsFP)反應(yīng)一段時(shí)間后,余氯量很少,不能提供足夠的氯繼續(xù)反應(yīng)[13],所以當(dāng)氯消毒劑濃度從2mg/L增加到8mg/L時(shí),DBPs的濃度總體呈上升趨勢(shì),同時(shí)還生成腈、醛和酮類等中間產(chǎn)物,它們是DCAN、TCAN、1,1-DCP、1,1,1-TCP和TCNM的前驅(qū)物.例如氨基酸、核酸和蛋白質(zhì)是HANs的重要前體物,其中氨基酸和氯反應(yīng)可以生成腈和醛,胺基與活性氯反應(yīng),產(chǎn)生有機(jī)氯胺,再通過(guò)水解和氯化等反應(yīng)生成 DCAN和TCAN[14].

不穩(wěn)定性的 DBPs 濃度取決于其形成與分解速度[15].氯消毒劑濃度大于8mg/L時(shí),增加的氯繼續(xù)與腈、醛和酮類等中間產(chǎn)物反應(yīng),并且反應(yīng)速率隨氯投量的增加而增大,從而加快了DCAN、TCAN、1,1-DCP、1,1,1-TCP和TCNM的形成速率.當(dāng)增加氯投量時(shí),同時(shí)也加快了TCAN、1,1-DCP、1,1,1-TCP和TCNM的水解速率,但始終小于形成速率,所以濃度繼續(xù)增加.然而DCAN的水解速度的提高超過(guò)其形成速度的增加,所以氯消毒劑濃度從 8mg/L增加到20mg/L時(shí),DCAN的濃度逐漸降低.Glezer等[16]的實(shí)驗(yàn)表明:HAAs是 HANs的主要水解產(chǎn)物,TCM是1,1,1-TCP、TCAA和其他一些DBPs的水解產(chǎn)物,DCAA、TCAA 和 TCM是穩(wěn)定消毒副產(chǎn)物,一般是氯化消毒過(guò)程的最終副產(chǎn)物,因此它們的濃度隨DCAN、TCAN、1,1-DCP和1,1,1-TCP水解速率的加快穩(wěn)定升高.

圖2 氯投量對(duì)消毒副產(chǎn)物的影響Fig.2 Formation of DBPs as functions of chlorine dosage

在氯投量為 8～20mg/L范圍內(nèi),隨著消毒劑不斷投加,所有的 C-DBPs都出現(xiàn)平穩(wěn)上升趨勢(shì).N-DBPs中 TCAN濃度平穩(wěn)增長(zhǎng),但幅度不大;TCNM 在氯投量為 2mg/L時(shí)達(dá)到最小值0.9μg/L;而 DCAN呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),并且在氯投量為2mg/L時(shí)達(dá)到最低值2.3μg/L.可見氯投量為2mg/L時(shí),產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的危害最小.

2.2 氯化時(shí)間的影響

圖3 氯化時(shí)間對(duì)消毒副產(chǎn)物的影響Fig.3 Effect of reaction time on DBPs

由圖3可知,1,1-DCP、TCM、TCAN、TCNM、DCAA和TCAA隨氯化時(shí)間的延長(zhǎng)總體呈上升趨勢(shì),而1,1,1-TCP和DCAN先上升后下降.

氯化反應(yīng)開始,不穩(wěn)定消毒副產(chǎn)物 1,1,1-TCP和 DCAN在立即形成,隨后開始水解或與余氯反應(yīng)[17],酮類和醛等中間產(chǎn)物以及其他前驅(qū)物水解生成1,1,1-TCP和DCAN,開始一段時(shí)間,二者濃度升高,但是反應(yīng)一段時(shí)間后,1,1,1-TCP和 DCAN的形成速度小于水解和氧化速度

[17],濃度逐漸降低.氯化時(shí)間在6～72h范圍內(nèi), 1,1-DCP、TCAN和TCNM的生成量逐漸增加,增加量始終大于水解減少的量,濃度持續(xù)升高.HAAs是HANs的主要水解產(chǎn)物,1,1,1-TCP可以被水解為TCAA和TCM,此外,隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),其他一些不穩(wěn)定 DBPs水解生成 HAA和THM[18], TCM、DCAA和TCAA是氯化消毒的終產(chǎn)物,所以在整個(gè)氯化過(guò)程中隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加.

