單過硫酸氫鉀復(fù)合粉用于飲用水消毒的效果研究

1、單過硫酸氫鉀復(fù)合粉用于飲用水消毒的效果研究敖秀瑋1,李豪杰1,劉文君:余京儒2（1,清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京100084;2.成都潤(rùn)興消毒藥業(yè)有限公司，四川成都610100）摘要:通過懸液殺菌試驗(yàn)和實(shí)際水樣殺菌試驗(yàn)，研究了新型消毒劑單過硫酸氫鉀復(fù)合粉的消毒效果。同時(shí)，就該消毒劑對(duì)常見金屬的腐蝕性和其有效成分的持久性進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，單過硫酸氫鉀復(fù)合粉投加劑量達(dá)到1mg/L以上時(shí)，對(duì)大腸桿菌有明顯的殺滅作用。該消毒劑在本研究中的試驗(yàn)條件下對(duì)枯草芽抱桿菌的芽抱懸液無殺滅作用。該消毒劑對(duì)實(shí)際水樣的消毒效果較好，對(duì)于田村山水廠活性炭池出水，投加劑量達(dá)到1mg/L時(shí)，HPC計(jì)數(shù)低于500CFU/mL

2、。另外，復(fù)合粉溶液對(duì)常見金屬和給水管材基本無腐蝕或者呈中度腐蝕，溶液中的有效成分具有較強(qiáng)的持久性。關(guān)鍵詞：?jiǎn)芜^硫酸氫鉀；消毒；腐蝕性；持久性StudyonthedisinfectionefficacyofpotassiummonopersulfatecompoundduringdrinkingwaterdisinfectionprocessXiuweiAo1,HaojieLi1,WenjunLiu1,JingruYif（1.SchoolofEnvironment,TsinghuaUniversity,Beijing100084;2ChengduRosunDisinfectionPharmace

3、uticalsCo.,Ltd.,SichuanChengdu610100）Abstract:Toevaluatethedisinfectionefficacyofpotassiummonopersulfatecompoundduringdrinkingwaterdisinfectionprocess,suspensionquantitativegermicidaltestandrealwaterdisinfectiontestwereusedtocarryoutlaboratoryobservation.Thecorrosiveactiononcommonmetalsandtheactivei

4、ngredientsstabilityofpotassiummonopersulfatecompoundasadisinfectantwerealsoevaluated.TheresultsshowedthatpotassiummonopersulfatecompounddemonstratedbactericidalactivityagainstEscherichiacoliatdisinfectantdosagegreaterthan1mg/LandithadnoefficacyinkillingBacillussubtilisvar.nigerattestedconditions.The

5、potassiummonopersulfatecompoundpresentedgoodefficacyforrealwaterdisinfection.Whenthedisinfectantdosagewas1mg/L,theHPCvalueforeffluentofGACinBeijingTiancuishanDrinkingWaterPlantwaslowerthan500CFU/mL.Inaddition,itssolutionwasnotcorrosivetomoderatelycorrosivetocommonmetalsanddrinkingwatersupplypipemate

6、rials.Theactiveingredientsofpotassiummonopersulfatecompoundalsoshowedstrongstability.Keywords:potassiummonopersulfatecompound;disinfection;corrosiveaction;stability0引言消毒是飲用水處理工藝中的重要一環(huán)，確保了飲用水的衛(wèi)生與安全。目前飲用水處理中主要的消毒工藝包括氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒和紫外消毒等作者簡(jiǎn)介：敖秀瑋（1992-）,女，博士，從事高級(jí)氧化技術(shù)研究*通訊聯(lián)系人：劉文君，E-mail:wjliu1。傳統(tǒng)的氯消毒所產(chǎn)生

7、的消毒副產(chǎn)物問題已受到廣泛關(guān)注，而二氧化氯和臭氧作為消毒劑使用時(shí)，也有產(chǎn)生副產(chǎn)物的風(fēng)險(xiǎn)。另外，紫外消毒工藝則難以保持持續(xù)的殺菌能力。單過硫酸氫鉀復(fù)合粉（Oxone,2KHSO5KHSO4K2SO4）是一種新型消毒劑，具有較強(qiáng)的氧化能力，其中單過硫酸氫鉀（KHSO5,Peroxymonosulfate,簡(jiǎn)稱PMS）是復(fù)合粉的活性成分和氧化勢(shì)能的來源2。單過硫酸氫鉀復(fù)合粉在水中可釋放多種高能量、高活性的小分子自由基、新生態(tài)氧和活性氧等過氧化氫衍生物，并可形成微量次氯酸網(wǎng)，對(duì)多種致病微生物具有殺滅作用4-6。本文通過試驗(yàn)對(duì)單過硫酸氫鉀復(fù)合粉用于飲用水消毒的效果和消毒劑的持久性及對(duì)金屬的腐蝕性進(jìn)行研究

