模擬生化污染水去除工藝研究

論文類型	技術與工程	發表日期	2008-03-01
來源	排水委員會第四屆第二次年會
作者	侯立安,左莉
關鍵詞	水處理；納濾；生化戰劑；生物毒劑
摘要	本文研究了納濾－超濾組合工藝對生化污染水的凈化效果，以類炭疽桿菌及其繁殖體和三類常見化學毒劑模擬沾染水為研究對象，采用了消毒－超濾－納濾的處理流程，并分段對生化污染水的凈化效果進行了考察，結果表明，該工藝能有效去除水中的生物、化學毒劑，出水中各類物質濃度滿足相關標準的要求。

侯立安，左莉

（第二炮兵工程設計研究所，北京 100011）

　　摘要：本文研究了納濾－超濾組合工藝對生化污染水的凈化效果，以類炭疽桿菌及其繁殖體和三類常見化學毒劑模擬沾染水為研究對象，采用了消毒－超濾－納濾的處理流程，并分段對生化污染水的凈化效果進行了考察，結果表明，該工藝能有效去除水中的生物、化學毒劑，出水中各類物質濃度滿足相關標準的要求。

　　關鍵詞：水處理；納濾；生化戰劑；生物毒劑

　　1 引言

　　當“9.11”恐怖事件的陰霾尚未揮去之際，接二連三的炭疽桿菌事件，又給美國帶來了新一輪的社會恐慌，甚至使日本人回想起了東京地鐵沙林事件的噩夢?；厥走^去，再看看現在：一系列高傷亡率的恐怖分子襲擊事件引起了全世界各國政府和民眾越來越多的注意，關注的焦點集中在恐怖分子手中擁有的生化武器對人民可能造成的傷害。水是自然界中化學物質遷移、循環的重要介質，一旦發生大面積沾染，將導致意想不到的嚴重后果，因此，也是恐怖分子很有可能施毒的對象。

　　膜分離技術處理飲用水是當代重大技術突破，本文以化學戰劑和類炭疽桿菌污染水為研究對象，采用消毒和納濾膜凈化工藝，檢驗對水中生化戰劑的去除效果。為一旦發生沾染后仍可獲得安全、優質的飲水提供實用技術和裝備。

　　2 試驗方法

　　2.1 主要儀器與試劑

　　(1) 三類軍用毒劑：HD（芥子氣）、GB（梭曼）、VX（維埃克斯），純度≥90%

　　(2) 試驗菌株：類炭疽桿菌（AMMS8008），分別以其繁殖體與芽孢懸液進行試驗

　　(3) 三合二水溶液

　　(4) 中和劑：含0.5%硫代硫酸鈉和0.5%吐溫80的磷酸鹽緩沖液

　　(5) 真空抽濾設備

　　(6) 營養瓊脂培養基

　　(7) 碘化鉀：分析純

　　(8) T-135試劑

　　(9) 冰醋酸：分析純

　　(10) 鄰聯甲苯胺溶液

　　(11) 721分光光度計，其余略。

　　2.2 試驗方法

　?、倩瘜W毒劑染毒水的配制

　　在一容器中注入10 L自來水，在不斷攪拌條件下滴入試驗用的一種毒劑，配成指標規定的染毒水，消毒液量依據防化研究院三所對不同種類毒劑染毒水中投入活性氯的優化試驗結果和當天測得的三合二溶液有效氯濃度換算出的體積數投入。每種染毒水規定的毒劑濃度及消毒液相應的投入量見表1。

表1 染毒水配制濃度及消毒劑投入量

毒劑代號	HD	GB	VX
染毒水配制濃度（mg/L）	60	30	30
投氯初始濃度（mg/L）	30	50	140
三合二水溶液有效氯測定濃度（mg/mL）	62.5	146.2	132.3
10 L水中投入消毒液體積（mL）	4.8	3.4	10.6

