臭氧投加對 AOC 與TOC 影響試驗(yàn)

        臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，其氧化能力是氯的２倍，殺菌能力是氯的數(shù)百倍[1]。臭氧消毒因其具有不增加水的嗅和味、消毒速度快、效率高、設(shè)備操作簡單、便于運(yùn)行管理和實(shí)現(xiàn)自動化等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的青睞，并廣泛的應(yīng)用于各類供水系統(tǒng)的消毒環(huán)節(jié)[2]。然而，由于臭氧消毒的持久性差，消毒過程中臭氧能將水中大分子有機(jī)物氧化為易于微生物利用的小分子，造成細(xì)菌在供水管網(wǎng)大量生長，對飲用水生物穩(wěn)定性構(gòu)成潛在威脅[3-4]。因此關(guān)注、研究和解決臭氧消毒對飲用水生物穩(wěn)定性影響問題一直是水處理行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)之一[5]。

        AOC 是生物可同化有機(jī)碳(Assimilable Organic Car-bon)，是有機(jī)物中很易被細(xì)菌吸收、直接同化成細(xì)菌體的部分，被認(rèn)為是控制配水管網(wǎng)細(xì)菌再生長的主要營養(yǎng)物質(zhì)[6-7]。飲水中 AOC 與異養(yǎng)菌生長有良好的相關(guān)性，是評價飲用水生物穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。AOC 含量的高低被普遍認(rèn)為是控制給水管網(wǎng)中細(xì)菌生長的限制因素[8]。通常 AOC 在 10μ g/L 以下被認(rèn)為是生物穩(wěn)定水。管網(wǎng)水中 AOC控制在 50μg/L 以內(nèi),細(xì)菌的生長就受到限制，故美國建議標(biāo)準(zhǔn)為 AOC< 50~100μ g/L，我國建議的近期目標(biāo)為 AOC< 200μ g/L，遠(yuǎn)期目標(biāo) AOC< 100μ g/L 乙酸碳[9]。目前關(guān)于臭氧消毒對飲用水生物穩(wěn)定性（或 AOC）的影響的研究較多，但主要是針對城市水廠，復(fù)合工藝系統(tǒng)的研究，這些與農(nóng)村小型飲用水工程的特點(diǎn)和消毒工藝不符，不具有完全代表性。本研究以農(nóng)村飲用水臭氧消毒工程為對象，選取不同來源飲用水源水，通過室內(nèi)制備高濃度臭氧水進(jìn)行臭氧投加試驗(yàn)，并與實(shí)際工程相結(jié)合的方法，研究臭氧消毒對水中 AOC 指標(biāo)，即飲用水中生物穩(wěn)定性的影響。以期為臭氧消毒在農(nóng)村小型供水工程中的適用和生物穩(wěn)定性保障措施的制定和實(shí)施提供參考。

 

1 材料與方法

1.1 水樣的采集與保存
        取樣瓶處理：取樣用 100mL 磨口玻璃瓶用洗滌劑洗凈晾干，用重鉻酸鉀洗液浸泡 8h 以上，然后依次用自來水、蒸餾水、超純水沖洗干凈，121℃（15 磅）滅菌 20 min。水樣采集與保存：水樣采集前先對取樣口進(jìn)行去污滅菌處理，即先用酒精燈灼燒（金屬管材）或擦拭（塑料管材）取樣口，然后打開取樣口使水流自流 5min 后取樣。取樣數(shù)量均為一式三份。其中 AOC 水樣收集于 100mL 洗凈滅菌的磨口玻璃瓶中，蓋上蓋子后用封口膜包裹密封、套袋，置于保溫箱（4℃）中儲存運(yùn)輸。水樣在 7h 內(nèi)送到實(shí)驗(yàn)室，在 70℃的水浴鍋中巴氏滅菌 30min 以殺死活性細(xì)胞。水樣保存于 4℃冰箱中，并盡快測定。其他指標(biāo)檢測所需水樣的采集依據(jù)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)間樣方法—水樣的采集與保存》（GB/T 5750.2—2006）執(zhí)行。

1.2 試驗(yàn)方法
已有研究[10-12]表明，溫度是影響微生物繁殖和 AOC 變化以及臭氧穩(wěn)定性和有效性的重要因素之一。因此該研究在開展了大量村鎮(zhèn)臭氧消毒供水工程實(shí)地調(diào)研的基礎(chǔ)上，選取具有代表性的農(nóng)村飲用水水源水和飲水工程于2014年6~7月間進(jìn)行采樣和試驗(yàn)，以保證試驗(yàn)的科學(xué)和合理性。

1.2.1 臭氧投加對 AOC 影響試驗(yàn)