8、。1材料和方法1.1 試驗(yàn)方法以評(píng)價(jià)飲用水消毒劑的指示菌大腸桿菌（8099）和枯草芽抱桿菌黑色變種（ATCC9372）作為試驗(yàn)菌株進(jìn)行懸液定量殺菌試驗(yàn)。將制備的細(xì)菌及芽抱懸液進(jìn)行活菌計(jì)數(shù)，用磷酸鹽緩沖液（PBS）將試驗(yàn)菌懸液稀釋至濃度為107108CFU/mL。取無菌試管，先加入0.5mL試驗(yàn)用菌液，再加入測(cè)試濃度消毒劑溶液4.5mL,迅速混勻并即刻記時(shí)。待試驗(yàn)菌液與消毒劑相互作用至各預(yù)定時(shí)問，分別移取1mL試驗(yàn)菌懸液與消毒劑混合液加入9mL經(jīng)滅菌的中和劑（1%硫代硫酸鈉溶液）中，混勻，作用10min后，移取樣液按照普通營(yíng)養(yǎng)瓊脂傾注法測(cè)定存活菌落數(shù)。以北京田村山凈水廠原水和活性炭池出水作為試驗(yàn)

9、用水進(jìn)行實(shí)際水樣消毒試驗(yàn)。取水樣100mL置于錐形瓶中，加入不同濃度的消毒劑，迅速混勻并計(jì)時(shí)，作用30min后加入中和劑。通過異養(yǎng)菌平板計(jì)數(shù)法（HPC）,對(duì)其細(xì)菌總數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。對(duì)于HPC計(jì)數(shù)，本試驗(yàn)中使用的培養(yǎng)基為R2A培養(yǎng)基。取包括常用給水管網(wǎng)管材在內(nèi)的幾類金屬掛片，采用失重法評(píng)價(jià)單過硫酸氫鉀復(fù)合粉對(duì)金屬材料的腐蝕性。具體方法為：金屬掛片去油洗凈并打磨去除氧化層，測(cè)量掛片尺寸后再脫脂干燥并稱重。按照最高使用濃度（試驗(yàn)中為2mg/L）配制試驗(yàn)用消毒劑，每一掛片懸掛浸泡于300mL消毒劑中72h。浸泡結(jié)束后，去除腐蝕產(chǎn)物，干燥后稱重，并設(shè)置平行組和空白對(duì)照組。采用燒杯試驗(yàn)，分別配制0.1、0.5

10、、1、2mg/L復(fù)合粉溶液，密封避光保存，每小時(shí)測(cè)定消毒劑溶液中活性氧含量，用以評(píng)價(jià)消毒劑的持久性。1.2 試驗(yàn)材料單過硫酸氫鉀復(fù)合粉，由成都潤(rùn)興消毒藥業(yè)有限公司提供；受試菌種大腸桿菌（8099）及枯草芽抱桿菌黑色變種（ATCC9372），購(gòu)自中國(guó)普通微生物菌種保藏管理中心；中和劑：1%硫代硫酸鈉溶液，由磷酸鹽緩沖液（PBS,0.03mol/L,pH7.2）稀釋，滅菌；作者簡(jiǎn)介：敖秀瑋（1992-）,女，博士，從事高級(jí)氧化技術(shù)研究*通訊聯(lián)系人：劉文君，E-mail:wjliu培養(yǎng)基：營(yíng)養(yǎng)肉湯；普通營(yíng)養(yǎng)瓊脂；R2A培養(yǎng)基；金屬掛片：材質(zhì)包括碳鋼A3、黃銅H62、鋁LY12、不銹鋼321、一級(jí)灰口

11、鑄鐵和球墨鑄鐵，尺寸約為50mrK25mrK2mm,穿一個(gè)3.7mm左右的小孔，表面積約為28cm2,光潔度為6;便攜式活性氧測(cè)試儀，由深圳清時(shí)捷公司提供；燒杯、砂紙、天平等。2試驗(yàn)結(jié)果與討論2.1 消毒劑的消毒效果2.1.1 懸液定量殺菌試驗(yàn)采用單過硫酸氫鉀復(fù)合粉配制消毒劑溶液，考察不同投加劑量的消毒劑對(duì)約為15Xl08CFU/mL的大腸桿菌（8099）菌懸液在不同作用時(shí)間下的殺滅效果，試驗(yàn)結(jié)果見表1。表1單過硫酸氫鉀復(fù)合粉對(duì)大腸桿菌的殺菌效果(CFU/mL)量(mg/L)_5min30min10min15min3.911080.116.4214.0816.880.322.3923.9422