　　根據納濾裝置的流量（20 L/h），染毒水每30分鐘配制一次，投入消毒液并接觸18 min后進行凈化試驗。每種毒劑試驗結束后換成另一種毒劑試驗時不更換其它材料。每2小時采投氯18 min后的水樣及過納濾膜后的水樣（凈水及濃水），分別測定水中殘余毒劑濃度、余氯及pH值。

　?、陬愄烤覘U菌染毒水樣的配制

　　人工染菌水樣的配制：在試驗用水箱中加入50 L自來水，同時加入0.5%的硫代硫酸1 mL，以中和自來水中的殘余氯。將類炭疽桿菌懸液或新鮮繁殖體懸液加至水箱中，混勻，使其含菌量為10000 ~ 50 000 cfu/100mL。

　　試驗體系中消毒劑濃度（以有效氯計）分別為25、50、100 mg/L。作用時間為5、10和20 min。起始菌量：類炭疽桿菌繁殖體為1250 000 cfu/mL，類炭疽炭疽芽孢為720 000 cfu/mL，中和劑為含有0.5%硫代硫酸鈉和0.5%吐溫80的磷酸鹽緩沖溶液。

　　2.3 試驗裝置

　　試驗裝置如圖1所示，該裝置由4個部分組成：染毒水、超濾系統、納濾系統。

圖1 試驗裝置流程圖

　　其中超濾膜由天津生產，材質為PAN（聚丙烯腈），型號為GW350，處理水量20 L/h。超濾膜用于去除水中的膠體及各類大分子。原水經過超濾處理后可完全滿足納濾膜的進水水質要求，安全的進入膜處理階段。

　　納濾膜由美國生產，材質為PA（芳香聚酰胺），型號為N2020，處理水量3 ~ 5 L/h。它是90年代開始繼典型的反滲透復合膜之后開發出來的，對NaCl的脫除率在90%以下，納濾膜主要去除直徑為10^-9m左右的溶質粒子，截留分子量為100 ~ 1000。在本流程中，納濾膜用于脫除水中大部分的無機鹽，氨基酸、BOD、COD、水中的細菌、病毒、部分鹽類及化學毒劑。

　　3 試驗結果與討論

　　3.1 HD凈化30小時水樣測試結果

　　HD凈化30小時（600 L）水樣測試結果（每2小時進行分析測試）見表2。

表2 HD凈化前后水樣分析測試結果

染毒水			HD：60 mg/L			活性氯濃度			Cl：30 mg/L
除pH值，HD濃度（用OB表示）、余氯均以mg/L為單位
加三合二前	加三合二反應18min后			經納濾膜后
				濃水				凈水
OB	OB	余氯		OB	余氯		pH	OB		余氯	pH
11.77	3.95	9		＜0.5^*	＜0.01^*		8.18	＜0.5		＜0.01	7.24
8.64	3.42	10		＜0.5	＜0.01		8.94	＜0.5		＜0.01	7.15
15.46	1.97	9.5		＜0.5	＜0.01		8.05	＜0.5		＜0.01	6.28
11.52	1.54	8.5		＜0.5	＜0.01		7.52	＜0.5		＜0.01	5.68
注：*為最低檢測濃度

　　3.2 GB凈化30小時水樣測試結果

　　GB凈化30小時（600升水）水樣測試結果（每2小時進行分析測試）見表3。

表3 GD凈化前后水樣分析測試結果

染毒水			GB：60 mg/L			活性氯濃度			Cl：50 mg/L
除pH值，GB濃度（用OB表示）、余氯均以mg/L為單位
加三合二前	加三合二反應18 min后			經納濾膜后
				濃水				凈水
OB	OB	余氯		OB (×10^-4）	余氯		pH	OB (×10^-4）		余氯	pH
23.5	0.32	40		＜2	＜0.01^*		6.60	＜2		＜0.01	5.67
26.3	0.84	45		13.1	＜0.01		7.59	＜2		＜0.01	5.67
25.6	0.26	40		52.6	＜0.01		7.73	＜2		＜0.01	5.68
注：*為最低檢測濃度