取湖北孝昌 A 地地表水源水北京大興 B 地地下水源水，分別投加一定量的高濃度臭氧水（高濃度臭氧水采用循環(huán)混合柱制備用臭氧發(fā)生器），使投加后混合液初始臭氧濃度約為 0.3、0.6 mg/L 左右，反應(yīng) 30min 后加入適量硫代硫酸鈉，巴氏滅菌。然后加入適量營養(yǎng)鹽進(jìn)行 AOC 檢測。對照試驗(yàn)（包括未投加臭氧水的原水及高濃度臭氧水溶液）等同步開展。水樣的部分水質(zhì)指標(biāo)檢測結(jié)果見表 1。

1.2.2 臭氧投加對 TOC 的影響試驗(yàn)

取 B 地表水和北京密云 C 地地下水源水（水樣的部分水質(zhì)指標(biāo)檢測結(jié)果見表 1），分別投加一定量的高濃度臭氧水，使混合液臭氧初始濃度約為 0、0.15、0.3、0.45、0.6 mg/L，反應(yīng) 30min 后進(jìn)行TOC 測定。對照試驗(yàn)同步開展。

1.2.3 村鎮(zhèn)飲用水臭氧消毒工程管網(wǎng) AOC 變化情況

分別采集北京市懷柔區(qū) D 村和 E 鎮(zhèn)兩處臭氧消毒村鎮(zhèn)供水工程中水源水、出廠水、管網(wǎng)中端和末梢水樣進(jìn)行 AOC 等指標(biāo)測定。具體采樣點(diǎn)布設(shè)情況為：D 村供水工程取樣點(diǎn) 3 個，分別為地下水源水，管網(wǎng) 10m 用戶水，管網(wǎng) 500m 用戶水。E 鎮(zhèn)凈水廠取樣點(diǎn) 3 個，分別為清水池出水（未投加臭氧），高壓管網(wǎng) 200m 用戶水，高壓管網(wǎng) 2000m 用戶水。水樣的部分水質(zhì)指標(biāo)檢測結(jié)果見表 1。

1.3 測試方法
        AOC 測試方法[13]：取待測 40mL 水樣，經(jīng) 70℃、30min 水浴巴氏消毒后冷卻至室溫，接種熒光假單胞菌 P17 (fluorescent pseudomonas)在 22~25℃下培養(yǎng) 2d，取培養(yǎng)液進(jìn)行平板計數(shù),計算水樣中的 AOC-P17 濃度；然后再次對水樣進(jìn)行巴氏消毒，接種 NOX(spirillum)作為測試菌種在 22~25℃下培養(yǎng) 3d，再對培養(yǎng)液進(jìn)行平板計數(shù)，計算水樣中的 AOC-NOX 濃度；AOC-P17 與 AOC-NOX 之和即為所測水樣 AOC 含量。

        臭氧水濃度的測定方法：采用便攜式多參數(shù)比色計（DR900，美國）檢測水中臭氧濃度。TOC 測定方法：采用 TOC 分析儀（multi N/C 3100，德國）測定。其他指標(biāo)的測定方法參照《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢測方法》（GB/T5750-2006）執(zhí)行。

2 結(jié)論

（1）TOC 較大（2.06mg/L）的農(nóng)村飲用水水源水投加臭氧后，AOC 隨著臭氧投加量的增大而升高，水的微生物穩(wěn)定性降低；TOC 較?。?.48 mg/L）的地下水，投加臭氧后 AOC 則下降，水的生物穩(wěn)定性增加，因此對于臭氧消毒供水工程應(yīng)該在保證消毒效果的前提下，控制臭氧投加量，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)營并有效控制飲用水 AOC 的增長。
（2）臭氧投加濃度較低（0~0.45mg/L）時，對地下水和地表水的 TOC 幾乎無影響，當(dāng)濃度較高（0.45~0.6mg/L）時，TOC 出現(xiàn)下降趨勢，地下水趨勢較明顯。水源水質(zhì)，臭氧投加量可能是影響水中 AOC 和 TOC 含量變化的重要因素，對于 TOC 較高（或水質(zhì)差）的水源水，應(yīng)該通過合理控制臭氧投加量或組合其他工藝處理后供水，以保證飲水的生物穩(wěn)定性。

（3）該研究中的村鎮(zhèn)飲水工程臭氧消毒后，管網(wǎng)中 AOC 出現(xiàn)較大波動，均屬于生物不穩(wěn)定性水，但低于我國目前建議控制標(biāo)準(zhǔn)。

（4）選擇水質(zhì)較好的水源是保障農(nóng)村臭氧消毒生物安全性的前提。農(nóng)村飲水工程應(yīng)該重視管材析出等飲用水二次污染的問題。

 

摘自：臭氧消毒對農(nóng)村飲用水生物穩(wěn)定性的影響

鄢元波，賈燕南，丁昆侖，孫文海，趙翠（中國水利水電科學(xué)研究院水利研究所，北京100048）

報告人即第一作者簡介

鄢元波（1986-），男，湖北黃岡人，碩士生，助理研究員，主要從事農(nóng)村飲水安全消 毒 研 究 。

E_mail:yuanboyan@163.com