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纳滤去除饮用水中有机物及类炭疽杆菌的研究
                                        侯立安   左莉
                                (二炮工程设计研究院  北京100011)
    摘要:以某自备井水和类炭疽杆菌污染水为研究对象，考察了纳滤工艺对水中有机物和类炭疽杆菌的去除效果。结果表明:井水经10 R。保安过滤器、活性炭柱、超滤处理后可满足纳滤的进水水质要求;纳滤工艺可有效去除水中的有机物及致癌、致崎、致突变物，对TOC的去除率>90%，出水的Ames试验结果为阴性;在类炭疽杆菌含量为27 000 - 33 000 CFU/100 ml,的条件下，超滤膜的除菌率为89.70%，纳滤膜的除菌率为48.78%，而离子交换树脂则无除菌作用;当采用纳
滤工艺去除类炭疽杆菌及其繁殖体时，需先经过消毒处理才能达到理想的净化效果。
    关键词 : 纳滤; 类炭疽杆菌;Ames试验
    中图分类号:TU991.25 文献标识码:C 文章编号:1000- 4602(2006)07一0062-04
    工业化和城市化的快速发展，使得污染物的排放量急剧增长，全国七大水系中近一半河段受到污染，湖泊、水库富营养化程度严重，致使尚未普及自来水管网地区的饮用水安全问题难以解决。以某自备井井水和类炭疽杆菌污染水为研究对象，检验消毒和纳滤膜净化工艺对水中有机物及类炭疽杆菌的去除效果，为生产安全、优质的饮用水提供实用的技术和装备。
    1 试验装置与方法
    1.1 试验流程及方法
    ① 试验流程
    纳滤工艺流程见图t。
    超滤膜的材质为PAN(聚丙烯睛)，型号为GW350，处理水量为20 L/h，主要用于去除水中的胶体及各类大分子物质。纳滤膜的材质为PA(芳香聚酞胺)，处理水量为20 L/h，用于脱除水中的无机盐、氨基酸、BOD,COD、细菌、病毒等。

    ② 试验材料及分析方法
    总有机碳:岛津TOC一5000测定仪;致突变性:采用Ames试验，以TA98和TA,O为测试菌株(前者用于测定移码型突变物，后者用于测定碱基置换型突变物)，并以二甲基亚矾(DMSO,AR )作为阴性对照物(100 }LL/皿)，阳性对照物为灭滴灵饱和液(TA98，100 I,L/皿)及叠氮化钠(TAioo，1.5 I,L/皿)。
    消毒剂采用三合二粉剂(1%一5%的漂粉精)，其主要成分为3Ca(OCl)z ·2Ca(OH)，用于杀灭水中的类炭疽杆菌和病毒;类炭疽杆菌(AMMS8008),分别以其繁殖体与芽抱悬液进行试验;中和剂为含0.5%硫代硫酸钠和0.5%吐温80的磷酸盐缓冲液。
    1.2 试验方法
    ① 三合二消毒剂定量悬液杀菌试验消毒 剂 浓 度(以有效氯计)分别为25,50,100m岁L，作用时间为5,10和20 min。起始菌量:类炭疽杆菌繁殖体为1.25 x 106 CFU/mL，类炭疽芽抱为7.2 x 105 CFU/mLo
    ② 纳滤净水装置过滤除菌试验
    人工染菌水样的配制:在原水箱中加人50L 自来水，同时加人0.5%的硫代硫酸钠1 mL，以中和自来水中的残余氯。将类炭疽杆菌悬液或新鲜繁殖体悬液加人水箱并混匀，使其含菌量为(1一5) x 104CFU/100 mLo
    过滤除菌试验:按照净水装置的操作程序，对人工染菌水样进行过滤。使试验水样分别流经一级(超滤)、二级(纳滤)装置后进人纯水池，待纯水池中的水量达到其容积的1/2以上时，开启增压泵，使水样流经第三级装置(离子交换柱)。在整个过程中，用无菌三角瓶，分别采集一、二、三级过滤后的水样进行活菌计数培养，同时采集过滤前水箱中的水样作为阳性对照。
    单独离子交换的滤效试验:用无菌水冲洗纯水池和离子交换装置2次后，将配制好的含菌人工污染水样加至纯水池中，开启增压泵进行离子交换处理，待纯水池中水样减少后继续加人人工染菌水样直至总水量为50 L。用无菌三角瓶采集起始水样和离子交换处理后的水样，进行活菌计数培养。
    ③ 纳滤净水装置消毒过滤试验
    人工染菌水样的配制:在原水箱中加人50L 蒸馏水，然后加人类炭疽杆菌悬液或新鲜繁殖体悬液并混匀，使其含菌量为(5一10) x 104 CFU/100mLa先加人三合二消毒剂，使水中的有效氯浓度为50mg/L,20 min后开启净水装置，对水箱中的水样进行过滤，用无菌三角瓶分别采集过滤后的水样进行活菌计数培养，同时采集消毒过滤前水箱中的水样作为阳性对照。
    2 结果与讨论
    2.1 对有机物的去除效果
    2.1.1 对TOC的去除效果
    在不投加三合二消毒剂的情况下，分别测定原水、活性炭柱出水、纳滤膜出水的TOC浓度，结果见表1。

