邱曉霞 于水利

　　摘 要：本文介紹了水的生物穩(wěn)定性的概念，提出了一種新的水生物穩(wěn)定性的評(píng)判方法，對(duì)影響水生物穩(wěn)定性的有機(jī)物、消毒方法、及配水管網(wǎng)等主要因素進(jìn)行了詳細(xì)分析。指出在關(guān)注水的生物穩(wěn)定性（AOC、BDOC、細(xì)菌數(shù)）的同時(shí)應(yīng)對(duì)水的整體質(zhì)量水平（以TOC為代表的有機(jī)物指標(biāo)及Ames實(shí)驗(yàn)等毒理學(xué)指標(biāo)）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，才能真正反應(yīng)在配水過(guò)程中的水質(zhì)變化，揭示各種成份之間的轉(zhuǎn)化過(guò)程及不同成份對(duì)人體的影響，此時(shí)才使水的生物穩(wěn)定性研究具有實(shí)際意義。在氯化消毒中，余氯本身并不能保證水的生物穩(wěn)定性，而氯胺消毒的配水系統(tǒng)的細(xì)菌總數(shù)低，生物穩(wěn)定性好。配水系統(tǒng)的生物穩(wěn)定性與管網(wǎng)的材料、管壁粗糙度、水流狀態(tài)、腐蝕程度及管壁附著生物膜水平等因素密切相關(guān)。
　　關(guān)鍵詞：生物穩(wěn)定性，配水系統(tǒng)，AOC，BDOC，TOC

The Biostability of Distribution System
and its Influencing Factors
Qiu Xiaoxia Yu Shuili

　　Abstract: Nowadays the water treatment plant effluent is pure and meets the standards for drinking water, but when water enters the distribution system, things are different. When biodegradable organic matter is not removed effectively during water treatment, bacteria may proliferate in the distribution system. This bacterial growth can deteriorate water quality, accelerate pipe corrosion, and potentially increase the incident of bacteriological diseases. A new method of evaluating the water biostability is advanced in this paper, emphasizing on the detailed analysis of its influencing factors, such as organic matters, disinfecting method, and the distributing network, as well as the concept of water biostability introduced.
　　Key Words: Water Biostability, Distribution System, AOC, BOC, BDOC

1．概述

　　隨著人民生活水平的提高和醫(yī)藥、衛(wèi)生事業(yè)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)飲用水的水量、水質(zhì)要求顯著提高。而另一方面，隨著世界人口的不斷增長(zhǎng)和工業(yè)化進(jìn)程的加快，工業(yè)和生活污水的大量排放量越來(lái)越大，造成水源污染的日趨嚴(yán)重，對(duì)人類(lèi)的健康造成了嚴(yán)重的威脅。 據(jù)統(tǒng)計(jì)^〔1〕，我國(guó)有80％的水域、45％的地表水體受到污染，90％以上的城市水源遭到嚴(yán)重污染，在131條流經(jīng)城市的河流中有近一半受到中等以上程度的污染。尤其值得格外關(guān)注的是，在這些污染物中，已檢測(cè)出的有數(shù)以百計(jì)的有機(jī)化合物。如果在水處理過(guò)程中，可生物降解的有機(jī)物質(zhì)未被去除，則這些有機(jī)物就會(huì)作為未被完全殺死的細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)源，就會(huì)使這些未被完全殺死的細(xì)菌在配水系統(tǒng)中復(fù)蘇、增殖，從而使水質(zhì)惡化，加速管網(wǎng)的腐蝕，并潛在地增加細(xì)菌學(xué)疾病的發(fā)病率。通常將上述水質(zhì)的飲用水稱(chēng)為生物不穩(wěn)定水。提供優(yōu)質(zhì)、安全的飲用水，水的生物穩(wěn)定性是一個(gè)不可回避而且急待解決的重要課題。影響處理水在配水系統(tǒng)中的生物穩(wěn)定性的因素很多，水中的有機(jī)物含量、成份及其沿配水方向的變化規(guī)律、采用的消毒工藝、管網(wǎng)的腐蝕程度及對(duì)管網(wǎng)腐蝕的控制等都會(huì)對(duì)配水的生物穩(wěn)定性有很大的影響。
　　做到不僅能夠保證凈化水的質(zhì)量，而且能確保凈化水在配水系統(tǒng)中的生物穩(wěn)定性，是水處理工作者今后研究的目標(biāo)。這方面的研究，國(guó)外剛剛起步，國(guó)內(nèi)涉及水的生物穩(wěn)定性研究的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)更少。本文擬就影響水的生物穩(wěn)定性的主要因素進(jìn)行初步探討。