從圖中得知,反應(yīng)時(shí)間從24h延長(zhǎng)至72h時(shí), C-DBPs中的1,1-DCP、TCM、DCAA和TCAA持續(xù)增加,1,1-DCP和TCM變化最為顯著,分別增加了1.5倍和4.2倍;1,1,1-TCP減少了1.1μg/L,然而 TCAN增加了 1.1μg/L;DCAN下降了1.7μg/L,但毒性更大的 TCNM 急劇增加了2.7μg/L.所以氯化時(shí)間在24～72h時(shí),24h時(shí)生成的消毒副產(chǎn)物對(duì)人體危害較小.氯化時(shí)間從 6h延長(zhǎng)到24h時(shí),TCM、1,1,1-TCP和TCAA在0.2～0.6μg/L 范圍內(nèi)變化,并不顯著;1,1-DCP、DCAA、DCAN、TCAN和TCNM總體呈增加趨勢(shì);毒性較大的含氮消毒副產(chǎn)物 DCAN、TCAN和TCNM在6h達(dá)到最小濃度,分別比24h時(shí)少了 45%、50%和 47%.所以氯化時(shí)間為 6h比24h時(shí)生成的消毒副產(chǎn)物危害更小.以上數(shù)據(jù)表明,氯化時(shí)間為6h對(duì)DBPs總體上產(chǎn)生的控制效果較好.

2.3 pH值的影響

如圖4可知,在pH值從5升高到9時(shí),TCM的濃度是一直升高, DCAN、TCAN和1,1-DCP的濃度先升高后降低,而 1,1,1-TCP、TCNM、DCAA和TCAA的濃度一直減少.

圖4 pH對(duì)消毒副產(chǎn)物的影響Fig.4 Effect of pH on DBPs

徐倩等[19]研究表明,當(dāng)水中存在余氯時(shí), 1,1-DCP和1,1,1-TCP可以發(fā)生水解、分解或與次氯酸直接反應(yīng)生成三氯甲烷等其他消毒副產(chǎn)物.隨著pH由6.0升高至8.5,1,1,1-TCP的水解速率常數(shù)增加了52倍,且水解速率明顯大于合成速率[20],所以隨著pH升高,1,1,1-TCP的濃度持續(xù)下降了80%.pH=5時(shí),1,1-DCP的水解常數(shù)為0.21, pH增加到7時(shí),水解速率為1.55,只增加了6.4倍,小于一氯丙酮合成1,1-DCP的速率;在堿性條件下,1,1-DCP更易分解,并且有很大一部分 1,1-DCP會(huì)氧化生成1,1,1-TCP[20],因此1,1-DCP先升高后降低.

pH值對(duì)HANs前體物和氯消毒劑反應(yīng)的活性及HANs的穩(wěn)定性影響較大[7],所以pH＜7時(shí),生成 HANs反應(yīng)的活性隨 pH降低而降低,而HANs的水解是一個(gè)堿催化過(guò)程[14],pH＞7時(shí), DCAN和TCAN因大量水解而減少,pH升高會(huì)加速HANs的水解[14],因此DCAN和TCAN濃度隨pH 的增加先升高后降低,pH=7時(shí)達(dá)到最大值.TCNM和HAAs隨pH 值的升高水解速率加快[19],水解速率大于合成速率,所以 TCNM、DCAA和TCAA的濃度一直減少.TCM在氯存在時(shí)是穩(wěn)定 DBPs,是氯化反應(yīng)的最終產(chǎn)物, 1,1,1-TCP、TCAN、TCAA和其他一些中間產(chǎn)物水解最終生成TCM[13],因此TCM濃度隨著pH值的增大而升高.

