臭氧投加对 AOC 与TOC 影响试验

        臭氧是一种强氧化剂，其氧化能力是氯的２倍，杀菌能力是氯的数百倍[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、设备操作简单、便于运行管理和实现自动化等优点而受到人们的青睐，并广泛的应用于各类供水系统的消毒环节[2]。然而，由于臭氧消毒的持久性差，消毒过程中臭氧能将水中大分子有机物氧化为易于微生物利用的小分子，造成细菌在供水管网大量生长，对饮用水生物稳定性构成潜在威胁[3-4]。因此关注、研究和解决臭氧消毒对饮用水生物稳定性影响问题一直是水处理行业关注的焦点之一[5]。

        AOC 是生物可同化有机碳(Assimilable Organic Car-bon)，是有机物中很易被细菌吸收、直接同化成细菌体的部分，被认为是控制配水管网细菌再生长的主要营养物质[6-7]。饮水中 AOC 与异养菌生长有良好的相关性，是评价饮用水生物稳定性的重要指标。AOC 含量的高低被普遍认为是控制给水管网中细菌生长的限制因素[8]。通常 AOC 在 10μ g/L 以下被认为是生物稳定水。管网水中 AOC控制在 50μg/L 以内,细菌的生长就受到限制，故美国建议标准为 AOC< 50~100μ g/L，我国建议的近期目标为 AOC< 200μ g/L，远期目标 AOC< 100μ g/L 乙酸碳[9]。目前关于臭氧消毒对饮用水生物稳定性（或 AOC）的影响的研究较多，但主要是针对城市水厂，复合工艺系统的研究，这些与农村小型饮用水工程的特点和消毒工艺不符，不具有完全代表性。本研究以农村饮用水臭氧消毒工程为对象，选取不同来源饮用水源水，通过室内制备高浓度臭氧水进行臭氧投加试验，并与实际工程相结合的方法，研究臭氧消毒对水中 AOC 指标，即饮用水中生物稳定性的影响。以期为臭氧消毒在农村小型供水工程中的适用和生物稳定性保障措施的制定和实施提供参考。

 

1 材料与方法

1.1 水样的采集与保存
        取样瓶处理：取样用 100mL 磨口玻璃瓶用洗涤剂洗净晾干，用重铬酸钾洗液浸泡 8h 以上，然后依次用自来水、蒸馏水、超纯水冲洗干净，121℃（15 磅）灭菌 20 min。水样采集与保存：水样采集前先对取样口进行去污灭菌处理，即先用酒精灯灼烧（金属管材）或擦拭（塑料管材）取样口，然后打开取样口使水流自流 5min 后取样。取样数量均为一式三份。其中 AOC 水样收集于 100mL 洗净灭菌的磨口玻璃瓶中，盖上盖子后用封口膜包裹密封、套袋，置于保温箱（4℃）中储存运输。水样在 7h 内送到实验室，在 70℃的水浴锅中巴氏灭菌 30min 以杀死活性细胞。水样保存于 4℃冰箱中，并尽快测定。其他指标检测所需水样的采集依据《生活饮用水标准间样方法—水样的采集与保存》（GB/T 5750.2—2006）执行。

1.2 试验方法
已有研究[10-12]表明，温度是影响微生物繁殖和 AOC 变化以及臭氧稳定性和有效性的重要因素之一。因此该研究在开展了大量村镇臭氧消毒供水工程实地调研的基础上，选取具有代表性的农村饮用水水源水和饮水工程于2014年6~7月间进行采样和试验，以保证试验的科学和合理性。

1.2.1 臭氧投加对 AOC 影响试验

取湖北孝昌 A 地地表水源水北京大兴 B 地地下水源水，分别投加一定量的高浓度臭氧水（高浓度臭氧水采用循环混合柱制备用臭氧发生器），使投加后混合液初始臭氧浓度约为 0.3、0.6 mg/L 左右，反应 30min 后加入适量硫代硫酸钠，巴氏灭菌。然后加入适量营养盐进行 AOC 检测。对照试验（包括未投加臭氧水的原水及高浓度臭氧水溶液）等同步开展。水样的部分水质指标检测结果见表 1。

