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:通過懸液殺菌試驗和實際水樣殺菌試驗，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，就該消毒劑對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，對大腸桿菌有明顯的殺滅作用。該消毒劑在本研究中的試驗條件下對枯草芽抱桿菌的芽抱懸液無殺滅作用。該消毒劑對實際水樣的消毒效果較好，對于田村山水廠活性炭池出水，投加劑量達(dá)到1mg/L時，HPC計數(shù)低于500CFU/mL

2、。另外，復(fù)合粉溶液對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的持久性。關(guān)鍵詞：單過硫酸氫鉀；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介：敖秀瑋（1992-）,女，博士，從事高級氧化技術(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，也有產(chǎn)生副產(chǎn)物的風(fēng)險。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，具有較強的氧化能力，其中單過硫酸氫鉀（KHSO5,Peroxymonosulfate,簡稱PMS）是復(fù)合粉的活性成分和氧化勢能的來源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)，對多種致病微生物具有殺滅作用4-6。本文通過試驗對單過硫酸氫鉀復(fù)合粉用于飲用水消毒的效果和消毒劑的持久性及對金屬的腐蝕性進(jìn)行研究

8、。1材料和方法1.1 試驗方法以評價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）作為試驗菌株進(jìn)行懸液定量殺菌試驗。將制備的細(xì)菌及芽抱懸液進(jìn)行活菌計數(shù)，用磷酸鹽緩沖液（PBS）將試驗菌懸液稀釋至濃度為107108CFU/mL。取無菌試管，先加入0.5mL試驗用菌液，再加入測試濃度消毒劑溶液4.5mL,迅速混勻并即刻記時。待試驗菌液與消毒劑相互作用至各預(yù)定時問，分別移取1mL試驗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養(yǎng)瓊脂傾注法測定存活菌落數(shù)。以北京田村山凈水廠原水和活性炭池出水作為試驗

9、用水進(jìn)行實際水樣消毒試驗。取水樣100mL置于錐形瓶中，加入不同濃度的消毒劑，迅速混勻并計時，作用30min后加入中和劑。通過異養(yǎng)菌平板計數(shù)法（HPC）,對其細(xì)菌總數(shù)進(jìn)行計數(shù)。對于HPC計數(shù)，本試驗中使用的培養(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，采用失重法評價單過硫酸氫鉀復(fù)合粉對金屬材料的腐蝕性。具體方法為：金屬掛片去油洗凈并打磨去除氧化層，測量掛片尺寸后再脫脂干燥并稱重。按照最高使用濃度（試驗中為2mg/L）配制試驗用消毒劑，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)置平行組和空白對照組。采用燒杯試驗，分別配制0.1、0.5

10、、1、2mg/L復(fù)合粉溶液，密封避光保存，每小時測定消毒劑溶液中活性氧含量，用以評價消毒劑的持久性。1.2 試驗材料單過硫酸氫鉀復(fù)合粉，由成都潤興消毒藥業(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），購自中國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；作者簡介：敖秀瑋（1992-）,女，博士，從事高級氧化技術(shù)研究*通訊聯(lián)系人：劉文君，E-mail:wjliu培養(yǎng)基：營養(yǎng)肉湯；普通營養(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、一級灰口

11、鑄鐵和球墨鑄鐵，尺寸約為50mrK25mrK2mm,穿一個3.7mm左右的小孔，表面積約為28cm2,光潔度為6;便攜式活性氧測試儀，由深圳清時捷公司提供；燒杯、砂紙、天平等。2試驗結(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約為15Xl08CFU/mL的大腸桿菌（8099）菌懸液在不同作用時間下的殺滅效果，試驗結(jié)果見表1。表1單過硫酸氫鉀復(fù)合粉對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試驗結(jié)果可知，消毒劑劑量在0.10.5mg/L范圍內(nèi)時，其對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，可殺滅99%的大腸桿菌。另外，當(dāng)消毒劑劑量在0.52.0mg/L時，隨著作用時間的延長，殺菌率也隨之增大。在使用2.0mg/L消毒劑作用30min時，單過硫酸氫鉀復(fù)合粉對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，對芽抱懸液進(jìn)行殺滅試驗。表2單過硫酸氫鉀復(fù)合粉對大腸桿菌的殺菌效果對照組平均菌懸液消毒劑劑量不同作用時間的殺菌率（%）濃度（CFU/mL）（mg/L）5min10min4.041070.10.30.51.02.0從試驗結(jié)果可以看出，單過硫酸氫鉀復(fù)合粉在本試驗中的劑量和時間條件下，作者簡介：敖秀瑋（1992-）,女，博士，從事高級氧化技術(shù)研究*通訊聯(lián)系人：劉文君，E-mail:wjliu對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 實際水樣消毒試驗以田村山凈水