12、.080.521.3426.5228.1728.381.089.2588.8389.0395.062.099.5799.5299.9899.99由表1試驗(yàn)結(jié)果可知，消毒劑劑量在0.10.5mg/L范圍內(nèi)時(shí)，其對(duì)大腸桿菌的滅活不明顯，當(dāng)投加劑量達(dá)到1mg/L以上后，滅活效果明顯。消毒劑劑量為2.0mg/L時(shí)，可殺滅99%的大腸桿菌。另外，當(dāng)消毒劑劑量在0.52.0mg/L時(shí)，隨著作用時(shí)間的延長(zhǎng)，殺菌率也隨之增大。在使用2.0mg/L消毒劑作用30min時(shí)，單過硫酸氫鉀復(fù)合粉對(duì)大腸桿菌的殺菌率可以達(dá)到99.99%。依照消毒技術(shù)規(guī)范（2002）的方法培養(yǎng)枯草芽抱桿菌黑色變種（ATCC9372）7天，

13、得到芽抱濃度約為107CFU/mL的懸液，分別投加劑量為0.1、0.3、0.5、1.0、2.0mg/L的單過硫酸氫鉀復(fù)合粉，對(duì)芽抱懸液進(jìn)行殺滅試驗(yàn)。表2單過硫酸氫鉀復(fù)合粉對(duì)大腸桿菌的殺菌效果對(duì)照組平均菌懸液消毒劑劑量不同作用時(shí)間的殺菌率（%）濃度（CFU/mL）（mg/L）5min10min4.041070.10.30.51.02.0從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，單過硫酸氫鉀復(fù)合粉在本試驗(yàn)中的劑量和時(shí)間條件下，對(duì)枯草芽抱桿菌黑色變種的芽抱懸液均沒有滅活作用。2.1.2實(shí)際水樣消毒試驗(yàn)以田村山凈水廠原水作為受試水樣，原水的HPC計(jì)數(shù)約為8000CFU/ml,在此水樣中投加不同劑量的復(fù)合粉，消毒30min后

14、，剩余存活細(xì)菌HPC計(jì)數(shù)及去除率如圖1所示。圖1單過硫酸氫鉀復(fù)合粉對(duì)原水的消毒效果數(shù)：tQCLH菌細(xì)余剩原水中所含細(xì)菌數(shù)量較大，消毒劑劑量在0.1、0.3和0.5mg/L時(shí)，對(duì)水中細(xì)菌的滅火效果較差。消毒劑對(duì)細(xì)菌的去除率隨著消毒劑劑量的增大而提高，當(dāng)投加劑量達(dá)到1.0mg/L時(shí)，去除率可達(dá)80%左右。同樣以活性炭池出水作為受試水樣，測(cè)得炭后出水的HPC計(jì)數(shù)約為1600CFU/ml,投加不同劑量的單過硫酸氫鉀復(fù)合粉作用30min后，剩余細(xì)菌數(shù)的HPC計(jì)數(shù)及去除率結(jié)果見圖2。O10egm1數(shù)計(jì)：QT菌細(xì)余剩0.5ooooOooi2Q20864oOO2-剩余細(xì)菌HPCKrT-去除率率除去oooOI8

15、64201.5消毒劑劑量(mg/L)圖2單過硫酸氫鉀復(fù)合粉對(duì)炭后水的消毒效果對(duì)于炭后出水，消毒劑劑量在0.10.5mg/L范圍內(nèi)去除率仍然較低。當(dāng)消毒劑劑量達(dá)到1mg/L時(shí)，水中細(xì)菌的HPC計(jì)數(shù)小于500CFU/mL,滿足了USEPA作者簡(jiǎn)介：敖秀瑋(1992-),女，博士，從事高級(jí)氧化技術(shù)研究*通訊聯(lián)系人：劉文君，E-mail:wjliu飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)HPC所規(guī)定的要求。2.2消毒劑對(duì)金屬的腐蝕性消毒劑在使用中需要確定其對(duì)金屬的腐蝕程度。研究中采用的失重法以金屬腐蝕速率R來表征腐蝕程度，其計(jì)算公式為：8.76107（m-mt-mk）R二Std上式中，R為腐蝕速率，mm/a（毫米/年）；m