2．水的生物穩(wěn)定性的評(píng)判方法

　　目前國(guó)內(nèi)外水處理工作者對(duì)水的生物穩(wěn)定性有不同的理解，其評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，這方面的研究還停留在評(píng)判方法的階段。雖然也有部分學(xué)者對(duì)納濾膜出水的生物穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，但得出的結(jié)果不盡人意。I.C.Escobar等人^{[ 2 ]}的研究表明，納濾系統(tǒng)對(duì)可以被異養(yǎng)微生物利用的可溶性有機(jī)碳BDOC（Biodegradeble Dissolved Organic Carbon）的去除效果較好，去除率達(dá)到97％；由于阻垢劑等化學(xué)藥品的加入，出水中可同化有機(jī)碳AOC（Assimilable Organic Carbon）值反而有所升高。可見(jiàn)，納濾系統(tǒng)可透過(guò)大量的可同化有機(jī)碳AOC，水的生物穩(wěn)定性很難保證。但是，在G.Randon^{[3 ]}等人的研究中指出，納濾系統(tǒng)的出水中不含病原微生物等微污染物，在配水系統(tǒng)中納濾出水表現(xiàn)了良好的物理化學(xué)和微生物穩(wěn)定性，從而得到了完全不同的研究結(jié)果。究其原因，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)水的生物穩(wěn)定性的研究，大多僅對(duì)AOC、BDOC等局部參數(shù)進(jìn)行討論，缺乏對(duì)水的整體質(zhì)量水平（總有機(jī)碳及對(duì)人體有害的微量物質(zhì)等指標(biāo)）進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。因?yàn)樵谂渌到y(tǒng)中各種水質(zhì)參數(shù)是互相轉(zhuǎn)化的，只有全面評(píng)價(jià)水質(zhì)水平，而不是僅用一個(gè)或二個(gè)孤立指標(biāo)評(píng)價(jià)納濾的生物穩(wěn)定性,才能使納濾膜出水的生物穩(wěn)定性研究更科學(xué)、更全面、更具有實(shí)際意義。
　　因此，作者認(rèn)為對(duì)出水的AOC、BDOC和TOC同時(shí)進(jìn)行研究（因?yàn)門(mén)OC與AOC、BDOC之間在配水系統(tǒng)中是相互轉(zhuǎn)化的，各參數(shù)之間有著密切的聯(lián)系），分析三者之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律，并結(jié)合細(xì)菌數(shù)量、有機(jī)物及生物膜形態(tài)等的分析結(jié)果，綜合考察配水系統(tǒng)水質(zhì)隨時(shí)間、空間的變化規(guī)律，從而提出了一種新的評(píng)判水的生物穩(wěn)定性的方法。