從圖中可以看出,在 pH由 5升高到 9時(shí), TCM增加了8.7μg/L,但DCAA減少了2.5μg/L, TCAA 減少了 5.8μg/L;1,1,1-TCP急劇減了11.7μg/L;1,1-DCP 在 pH=9時(shí)濃度最小為4.2μg/L,所以生成的C-DBPs在pH=9時(shí)濃度最小.pH由5升高到9時(shí),DCAN濃度先增大后減少,雖然DCAN濃度在pH=9時(shí)比pH=5時(shí)大了5μg/L,但 TCNM 的濃度急劇減少了 7.4μg/L; TCAN在pH=9時(shí)達(dá)到最小值.因此在pH=9時(shí)生成的N-DBPs濃度最小.據(jù)以上數(shù)據(jù)分析,氯化消毒的pH條件應(yīng)控制在9.

2.4 細(xì)菌濃度的影響

由圖5可知,TCM、TCNM、DCAA和TCAA的濃度隨著細(xì)菌濃度升高而增加,DCAN和TCAN的濃度隨細(xì)菌密度的增加無(wú)明顯變化趨勢(shì),1,1-DCP和1,1,1-TCP隨著細(xì)菌濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì).細(xì)菌是一個(gè)有機(jī)整體,氯與細(xì)菌反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,受各個(gè)方面的影響,不能簡(jiǎn)單地用有機(jī)物組成的多少研究其對(duì)細(xì)菌生成DBPs的影響,推測(cè)如下:

圖5 細(xì)菌TOC濃度對(duì)消毒副產(chǎn)物的影響Fig.5 Formation of DBPs as a function of bacterial concentration

經(jīng)檢測(cè),3種濃度的細(xì)菌懸浮液在此消毒條件下都存在余氯.氯投量是一定的,細(xì)菌物質(zhì)與氯消毒劑的比例(TOC:Cl2)不同,這可能是1,1-DCP和 1,1,1-TCP變化趨勢(shì)的主要原因.二者濃度在TOC:Cl2比例1:8時(shí),分別為1.9μg/L和1.3μg/L,并隨細(xì)菌物質(zhì)的增加而增加,在 TOC:Cl2的比例1:4時(shí)達(dá)到最大濃度2.6μg/L和1.8μg/L,這一變化趨勢(shì)很可能是TOC:Cl2小于1:4時(shí),存在充足的余氯與增加有機(jī)物發(fā)生水解和氧化.繼續(xù)增加細(xì)菌濃度時(shí),1,1-DCP和 1,1,1-TCP逐漸減少,在TOC:Cl2比例為 1:2時(shí),濃度分別 1.7μg/L和1.1μg/L,與TOC:Cl2比例為1:8時(shí)相差不大.細(xì)菌與氯反應(yīng)生成的鹵化酮主要包括一氯丙酮、二氯丙酮和三氯丙酮.一氯丙酮能與氯反應(yīng)生成二氯丙酮,繼而生成三氯丙酮[19],1,1-DCP 和1,1,1-TCP濃度的減少很可能是隨著細(xì)菌濃度的增加導(dǎo)致余氯的減少和更多一氯丙酮的生成,并且氯更易與含氮有機(jī)物反應(yīng)生成 N-DBPs,一氯丙酮對(duì)氯的競(jìng)爭(zhēng)能力上弱于 N-DBPs,因而不充足的氯使1,1-DCP和1,1,1-TCP的濃度隨細(xì)菌TOC濃度的增加而減少,這也解釋了余氯的減少并沒(méi)有影響TCNM的增加的原因.

因此在有一定余氯的存在下,DCAN和TCAN可能隨細(xì)菌物質(zhì)的增加而增加,DCAN和TCAN立即水解生成終產(chǎn)物 TCM、DCAA和TCAA,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,DCAN和TCAN因濃度的減少而使水解速率降低,逐漸達(dá)到一種相對(duì)穩(wěn)定的濃度,所以細(xì)菌濃度由1mg/L增大到4mg/L時(shí),對(duì)DCAN和TCAN的生成趨勢(shì)無(wú)明顯影響,而使 TCM、DCAA和 TCAA分別增加了1.3μg/L、5.3μg/L、27.1μg/L和 2.5μg/L.由此可見水源水突然被細(xì)菌污染時(shí),TCM、TCNM、DCAA和TCAA的濃度一定升高,但DCAN、TCAN、1,1-DCP和1,1,1-TCP未必增加.

