李 鑫 汪 毅 丁志斌 董瑞程 陳 曉
(陸軍工程大學(xué)國(guó)防工程學(xué)院,江蘇 南京 210007)
飲用水在供水及貯存過(guò)程中微生物的再生長(zhǎng)現(xiàn)象將導(dǎo)致飲用水衛(wèi)生安全隱患、感官性狀?lèi)夯约肮┧芫W(wǎng)與設(shè)備的微生物腐蝕等問(wèn)題[1]。美國(guó)等許多國(guó)家通過(guò)在水中維持一定濃度的消毒劑來(lái)抑制微生物的生長(zhǎng)[2]。但研究表明消毒劑的加入會(huì)導(dǎo)致水中可同化有機(jī)碳(AOC)及微生物再生長(zhǎng)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(duì)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(shí)間的變化規(guī)律,綜合評(píng)價(jià)了氯及氯胺對(duì)飲用水生物穩(wěn)定性的影響,并在此基礎(chǔ)上提出通過(guò)投加消毒劑控制飲用水生物穩(wěn)定性的合理建議,對(duì)飲用水消毒作用時(shí)間的選取提供了一定的依據(jù)。
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(chǔ)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。
AOC的檢測(cè)方法最早由荷蘭教授Van Der Kooij提出,他通過(guò)生物培養(yǎng)計(jì)數(shù)的方法來(lái)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(cè)方法[6,7]。
BRP測(cè)定是以與測(cè)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(lái)衡量細(xì)菌的再生長(zhǎng)狀況,具體過(guò)程如下[8,9]:取50 mL高壓滅菌后的待測(cè)水樣,按一定比例接種同源菌液,20 ℃培養(yǎng)5 d后所測(cè)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(jiàn)表1。
表1 南京市濱江水廠砂濾池出水基本水質(zhì)參數(shù)
氯對(duì)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(shí),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(shí)間的增加,AOC-P17濃度降低。當(dāng)氯投加量為1.0 mg/L時(shí),飲用水AOC-P17也呈先增加后降低的趨勢(shì),且接觸反應(yīng)30 min時(shí),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(shí),AOC-P17即達(dá)到峰值且峰值相對(duì)較低,為113.36 μg/L。由此可知,低濃度的氯對(duì)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(shí),AOC-NOX在15 μg/L~25 μg/L的范圍內(nèi)上下波動(dòng),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(shí),水樣AOC-NOX均呈先上升后下降的趨勢(shì),且隨著氯投加量的增加,水樣AOC-NOX達(dá)到峰值所需時(shí)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(shí)間為60 min時(shí),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(shí)間達(dá)到20 min時(shí),AOC-NOX即增加到最大值53.35 μg/L。由此可知,高濃度的氯對(duì)飲用水AOC-NOX具有更加顯著的影響。
由圖3可以看出,氯對(duì)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(shí)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(shí)間分別為30 min,30 min及20 min。
氯對(duì)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(shí),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(shì)。當(dāng)氯作用時(shí)間為60 min時(shí)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(shí)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(shí),飲用水BRP則呈現(xiàn)先上升后維持穩(wěn)定的趨勢(shì)。其中,當(dāng)氯投加量為1.0 mg/L,作用時(shí)間小于60 min時(shí),BRP隨著作用時(shí)間的增加而逐漸增加,當(dāng)作用時(shí)間超過(guò)60 min時(shí),BRP值基本穩(wěn)定在7.0×105CFU/mL~8.0×105CFU/mL的范圍內(nèi)。而對(duì)于氯投加量為2.0 mg/L的水樣,當(dāng)作用時(shí)間小于90 min時(shí),BRP隨著作用時(shí)間的增加而逐漸增加,當(dāng)作用時(shí)間超過(guò)90 min時(shí),BRP值基本穩(wěn)定在6.0×105CFU/mL~7.0×105CFU/mL的范圍內(nèi)。
氯胺對(duì)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(shí),水樣AOC的增加量相對(duì)較大,且在反應(yīng)時(shí)間為20 min時(shí)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(shí)間達(dá)到60 min時(shí),飲用水中AOC的濃度升高至88.70 μg/L。總體來(lái)說(shuō),氯胺投加量越小,其對(duì)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(shí),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(shí)達(dá)到峰值,峰值為62.24 μg/L;當(dāng)反應(yīng)時(shí)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(shí)間超過(guò)160 min時(shí)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(shí),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(shí)間達(dá)到160 min時(shí),AOC-NOX增加到最大值為78.92 μg/L??傮w來(lái)說(shuō),氯胺投加量越大,其對(duì)水樣AOC-NOX的影響也越顯著。
由圖7可以看出,氯胺對(duì)水中AOC-TOP的影響與氯相似,均會(huì)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(shí),水樣AOC-TOP增長(zhǎng)幅度相對(duì)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(shí),水樣AOC-TOP增加幅度較1.0 mg/L有所上升。
氯胺對(duì)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(shí),作用40 min后飲用水BRP達(dá)到峰值,后隨著反應(yīng)時(shí)間的增加,BRP下降。當(dāng)氯胺投加量為1.0 mg/L,反應(yīng)時(shí)間為0 min~100 min時(shí),隨著反應(yīng)時(shí)間的增加,水樣BRP增加,反應(yīng)時(shí)間超過(guò)100 min時(shí),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(shí),水樣BRP變化較大,氯胺作用時(shí)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(shí)間的增加,BRP值下降。
1)氯及氯胺消毒劑均會(huì)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(shí),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(shí)間基本相同,其中,AOC達(dá)到峰值的時(shí)間均為20 min~30 min,BRP達(dá)到峰值的時(shí)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(shí),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(shí)間逐漸增加,其中,AOC達(dá)到峰值的時(shí)間分別為20 min,40 min及60 min,BRP達(dá)到峰值的時(shí)間分別為40 min,60 min及100 min。