邱曉霞 于水利

　　摘 要：本文介紹了水的生物穩定性的概念，提出了一種新的水生物穩定性的評判方法，對影響水生物穩定性的有機物、消毒方法、及配水管網等主要因素進行了詳細分析。指出在關注水的生物穩定性（AOC、BDOC、細菌數）的同時應對水的整體質量水平（以TOC為代表的有機物指標及Ames實驗等毒理學指標）進行監測，才能真正反應在配水過程中的水質變化，揭示各種成份之間的轉化過程及不同成份對人體的影響，此時才使水的生物穩定性研究具有實際意義。在氯化消毒中，余氯本身并不能保證水的生物穩定性，而氯胺消毒的配水系統的細菌總數低，生物穩定性好。配水系統的生物穩定性與管網的材料、管壁粗糙度、水流狀態、腐蝕程度及管壁附著生物膜水平等因素密切相關。
　　關鍵詞：生物穩定性，配水系統，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藥、衛生事業的不斷進步，人們對飲用水的水量、水質要求顯著提高。而另一方面，隨著世界人口的不斷增長和工業化進程的加快，工業和生活污水的大量排放量越來越大，造成水源污染的日趨嚴重，對人類的健康造成了嚴重的威脅。 據統計^〔1〕，我國有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重污染，在131條流經城市的河流中有近一半受到中等以上程度的污染。尤其值得格外關注的是，在這些污染物中，已檢測出的有數以百計的有機化合物。如果在水處理過程中，可生物降解的有機物質未被去除，則這些有機物就會作為未被完全殺死的細菌的營養源，就會使這些未被完全殺死的細菌在配水系統中復蘇、增殖，從而使水質惡化，加速管網的腐蝕，并潛在地增加細菌學疾病的發病率。通常將上述水質的飲用水稱為生物不穩定水。提供優質、安全的飲用水，水的生物穩定性是一個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中的生物穩定性的因素很多，水中的有機物含量、成份及其沿配水方向的變化規律、采用的消毒工藝、管網的腐蝕程度及對管網腐蝕的控制等都會對配水的生物穩定性有很大的影響。
　　做到不僅能夠保證凈化水的質量，而且能確保凈化水在配水系統中的生物穩定性，是水處理工作者今后研究的目標。這方面的研究，國外剛剛起步，國內涉及水的生物穩定性研究的文獻報導更少。本文擬就影響水的生物穩定性的主要因素進行初步探討。

2．水的生物穩定性的評判方法

　　目前國內外水處理工作者對水的生物穩定性有不同的理解，其評判標準也不盡相同，這方面的研究還停留在評判方法的階段。雖然也有部分學者對納濾膜出水的生物穩定性進行了研究，但得出的結果不盡人意。I.C.Escobar等人^{[ 2 ]}的研究表明，納濾系統對可以被異養微生物利用的可溶性有機碳BDOC（Biodegradeble Dissolved Organic Carbon）的去除效果較好，去除率達到97％；由于阻垢劑等化學藥品的加入，出水中可同化有機碳AOC（Assimilable Organic Carbon）值反而有所升高。可見，納濾系統可透過大量的可同化有機碳AOC，水的生物穩定性很難保證。但是，在G.Randon^{[3 ]}等人的研究中指出，納濾系統的出水中不含病原微生物等微污染物，在配水系統中納濾出水表現了良好的物理化學和微生物穩定性，從而得到了完全不同的研究結果。究其原因，目前國內外對水的生物穩定性的研究，大多僅對AOC、BDOC等局部參數進行討論，缺乏對水的整體質量水平（總有機碳及對人體有害的微量物質等指標）進行全面評價。因為在配水系統中各種水質參數是互相轉化的，只有全面評價水質水平，而不是僅用一個或二個孤立指標評價納濾的生物穩定性,才能使納濾膜出水的生物穩定性研究更科學、更全面、更具有實際意義。
　　因此，作者認為對出水的AOC、BDOC和TOC同時進行研究（因為TOC與AOC、BDOC之間在配水系統中是相互轉化的，各參數之間有著密切的聯系），分析三者之間的轉化規律，并結合細菌數量、有機物及生物膜形態等的分析結果，綜合考察配水系統水質隨時間、空間的變化規律，從而提出了一種新的評判水的生物穩定性的方法。