   由表 1可知，活性炭对TOC的去除率在66%左右。可以认为:活性炭的吸附作用是去除水中TOC的有效手段，但因活性炭对TOC的吸附能力受其吸附容量的限制，所以活性炭吸附不能经济、有效地去除大量的TOC。另外，活性炭也不能吸附去除如乙醛这样的短链含氧化合物，加之受活性炭表面微生物的影响，经活性炭吸附后还会产生一些有机物。
    纳滤膜对TOC的去除率>93%，分析原因主要是:纳滤膜多为荷电膜，膜内电位梯度、膜电荷与有机物、离子之间的相互作用对传质起了很大作用，可截留水中的大部分有机物，从而使得出水的TOC含量降低。
    2.1.2 对致癌、致畸、致突变物的去除效果
    在不投加三合二消毒剂的情况下，分别取原水、活性炭柱出水、纳滤膜出水水样各100 L，经吸附、洗脱、浓缩等程序后进行Ames试验，结果分别见表2及图2。

    图 2中M R为诱发回变率，是受试样品平皿的回变菌落数与阴性对照平皿的自发回变菌落数之比，若MR }2并能做出剂量一反应曲线，则可确认该水样的致突变活性为阳性。
    由表 2 可 知，原水Ames致突变活性为阳性，经活性炭柱吸附后转为阴性，纳滤膜使水的致突活性进一步降低，且出水的Ames致突比(MR)更趋稳定。
    一般认为 ，活性炭能去除水中的悬浮物和部分细菌，但对低分子可溶性物质的去除率较低，这是活性炭柱出水Ames试验转为阴性但其致突变活性高于纳滤膜出水的主要原因。
    纳滤膜能更有效降低水的致突活性，一是因为水中致突物的相对分子质量主要在200一800，且主要是相对分子质量为200左右的非极性或中等极性的有机物，并以核芳烃为主，这些物质正处在纳滤膜的有效截留范围内(其能截留物质的相对分子质量大致在200一1000);二是由于致突变物质的溶解性一般较差，而纳滤膜对此类物质的去除效果相对较好。
    2.2 不同单元工艺的除菌效果
    对类炭疽杆菌繁殖体及芽抱的试验参照中华人民共和国卫生部《消毒技术规范》进行。
    2.2.1 三合二消毒剂的消毒效果
    单纯使用三合二消毒剂对类炭疽杆菌繁殖体及芽抱的杀灭效果见表3(水样中类炭疽杆菌繁殖体的起始菌量为1.25 x 1 护CFU/mL)，可见三合二消毒剂杀菌效果良好，但与其剂量及作用时间紧密相关。

    2.2.2 离子交换对类炭疽杆菌芽饱的去除效果
    将人工染菌水样直接加至纯水池中，经离子交换处理后测定水样含菌量，结果如表4所示。

    由表4 可知，离子交换对类炭疽杆菌芽饱不但没有去除作用，其出水含菌量反而增高，这可能是由于净水过程中残留在树脂中的细菌析出所致。
    2.2.3 各级净水装置的滤菌效果
    在人工染菌水样含菌量为(2.7一3.3)x 1 04CFU/100 mL的条件下，各级净水装置对类炭疽杆菌繁殖体及其芽抱的去除效果见表50
    表5表明 ，超滤、纳滤单元对类炭疽杆菌繁殖体和类炭疽杆菌芽抱均有一定的去除效果，而离子交换处理单元不但没有去除作用，反而使含菌量增高，这与单独用离子交换对类炭疽杆菌芽抱进行过滤的试验结果是一致的。

    2.2.4 三合二消毒/净水装置的除菌效果
    在初始水样中的类炭疽杆菌繁殖体含量为8.2x1 04C FU/l00mL、类炭疽杆菌芽抱含量为5.8 x104 CFU/l00mL时，先加人三合二消毒剂(使有效氯浓度为50 m梦L)作用20 min，然后开启净水装置，经净化后出水中未检出试验菌(见表6)。

   3 结论
    ① 原水经10P M保安过滤器、活性炭柱和超滤装置处理后，符合纳滤的进水水质要求，该流程可用于一般井水的预处理。
    ② 纳滤膜可有效去除水中的有机物及致癌、致畸、致突变物，出水的Ames试验结果为阴性，对TOC的去除率>90%。
    ③ 在试验水样含菌量为(2.7一3.3)x 1 04CFU/l00mL的条件下，各级装置对类炭疽杆菌繁殖体的平均除菌率分别为:超滤为87.5%，纳滤为48.78%，离子交换树脂无除菌作用。
    ④ 纳滤工艺用于饮用水深度处理时，对有机物及“三致”物质有很好的去除效果，但在去除类炭疽杆菌及其繁殖体时，若先经过消毒处理，则净化效果将更为理想。
    参考文献:
    [1〕高以恒.膜分离技术基础【M].北京:科学出版社，1989 .