3．水中有機(jī)污染物對(duì)配水系統(tǒng)生物穩(wěn)定性的影響

　　如上所述，通常水中的有機(jī)物質(zhì)可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是可生物降解的有機(jī)物（BOM），另一類(lèi)是難以生物降解的有機(jī)物。其中，可生物降解的有機(jī)物（BOM）是水的生物穩(wěn)定性研究的核心。現(xiàn)有的眾多分析水中BOM濃度的方法中，比較完善的方法有：（1）用AOC濃度表示BOM的方法。（2）用BDOC濃度表達(dá)BOM的方法。
　　BDOC含量表示可以被異養(yǎng)微生物利用的可溶性有機(jī)碳（DOC）的濃度。有機(jī)化合物（無(wú)論是顆粒的還是溶解性的），都為異養(yǎng)菌提供了能量來(lái)源。異養(yǎng)菌利用有機(jī)碳合成新的細(xì)胞物質(zhì)或產(chǎn)生能量。在水流經(jīng)配水系統(tǒng)的過(guò)程中，BOM被水中的微生物逐漸消耗利用，微生物得到增殖，結(jié)果使配水水質(zhì)逐漸變壞，加速了管網(wǎng)腐蝕，也產(chǎn)生了其它一些不良影響。
　　Joret等人^{[ 4 ]}提出：BDOC值代表了飲用水中10－30％的總DOC含量。文獻(xiàn)建議，為限制細(xì)菌再生，應(yīng)保證在水處理出水中完全杜絕可生物降解有機(jī)物的存在。Servais等人提出，處理水中的BDOC值小于等于0.16mg/l的水為生物穩(wěn)定水（即在配水系統(tǒng)中無(wú)BDOC的消耗）。最近，Volk等人提出^{[ 5 ]}，20℃時(shí)BDOC值為0.15mg/l、15℃時(shí)為0.30mg/l時(shí)，可以保證生物穩(wěn)定性。當(dāng)BDOC值大于0.10－0.15mg/l時(shí)有大腸桿菌出現(xiàn)。
　　AOC是總有機(jī)碳（TOC）中可以生物同化吸收的那一部分有機(jī)碳。在配水系統(tǒng)數(shù)據(jù)中，AOC濃度和異養(yǎng)菌的密度之間存在著顯著的關(guān)聯(lián)性。Van der Kooij指出，在非加氯消毒的系統(tǒng)中，當(dāng)AOC小于10μg/l時(shí)，異養(yǎng)菌不發(fā)生增殖；LeChevallier等指出，當(dāng)AOC濃度小于50－100μg/l時(shí)，細(xì)菌再生將受到抑制。
　　AOC是水中總有機(jī)碳的一部分，可以用來(lái)衡量水中異養(yǎng)菌再生的生物穩(wěn)定性，而AOC/BDOC的比值可以看作是飲用水中存在的可生物降解有機(jī)化合物的相對(duì)生物穩(wěn)定性。由于在Van der Kooij的研究中，BDOC值與異養(yǎng)菌的數(shù)量之間沒(méi)有顯著的相關(guān)性，因此BDOC值不能用來(lái)預(yù)測(cè)細(xì)菌的增殖能力。
　　在控制水的生物穩(wěn)定性的工藝研究中，納濾膜分離方法倍受重視。納濾膜有較高的膜通量，操作壓力低，孔徑范圍介于反滲透膜和超濾膜之間，對(duì)二價(jià)和多價(jià)離子及分子量在200～1000之間的有機(jī)物有較高的脫除性能，對(duì)單價(jià)離子和小分子的脫除率則較低，因此納濾膜可以截留一定的有機(jī)及無(wú)機(jī)污染物，同時(shí)出水中可以保留一定對(duì)人體有益的微量物質(zhì)成份，有利于人體的健康；但是如果納濾膜透過(guò)物質(zhì)中含有可為異養(yǎng)微生物利用的有機(jī)物及一定的細(xì)菌、微生物、病毒，則在配水過(guò)程中，水中的細(xì)菌、微生物、病毒就會(huì)利用這些微量有機(jī)物進(jìn)行生長(zhǎng)、繁殖，一方面減少水中有機(jī)物含量、改變水中有機(jī)物成份，另一方面又在管壁形成生物膜，脫落的生物膜會(huì)對(duì)配水造成二次污染。水中病毒復(fù)蘇后若大量繁殖，又會(huì)造成水傳播疾病的發(fā)生。因此，將納濾膜法水處理技術(shù)應(yīng)用到優(yōu)質(zhì)、安全飲用水的生產(chǎn)實(shí)踐中，還需要進(jìn)一步對(duì)其出水的生物穩(wěn)定性進(jìn)行研究。如上所述，在納濾出水的生物穩(wěn)定性研究方面，I.C.Escobar和G.Randon等人進(jìn)行了大量研究，但研究結(jié)果不盡相同。