1.2.2 臭氧投加对 TOC 的影响试验

取 B 地表水和北京密云 C 地地下水源水（水样的部分水质指标检测结果见表 1），分别投加一定量的高浓度臭氧水，使混合液臭氧初始浓度约为 0、0.15、0.3、0.45、0.6 mg/L，反应 30min 后进行TOC 测定。对照试验同步开展。

1.2.3 村镇饮用水臭氧消毒工程管网 AOC 变化情况

分别采集北京市怀柔区 D 村和 E 镇两处臭氧消毒村镇供水工程中水源水、出厂水、管网中端和末梢水样进行 AOC 等指标测定。具体采样点布设情况为：D 村供水工程取样点 3 个，分别为地下水源水，管网 10m 用户水，管网 500m 用户水。E 镇净水厂取样点 3 个，分别为清水池出水（未投加臭氧），高压管网 200m 用户水，高压管网 2000m 用户水。水样的部分水质指标检测结果见表 1。

1.3 测试方法
        AOC 测试方法[13]：取待测 40mL 水样，经 70℃、30min 水浴巴氏消毒后冷却至室温，接种荧光假单胞菌 P17 (fluorescent pseudomonas)在 22~25℃下培养 2d，取培养液进行平板计数,计算水样中的 AOC-P17 浓度；然后再次对水样进行巴氏消毒，接种 NOX(spirillum)作为测试菌种在 22~25℃下培养 3d，再对培养液进行平板计数，计算水样中的 AOC-NOX 浓度；AOC-P17 与 AOC-NOX 之和即为所测水样 AOC 含量。

        臭氧水浓度的测定方法：采用便携式多参数比色计（DR900，美国）检测水中臭氧浓度。TOC 测定方法：采用 TOC 分析仪（multi N/C 3100，德国）测定。其他指标的测定方法参照《生活饮用水标准检测方法》（GB/T5750-2006）执行。

2 结论

（1）TOC 较大（2.06mg/L）的农村饮用水水源水投加臭氧后，AOC 随着臭氧投加量的增大而升高，水的微生物稳定性降低；TOC 较小（0.48 mg/L）的地下水，投加臭氧后 AOC 则下降，水的生物稳定性增加，因此对于臭氧消毒供水工程应该在保证消毒效果的前提下，控制臭氧投加量，可实现经济运营并有效控制饮用水 AOC 的增长。
（2）臭氧投加浓度较低（0~0.45mg/L）时，对地下水和地表水的 TOC 几乎无影响，当浓度较高（0.45~0.6mg/L）时，TOC 出现下降趋势，地下水趋势较明显。水源水质，臭氧投加量可能是影响水中 AOC 和 TOC 含量变化的重要因素，对于 TOC 较高（或水质差）的水源水，应该通过合理控制臭氧投加量或组合其他工艺处理后供水，以保证饮水的生物稳定性。

（3）该研究中的村镇饮水工程臭氧消毒后，管网中 AOC 出现较大波动，均属于生物不稳定性水，但低于我国目前建议控制标准。

（4）选择水质较好的水源是保障农村臭氧消毒生物安全性的前提。农村饮水工程应该重视管材析出等饮用水二次污染的问题。

 

摘自：臭氧消毒对农村饮用水生物稳定性的影响

鄢元波，贾燕南，丁昆仑，孙文海，赵翠（中国水利水电科学研究院水利研究所，北京100048）

报告人即第一作者简介

鄢元波（1986-），男，湖北黄冈人，硕士生，助理研究员，主要从事农村饮水安全消 毒 研 究 。

E_mail:yuanboyan@163.com