　　3.3 VX凈化30小時水樣測試結果

　　VX凈化30小時（600 L）水樣測試結果（每2小時進行分析測試）見表4。

表4 VX凈化前后水樣分析測試結果

染毒水			GB：60 mg/L			活性氯濃度		Cl：50 mg/L
除pH值，GB濃度（用OB表示）、余氯均以mg/L為單位
加三合二反應18min后		經納濾膜后
		濃水			凈水
OB	余氯	OB (×10^-4）		余氯		pH	OB (×10^-4）	余氯	pH
0.21	＞100	＜5		＜0.01^*		7.67	＜5	＜0.01	5.66
0.17	＞100	10.3		＜0.01		7.64	＜5	＜0.01	5.67
0.18	＞100	23.6		＜0.01		7.78	＜5	＜0.01	5.60
注：*為最低檢測濃度

　　3.4 生物毒劑的去除效果

　?、偃隙南拘Ч?/P>

　　試驗結果表明，在人工染菌水樣為27 000 ~ 33 000 cfu/100mL條件下，用納濾工藝對人工染菌水樣進行過濾除菌，效果如下。

　?、趯毦敝丑w的過濾效果

　　經過第一次超濾后的平均除菌率為89.70%；第二級的平均除菌率為48.78%，試驗結果見表5。

表5 凈水裝置各處理單元對類炭疽桿菌繁殖體去除效果

水樣類別	平均含菌量（cfu/mL）	各級平均除菌率（%）
原水箱	328	—
一級超濾	41	82.32
二級納濾	21	46.43

　　注：表中為三次試驗的平均結果，陰性對照組菌數0cfu/mL。

　?、蹖︻愄烤覘U菌芽孢的除菌效果

　　該工藝各級對細菌的除菌效果見表6。結果表明，超濾、納濾對細菌均有一定的去除效果。

表6 凈水裝置各處理單元對類炭疽桿菌芽孢的過濾除菌效果

水樣類別	平均含菌量（cfu/mL）	各級平均除菌率（%）
原水箱	273	—
一級超濾	28	82.32
二級納濾	15	46.43

　　注：表中為三次試驗的平均結果，陰性對照組菌數0cfu/mL。

　?、苋隙炯蛹{濾凈水裝置消毒除菌效果

　　試驗表明：在初始水樣中，類炭疽桿菌繁殖體含量為82 000 cfu/100mL，類炭疽桿菌芽孢含量為58 000 cfu/100mL時，先加入三合二消毒劑，使其在水中有效氯濃度為50 mg/L，作用20 min后，開啟凈水裝置，經凈化后，所有各級試驗均不再檢出試驗菌。結果見表7。

表7 三合二加凈水裝置消毒除菌效果

試驗菌類別	各次試驗消毒除菌效果
試驗菌類別	1	2	3
類炭疽桿菌繁殖體	100.00	100.00	100.00
類炭疽桿菌芽孢	100.00	100.00	100.00

　　4 結論

　　從表2、3和4中可以得出三種染毒水分別經過30小時凈化試驗后凈水分析結果全部低于指標限量值，其中，HD濃度為0.5 mg/L，VX濃度為0.0005 mg/L，HB濃度為0.0002 mg/L，遠遠低于GJB651－89中規定HD 1.5 mg/L，VX 0.01 mg/L，HB 0.07 mg/L的限值。

　　在水樣的含菌量為27 000 ~ 33 000 cfu/100mL條件下，對類炭疽桿菌繁殖體的平均除菌率分別為：單純第一級超濾的除菌率為89.70%，單純第二級的除菌率為48.78%。

　　從而得出：超濾－納濾工藝對污染水中的生化毒劑有較好的凈化效果。

　　參考文獻

　　[1] 陳向明, 等. 優質飲用水深度處理技術探討. 給水排水, 2001, 25(207): 1-5.

　　[2] Marcel Mulder 著, 李琳譯. 膜技術基本原理(第二版). 清華大學出版社, 1999. 7.

　　[3] Paul Fu, Hector Ruiz et al. A pilot study on groundwater natural organics removal by low-pressure membranes. Desalination. 1995, 102: 47.