16、為試驗(yàn)前金屬片重量，g；mt為試驗(yàn)后金屬片重量，g;mk為化學(xué)處理去除腐蝕產(chǎn)物樣片失重值，g,試驗(yàn)中未進(jìn)行化學(xué)清除處理者，計(jì)算時(shí)在公式中刪去mk值；S為金屬片的表面積總值，cm2;t為試驗(yàn)時(shí)間，h；d為金屬材料密度，kg/m3。根據(jù)消毒技術(shù)規(guī)范（2002）,金屬腐蝕性的分級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)見表3。表3金屬腐蝕性分級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)腐蝕速率R（mm/a）級(jí)別<0.0100基本無腐蝕0.0100<0.100輕度腐蝕0.100<1.00中度腐蝕>1.00重度腐蝕對(duì)不同種類金屬掛片進(jìn)行試驗(yàn)并稱重，根據(jù)上述公式計(jì)算不同金屬在單過硫酸氫鉀復(fù)合粉溶液中的腐蝕速率，計(jì)算結(jié)果和腐蝕程度分級(jí)結(jié)果如表4所示

17、。表4單過硫酸氫鉀復(fù)合粉對(duì)不同金屬的腐蝕性腐蝕速率Rmm/a）黃銅H620.004基本無腐蝕鋁LY120.001基本無腐蝕不銹鋼3210.0005基本無腐蝕碳鋼A30.32中度腐蝕鋁LY120.28中度腐蝕球墨鑄鐵0.24中度腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明，單過硫酸氫鉀復(fù)合粉溶液對(duì)黃銅、鋁和不銹鋼基本無腐蝕，對(duì)碳鋼及常用的給水管材灰口鑄鐵、球磨鑄鐵的腐蝕程度為中度腐蝕。2.3消毒劑的持久性消毒劑需要有持續(xù)性的殺菌作用，保證在管網(wǎng)中有足夠的余量。試驗(yàn)對(duì)不同濃度單過硫酸氫鉀復(fù)合粉溶液中的活性氧含量進(jìn)行連續(xù)測(cè)試，結(jié)果見圖3o0.240.20.16m22.0mg/L1.0mg/L一“.00.5mg/L281OSS1

18、氧性活040122436間(h)48607284*0.1mg/L圖3單過硫酸氫鉀復(fù)合粉溶液中活性氧含量隨時(shí)間的變化由圖3可知，單過硫酸氫鉀復(fù)合粉溶液中有效成分活性氧的含量隨著時(shí)間變化逐漸降低。復(fù)合粉溶液濃度分別在2.0mg/L、1.0mg/L、0.5mg/L和0.1mg/L時(shí)的變化趨勢(shì)相似，84h(3.5d)后活性氧含量均衰減至起始濃度的50%左右。復(fù)合粉的有效成分持久性較強(qiáng)，可以較好地起到持續(xù)殺菌的作用。3結(jié)論(1)單過硫酸氫鉀復(fù)合粉在投加劑量達(dá)到1mg/L以上時(shí)，對(duì)大腸桿菌有明顯的殺滅作用。當(dāng)投加劑量為2mg/L,作用時(shí)間30min時(shí)，對(duì)大腸桿菌的滅菌率可以達(dá)到99.99%。單過硫酸氫鉀復(fù)

19、合粉在本試驗(yàn)中的條件下，對(duì)枯草芽抱黑色變種的芽抱懸液未見殺滅作用。(2)單過硫酸氫鉀復(fù)合粉對(duì)實(shí)際水樣的消毒效果良好，對(duì)于田村山水廠活性炭池出水而言，消毒劑劑量達(dá)到1mg/L時(shí)，HPC計(jì)數(shù)低于500CFU/mL,滿足了USEPA飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)水中HPC所規(guī)定的要求。(3)單過硫酸氫鉀復(fù)合粉溶液在本試驗(yàn)條件下，對(duì)黃銅、鋁和不銹鋼基本無腐蝕，對(duì)碳鋼及常用的給水管材灰口鑄鐵、球磨鑄鐵呈中度腐蝕。(4)該消毒劑水溶液中有效成分的持久性強(qiáng)，可以起到持續(xù)殺菌的作用。參考文獻(xiàn)1閆志超，苑宏英，員建，孫力平，消毒技術(shù)去除飲用水中病原微生物的研究進(jìn)展，四川環(huán)境，(2009)75-78+90.2 Y.G.Adewuyi,S.O.Owusu,Aqueousabsorptionandoxidationofnitricoxidewithoxoneforthetreatmentoftailgases:Processfeasibility,stoichiometry,reactionpathways,andabsorptionrate,Industrial&EngineeringChemistryResearch,42(2003)4084-4100.3 S.C.