4．消毒措施對(duì)配水系統(tǒng)生物穩(wěn)定性的影響：

　　傳統(tǒng)的凈水廠一般都采用游離態(tài)的氯（液氯）作為后續(xù)消毒劑。消毒的主要目的是殺死飲用水中對(duì)人體有害的病原微生物。但有資料顯示，氯化消毒效果并非人們預(yù)先想象的那么好^[12]。即使水中的余氯保持較高的水平（2.0mg/l），仍然檢測(cè)到了大腸桿菌等病原微生物的存在^{[ 6 ]}，而且?guī)?lái)了諸如氯化消毒副產(chǎn)物、余氯、隱孢子蟲(chóng)耐受性等一系列的問(wèn)題。這使得人們對(duì)于飲用水的安全性產(chǎn)生畏懼，也促使人們探求新的消毒技術(shù)體系。
　　相同濃度的游離氯與氯胺相比，氯胺對(duì)配水系統(tǒng)中生物膜的控制作用優(yōu)于游離氯。氯化消毒后水中余氯含量為10－12mg/l時(shí)，13/79個(gè)水樣中均檢測(cè)到大腸桿菌。針對(duì)這一情況，C.D.Norton等人對(duì)氯化消毒和氯胺消毒技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比，研究其對(duì)配水系統(tǒng)生物穩(wěn)定性的影響^{[ 6 ]}。研究結(jié)果表明，在氯化消毒中，余氯含量與水中的微生物含量沒(méi)有線性相關(guān)性，即余氯本身并不能保證水的生物穩(wěn)定性。在由氯化消毒改為氯胺消毒的兩套系統(tǒng)中，氯胺消毒都表現(xiàn)了明顯的優(yōu)勢(shì)。投藥量相同的情況下，氯胺消毒的剩余消毒劑含量高于氯化消毒；而當(dāng)配水系統(tǒng)中的剩余消毒劑含量相同時(shí)，氯胺消毒的配水系統(tǒng)的細(xì)菌總數(shù)低，生物穩(wěn)定性好。

5．配水管網(wǎng)對(duì)配水生物穩(wěn)定性的影響:

　　配水系統(tǒng)的生物穩(wěn)定性與管網(wǎng)的材料、管壁粗糙度、水流狀態(tài)、腐蝕程度及管壁附著生物膜水平等因素密切相關(guān)。另外，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，配水系統(tǒng)的生物穩(wěn)定性還與配水管網(wǎng)的使用年限有關(guān)，管網(wǎng)的使用年限每延長(zhǎng)十年，配水的微生物含量就有一個(gè)數(shù)量級(jí)的增加。
　　因此，在考察配水系統(tǒng)的生物穩(wěn)定性時(shí)，要同時(shí)考慮以上諸多因素的影響，在數(shù)據(jù)分析時(shí)應(yīng)力求做到全面、準(zhǔn)確、有理論依據(jù)。

6．小結(jié)

　　研究水的生物穩(wěn)定性時(shí)，必須同時(shí)考慮AOC、BDOC和TOC（因?yàn)門(mén)OC與AOC、BDOC之間在配水系統(tǒng)中是相互轉(zhuǎn)化的，各參數(shù)之間有著密切的聯(lián)系），分析三者之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律，并結(jié)合細(xì)菌數(shù)量、有機(jī)物及生物膜形態(tài)等的分析結(jié)果，綜合考察配水系統(tǒng)水質(zhì)隨時(shí)間、空間的變化規(guī)律，才能切實(shí)掌握水的生物穩(wěn)定性。在氯化消毒中，余氯本身并不能保證水的生物穩(wěn)定性，而氯胺消毒的配水系統(tǒng)的細(xì)菌總數(shù)低，生物穩(wěn)定性好。配水系統(tǒng)的生物穩(wěn)定性與管網(wǎng)的材料、管壁粗糙度、水流狀態(tài)、腐蝕程度及管壁附著生物膜水平等因素密切相關(guān)。

參考文獻(xiàn)

　　1、國(guó)家環(huán)保總局，環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)，1999
　　2、Isabel C. Escobar ET AL, Influence of NF on distribution system biostability, J. AWWA, vol (91), 6
　　3、Guy Randon ET AL, Study of the behavior of a water distribution system supplied by a nanofiltration plant
　　4、J.C.Joret ET AL，Biodegradable Dissolved Organic Carbon Content of Drinking Water and Potential Regrowth of Bacteria .J. Water Sci. & Tech.，1991：2：95
　　5、C.Volk ET AL，Comparison of Two Techniques for Measuring Biodegradable Dissolved Organic Carbon in Water. J. Envir. Tech.，1994：15：545
　　6、Cheryl D. Norton ET AL, Chloramination: its effect on distribution system water quality, J.AWWA, 1989：7