3 結(jié)論

3.1 氯消毒劑濃度越低,生成的 DBPs越少.TCM、1,1-DCP、1,1,1-TCP、TCAN、TCNM、DCAA和TCAA隨氯氯投量的增加呈上升趨勢(shì),而 DCAN呈先上升后下降趨勢(shì).綜合分析,在此實(shí)驗(yàn)中,氯投量為2mg/L時(shí)產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物對(duì)人體的危害最小.

3.2 氯化時(shí)間為6h對(duì)DBPs總體上產(chǎn)生的控制效果較好.氯化時(shí)間在 6～72h范圍內(nèi)變化時(shí), 1,1-DCP、TCM、TCAN、TCNM、DCAA和TCAA濃度隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加,1,1,1-TCP和DCAN先增加后減少.其中TCAN和TCNM變化最為顯著,濃度在6h達(dá)到最低峰0.1,0.9μg/L,且其毒性遠(yuǎn)大于其他DBPs.說(shuō)明反應(yīng)時(shí)間6h對(duì)N-DBPs控制效果最好.

3.3 pH=9對(duì)DBPs的控制效果較佳.在pH值從5升高到9時(shí),TCM穩(wěn)定升高, DCAN、TCAN和1,1-DCP先升高后降低,1,1,1-TCP、TCNM、DCAA和 TCAA總體呈減少趨勢(shì),毒性最強(qiáng)的TCNM 減小的幅度最大,pH=9時(shí)達(dá)到最小4.2μg/L,下降了63%.

3.4 水源水突然被細(xì)菌污染時(shí),TCM、TCNM、DCAA和TCAA增加,DCAN、TCAN、1,1-DCP和1,1,1-TCP不一定增加.

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Formation of major disinfection by-products from representative microorganisms during drinking water chlorination.

LI Lin-lin1, LIU Jia-meng2, SONG Bi-yao3, SUN Xing-bin4*(1.School of Forestry, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China). China Environmental Science, 2016,36(12)：3631～3638

Formation of disinfection by-products (DBPs) from chlorination of Escherichia coli, a bacterial strain which was commonly found in drinking water as a representative of aquatic microorganism, was investigated under selected conditions. Evaluated factors included contact time, chlorine dosages, pH and bacterial concentrations. These factors potentially influence the DBPs formation in the disinfection systems, which could be optimized for minimization of DBPs formation during chlorination of drinking water. Results showed that the formation of DCAN from the bacterial suspension initially increased and then decreased with increased chlorine dose. The formation of 1,1,1-TCP and DCAN followed a similar pattern of increase and then decrease with prolonged reaction time. At the same time, the concentrations of DCAA, TCAA, TCNM and 1,1,1-DCP decreased when pH was increased from 5 to 9. Bacterial contamination in aquatic environments has been extensively reported in recent years. Increased bacterial concentration in the raw water may lead to a higher formation of TCM, TCNM, DCAA and TCAA, but not for DCAN, TCAN, 1,1-DCP and 1,1,1-TCP. To achieve a low toxicity in drinking water, it is suggested from this study that chlorine concentration should be kept low, under disinfection contact time of 6h and alkaline condition (pH＞8).

Escherichia coli；chlorination；disinfection by-products

X703

A

1000-6923(2016)12-3631-08

李林林(1990-),黑龍江齊齊哈爾人,東北林業(yè)大學(xué)碩士研究生,主要從事安全飲用水處理工藝?yán)碚撆c技術(shù)方面的研究.

2016-04-20

黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(E200812);中國(guó)博士后基金特別資助項(xiàng)目(200902408)

* 責(zé)任作者, 教授, 290216154@qq.com