3．水中有機污染物對配水系統生物穩定性的影響

　　如上所述，通常水中的有機物質可分為兩類，一類是可生物降解的有機物（BOM），另一類是難以生物降解的有機物。其中，可生物降解的有機物（BOM）是水的生物穩定性研究的核心。現有的眾多分析水中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BOM的方法。
　　BDOC含量表示可以被異養微生物利用的可溶性有機碳（DOC）的濃度。有機化合物（無論是顆粒的還是溶解性的），都為異養菌提供了能量來源。異養菌利用有機碳合成新的細胞物質或產生能量。在水流經配水系統的過程中，BOM被水中的微生物逐漸消耗利用，微生物得到增殖，結果使配水水質逐漸變壞，加速了管網腐蝕，也產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。文獻建議，為限制細菌再生，應保證在水處理出水中完全杜絕可生物降解有機物的存在。Servais等人提出，處理水中的BDOC值小于等于0.16mg/l的水為生物穩定水（即在配水系統中無BDOC的消耗）。最近，Volk等人提出^{[ 5 ]}，20℃時BDOC值為0.15mg/l、15℃時為0.30mg/l時，可以保證生物穩定性。當BDOC值大于0.10－0.15mg/l時有大腸桿菌出現。
　　AOC是總有機碳（TOC）中可以生物同化吸收的那一部分有機碳。在配水系統數據中，AOC濃度和異養菌的密度之間存在著顯著的關聯性。Van der Kooij指出，在非加氯消毒的系統中，當AOC小于10μg/l時，異養菌不發生增殖；LeChevallier等指出，當AOC濃度小于50－100μg/l時，細菌再生將受到抑制。
　　AOC是水中總有機碳的一部分，可以用來衡量水中異養菌再生的生物穩定性，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化合物的相對生物穩定性。由于在Van der Kooij的研究中，BDOC值與異養菌的數量之間沒有顯著的相關性，因此BDOC值不能用來預測細菌的增殖能力。
　　在控制水的生物穩定性的工藝研究中，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，對二價和多價離子及分子量在200～1000之間的有機物有較高的脫除性能，對單價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及無機污染物，同時出水中可以保留一定對人體有益的微量物質成份，有利于人體的健康；但是如果納濾膜透過物質中含有可為異養微生物利用的有機物及一定的細菌、微生物、病毒，則在配水過程中，水中的細菌、微生物、病毒就會利用這些微量有機物進行生長、繁殖，一方面減少水中有機物含量、改變水中有機物成份，另一方面又在管壁形成生物膜，脫落的生物膜會對配水造成二次污染。水中病毒復蘇后若大量繁殖，又會造成水傳播疾病的發生。因此，將納濾膜法水處理技術應用到優質、安全飲用水的生產實踐中，還需要進一步對其出水的生物穩定性進行研究。如上所述，在納濾出水的生物穩定性研究方面，I.C.Escobar和G.Randon等人進行了大量研究，但研究結果不盡相同。

4．消毒措施對配水系統生物穩定性的影響：

　　傳統的凈水廠一般都采用游離態的氯（液氯）作為后續消毒劑。消毒的主要目的是殺死飲用水中對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），仍然檢測到了大腸桿菌等病原微生物的存在^{[ 6 ]}，而且帶來了諸如氯化消毒副產物、余氯、隱孢子蟲耐受性等一系列的問題。這使得人們對于飲用水的安全性產生畏懼，也促使人們探求新的消毒技術體系。
　　相同濃度的游離氯與氯胺相比，氯胺對配水系統中生物膜的控制作用優于游離氯。氯化消毒后水中余氯含量為10－12mg/l時，13/79個水樣中均檢測到大腸桿菌。針對這一情況，C.D.Norton等人對氯化消毒和氯胺消毒技術進行了對比，研究其對配水系統生物穩定性的影響^{[ 6 ]}。研究結果表明，在氯化消毒中，余氯含量與水中的微生物含量沒有線性相關性，即余氯本身并不能保證水的生物穩定性。在由氯化消毒改為氯胺消毒的兩套系統中，氯胺消毒都表現了明顯的優勢。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；而當配水系統中的剩余消毒劑含量相同時，氯胺消毒的配水系統的細菌總數低，生物穩定性好。

5．配水管網對配水生物穩定性的影響:

　　配水系統的生物穩定性與管網的材料、管壁粗糙度、水流狀態、腐蝕程度及管壁附著生物膜水平等因素密切相關。另外，據文獻報道，配水系統的生物穩定性還與配水管網的使用年限有關，管網的使用年限每延長十年，配水的微生物含量就有一個數量級的增加。
　　因此，在考察配水系統的生物穩定性時，要同時考慮以上諸多因素的影響，在數據分析時應力求做到全面、準確、有理論依據。

6．小結

　　研究水的生物穩定性時，必須同時考慮AOC、BDOC和TOC（因為TOC與AOC、BDOC之間在配水系統中是相互轉化的，各參數之間有著密切的聯系），分析三者之間的轉化規律，并結合細菌數量、有機物及生物膜形態等的分析結果，綜合考察配水系統水質隨時間、空間的變化規律，才能切實掌握水的生物穩定性。在氯化消毒中，余氯本身并不能保證水的生物穩定性，而氯胺消毒的配水系統的細菌總數低，生物穩定性好。配水系統的生物穩定性與管網的材料、管壁粗糙度、水流狀態、腐蝕程度及管壁附著生物膜水平等因素密切相關。

參考文獻

　　1、國家環保總局，環境統計年報，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