臭氧投加對 AOC 與TOC 影響試驗

        臭氧是一種強氧化劑，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、便于運行管理和實現(xiàn)自動化等優(yōu)點而受到人們的青睞，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)注的焦點之一[5]。

        AOC 是生物可同化有機碳(Assimilable Organic Car-bon)，是有機物中很易被細(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行臭氧投加試驗，并與實際工程相結(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℃）中儲存運輸。水樣在 7h 內(nèi)送到實驗室，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月間進行采樣和試驗，以保證試驗的科學(xué)和合理性。

1.2.1 臭氧投加對 AOC 影響試驗

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)鹽進行 AOC 檢測。對照試驗（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

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 后進行TOC 測定。對照試驗同步開展。

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)中端和末梢水樣進行 AOC 等指標(biāo)測定。具體采樣點布設(shè)情況為：D 村供水工程取樣點 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 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)液進行平板計數(shù),計算水樣中的 AOC-P17 濃度；然后再次對水樣進行巴氏消毒，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，可實現(xiàn)經(jīng)濟運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