氯及氯胺消毒对饮用水生物稳定性的影响研究

李 鑫 汪 毅 丁志斌 董瑞程 陈 晓

(陆军工程大学国防工程学院，江苏 南京 210007)

饮用水在供水及贮存过程中微生物的再生长现象将导致饮用水卫生安全隐患、感官性状恶化以及供水管网与设备的微生物腐蚀等问题[1]。美国等许多国家通过在水中维持一定浓度的消毒剂来抑制微生物的生长[2]。但研究表明消毒剂的加入会导致水中可同化有机碳(AOC)及微生物再生长潜能(BRP)的升高，从而降低饮用水的生物稳定性[3]。本研究对比了在不同浓度氯及氯胺作用下，饮用水AOC及BRP随反应时间的变化规律，综合评价了氯及氯胺对饮用水生物稳定性的影响，并在此基础上提出通过投加消毒剂控制饮用水生物稳定性的合理建议，对饮用水消毒作用时间的选取提供了一定的依据。

1 材料与方法

1.1 试验所需试剂的配制

1)0.1M磷酸盐缓冲溶液：称取8.0 g NaCl，0.2 g KCl，1.56 gNa2HPO4，0.2 g KH2PO4溶解于1 000 mL超纯水中；2)400 mg乙酸碳/L储存溶液：称取1.366 7 g CH3COONa溶于1 000 mL超纯水中；3)矿物盐溶液：称取85.5 mg KH2PO4，383.5 mg NaCl，722 mg KNO3溶于500 mL超纯水中。

1.2 AOC的测定

AOC的检测方法最早由荷兰教授Van Der Kooij提出，他通过生物培养计数的方法来指示水中生物可利用有机物的量[4,5]。本研究采用刘文君等人改进后的先后接种法作为AOC的检测方法[6,7]。

1.3 BRP的测定

BRP测定是以与测试水样同源的水中土著细菌为接种菌种，以培养后水中的细菌总数来衡量细菌的再生长状况，具体过程如下[8,9]：取50 mL高压灭菌后的待测水样，按一定比例接种同源菌液，20 ℃培养5 d后所测得的水样中细菌总数(CFU/mL)即为水样的BRP浓度。

本研究选取南京市滨江水厂砂滤池出水作为试验用水，部分水质参数见表1。

表1 南京市滨江水厂砂滤池出水基本水质参数

2 结果与讨论

2.1 氯消毒对饮用水AOC及BRP的影响

氯对饮用水AOC-P17,AOC-NOX及AOC-TOP的影响如图1～图3所示。

由图1可知，当氯投加量为0.5 mg/L，接触反应30 min时，水中AOC-P17浓度由初始54.15 μg/L迅速升高至195.09 μg/L，随着反应时间的增加，AOC-P17浓度降低。当氯投加量为1.0 mg/L时，饮用水AOC-P17也呈先增加后降低的趋势，且接触反应30 min时，达到峰值152.28 μg/L。而当氯投加量增加至2.0 mg/L，反应20 min时，AOC-P17即达到峰值且峰值相对较低，为113.36 μg/L。由此可知，低浓度的氯对饮用水AOC-P17具有更加显著的影响。

由图2可以看出，当氯消毒的投加量为0.5 mg/L时，AOC-NOX在15 μg/L～25 μg/L的范围内上下波动，但总体变化不明显。而当氯消毒剂的投加量增加至1.0 mg/L和2.0 mg/L时，水样AOC-NOX均呈先上升后下降的趋势，且随着氯投加量的增加，水样AOC-NOX达到峰值所需时间减小，所达到的峰值越高。其中，当氯投加量为1.0 mg/L，作用时间为60 min时，AOC-NOX达到峰值46.99 μg/L；当氯投加量为2.0 mg/L，作用时间达到20 min时，AOC-NOX即增加到最大值53.35 μg/L。由此可知，高浓度的氯对饮用水AOC-NOX具有更加显著的影响。

由图3可以看出，氯对AOC-TOP的影响基本与AOC-P17相同，在不同浓度的氯作用下，AOC-TOP均呈现先上升后下降的变化规律。其中，随着氯投加量的增加，水样AOC-TOP所达到的峰值逐渐降低，达到峰值所需的时间逐渐缩短。各浓度下AOC-TOP的峰值分别为215.76 μg/L，178.11 μg/L及166.71 μg/L，达到峰值的时间分别为30 min，30 min及20 min。