14、廠原水作為受試水樣，原水的HPC計數(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，剩余存活細(xì)菌HPC計數(shù)及去除率如圖1所示。圖1單過硫酸氫鉀復(fù)合粉對原水的消毒效果數(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，對水中細(xì)菌的滅火效果較差。消毒劑對細(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，去除率可達(dá)80%左右。同樣以活性炭池出水作為受試水樣，測得炭后出水的HPC計數(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計數(shù)及去除率結(jié)果見圖2。O10egm1

15、數(shù)計：QT菌細(xì)余剩0.5ooooOooi2Q20864oOO2-剩余細(xì)菌HPCKrT-去除率率除去oooOI864201.5消毒劑劑量(mg/L)圖2單過硫酸氫鉀復(fù)合粉對炭后水的消毒效果對于炭后出水，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，水中細(xì)菌的HPC計數(shù)小于500CFU/mL,滿足了USEPA作者簡介：敖秀瑋(1992-),女，博士，從事高級氧化技術(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HPC所規(guī)定的要求。2.2 消毒劑對金屬的腐蝕性消毒劑在使用中需要確定其對金屬的腐蝕程度。研究中采用的失重法以金屬腐蝕速率R來表征

16、腐蝕程度，其計算公式為：8.76107（m-mt-mk）R二Std上式中，R為腐蝕速率，mm/a（毫米/年）；m為試驗前金屬片重量，g；mt為試驗后金屬片重量，g;mk為化學(xué)處理去除腐蝕產(chǎn)物樣片失重值，g,試驗中未進(jìn)行化學(xué)清除處理者，計算時在公式中刪去mk值；S為金屬片的表面積總值，cm2;t為試驗時間，h；d為金屬材料密度，kg/m3。根據(jù)消毒技術(shù)規(guī)范（2002）,金屬腐蝕性的分級判定標(biāo)準(zhǔn)見表3。表3金屬腐蝕性分級判定標(biāo)準(zhǔn)腐蝕速率R（mm/a）級別<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重度腐蝕對不同種類金屬掛片進(jìn)

17、行試驗并稱重，根據(jù)上述公式計算不同金屬在單過硫酸氫鉀復(fù)合粉溶液中的腐蝕速率，計算結(jié)果和腐蝕程度分級結(jié)果如表4所示。表4單過硫酸氫鉀復(fù)合粉對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中度腐蝕試驗結(jié)果表明，單過硫酸氫鉀復(fù)合粉溶液對黃銅、鋁和不銹鋼基本無腐蝕，對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。試驗對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

18、連續(xù)測試，結(jié)果見圖3o作者簡介：敖秀瑋（1992-）,女，博士，從事高級氧化技術(shù)研究*通訊聯(lián)系人：劉文君，E-mail:wjliu0.240.20.16m22.0mg/L1.0mg/L一“.00.5mg/L281OSS1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時的變化趨勢相似，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，

19、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，對大腸桿菌有明顯的殺滅作用。當(dāng)投加劑量為2mg/L,作用時間30min時，對大腸桿菌的滅菌率可以達(dá)到99.99%。單過硫酸氫鉀復(fù)合粉在本試驗中的條件下，對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)合粉對實際水樣的消毒效果良好，對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，HPC計數(shù)低于500CFU/mL,滿足了USEPA飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中對水中HPC所規(guī)定的要求。(3)單過硫酸氫鉀復(fù)合粉溶液在本試驗條件下，對黃銅、鋁和不銹鋼基本無腐蝕，對碳鋼及常用的給水管材灰口鑄鐵、球磨鑄

20、鐵呈中度腐蝕。(4)該消毒劑水溶液中有效成分的持久性強，可以起到持續(xù)殺菌的作用。作者簡介：敖秀瑋(1992-),女，博士，從事高級氧化技術(shù)研究*通訊聯(lián)系人：劉文君，E-mail:wjliu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.Paetzold,J.Davidson,Aquaculturef