氯对饮用水BRP的影响如图4所示。

由图4可以看出，当氯投加量为0.5 mg/L时，水样BRP变化规律与AOC变化规律相同，呈现先增加后降低的趋势。当氯作用时间为60 min时水样BRP由最初的2.39×105CFU/mL上升至最大值1.43×106CFU/mL，后随着反应时间的增加，水样BRP下降。当氯投加量为1.0 mg/L及2.0 mg/L时，饮用水BRP则呈现先上升后维持稳定的趋势。其中，当氯投加量为1.0 mg/L，作用时间小于60 min时，BRP随着作用时间的增加而逐渐增加，当作用时间超过60 min时，BRP值基本稳定在7.0×105CFU/mL～8.0×105CFU/mL的范围内。而对于氯投加量为2.0 mg/L的水样，当作用时间小于90 min时，BRP随着作用时间的增加而逐渐增加，当作用时间超过90 min时，BRP值基本稳定在6.0×105CFU/mL～7.0×105CFU/mL的范围内。

2.2 氯胺消毒对饮用水AOC及BRP的影响

氯胺对饮用水AOC-P17,AOC-NOX及AOC-TOP的影响如图5～图7所示。

由图5可以看出，氯胺可引起水样中AOC-P17先升高后降低，其中当氯胺投加量为0.5 mg/L及1.0 mg/L时，水样AOC的增加量相对较大，且在反应时间为20 min时AOC-P17出现峰值，峰值分别为134.6 μg/L与107.13 μg/L；随着氯胺投加量增加至2.0 mg/L，反应时间达到60 min时，饮用水中AOC的浓度升高至88.70 μg/L。总体来说，氯胺投加量越小，其对水样AOC-P17的影响也越显著。

由图6可以看出，当氯胺消毒剂的投加量为0.5 mg/L时，饮用水AOC-NOX呈现先增加后降低的变化规律，在反应100 min时达到峰值，峰值为62.24 μg/L；当反应时间达到160 min后，水样AOC-NOX稳定在35 μg/L～45 μg/L的范围内。当氯胺消毒剂的投加量为1.0 mg/L，作用时间超过160 min时后，水样AOC-NOX在55 μg/L～65 μg/L的范围内保持稳定。当氯胺投加量为2.0 mg/L时，水样AOC-NOX呈现先增加后降低的变化规律且当消毒剂作用时间达到160 min时，AOC-NOX增加到最大值为78.92 μg/L。总体来说，氯胺投加量越大，其对水样AOC-NOX的影响也越显著。

由图7可以看出，氯胺对水中AOC-TOP的影响与氯相似，均会引起饮用水AOC-TOP不同程度的增加。但总体上AOC-TOP增加幅度受氯胺投加量的影响较小，不同浓度的氯胺投加量下，AOC-TOP峰值均在130 μg/L～160 μg/L的范围内。当氯胺投加量为0.5 mg/L时，水样AOC-TOP增长幅度相对较大，随着氯胺投加量的增加，水样AOC-TOP增加幅度逐渐减小，但当氯胺投加量增大至2.0 mg/L时，水样AOC-TOP增加幅度较1.0 mg/L有所上升。

氯胺对饮用水BRP的影响如图8所示。

由图8可以看出，当氯胺投加量为0.5 mg/L时，作用40 min后饮用水BRP达到峰值，后随着反应时间的增加，BRP下降。当氯胺投加量为1.0 mg/L，反应时间为0 min～100 min时，随着反应时间的增加，水样BRP增加，反应时间超过100 min时，BRP在6.5×105CFU/mL～7.5×105CFU/mL的范围内保持稳定。当氯胺投加量增加至2.0 mg/L时，水样BRP变化较大，氯胺作用时间为0 min～100 min，水样BRP迅速增加至9.90×105CFU/mL，后随着反应时间的增加，BRP值下降。

3 结语

1)氯及氯胺消毒剂均会引起饮用水AOC及BRP不同程度的增加，导致饮用水生物稳定性下降。2)当氯投加量为0.5 mg/L,1.0 mg/L及2.0 mg/L时，随着氯投加量的增加，AOC及BRP增加幅度减小，但其到达峰值的时间基本相同，其中，AOC达到峰值的时间均为20 min～30 min，BRP达到峰值的时间均为50 min～60 min。3)当氯胺投加量为0.5 mg/L,1.0 mg/L及2.0 mg/L时，随着氯胺投加量的增加，AOC及BRP增加幅度先减小后增加，且其到达峰值所需时间逐渐增加，其中，AOC达到峰值的时间分别为20 min,40 min及60 min，BRP达到峰值的时间分别为40 min,60 min及100 min。