饮用水管网生物稳定性分析

【摘要】  目的 研究饮用水管网生物隐定性指标的变化。方法 对我国北方某市市区配水管网中细菌总数、生物可同化有机碳(AOC)、生物可降解有机碳(BDOC)等水质指标进行了监测。结果 水温是影响管网中细菌总数变化的重要因素，与细菌总数呈正相关关系。AOC与自由余氯间呈正相关关系；与细菌总数间无相关关系。BDOC与自由余氯呈负相关关系；与细菌总数呈一定的正相关关系。结论 控制管网水中细菌的再繁殖，应将AOC与消毒剂余量和浊度的控制结合起来进行。管网中细菌、AOC和BDOC、氯及水力条件之间的关系复杂，而且不同的管网间差异较大。

【关键词】  饮用水

　　随着分析技术的进步，人们认识到引起给水管网中细菌的重新生长和繁殖的主要诱因是出厂水中残存的异养细菌生长所需有机营养基质，即生物可同化有机碳(assimilable organic carbon,AOC)、生物可降解有机碳(biodegradable organic carbon,BDOC)，细菌在管网中生长问题越来越受到重视〔1-3〕。要提高饮用水生物稳定性，关键要控制有机营养物的量〔4，5〕。为了解饮用水输配管网内的生物稳定性，以便及时准确加以控制，为保障饮用水微生物学水质安全提供可靠的信息，于2004年5月～2005年4月，对北方某市的市区配水管网进行检测采样，检测了总余氯、自由余氯、浊度、pH、水温、细菌总数、AOC、BDOC等指标，并对各指标间的关系进行了分析。

　　1   材料与方法

　　1?1   水样的采集   在北方某市的市区配水管网上选取了6个取样点，取样点包括实验小区管网入口点、沿程点、末梢点及一个高层水箱点(4号点)。其中1、6号点为管网入口点，2、3为管网末梢点，5号点为沿程度，高层水箱总为4号点。管材均为铸铁管，2号点管网较为陈旧，为20世纪50年代铺设；6号点管网较新，为2002年辅设；其他取样点管网为20世纪80～90年代辅设。取样均按照标准方法进行，水样采集后尽快送回实验室进行检验，按照国家标准方法对水样进行测定〔6〕。

　　1?2   实验仪器及方法   采用HACH 46700-001型余氯仪测定总余氯与自由余氯；用温度计在取样现场测定水温；异养菌平板计数(HPC)采用营养琼脂培养基和R2A培养基(R2A Agar medium)进行平板计数〔6〕；按照〔7〕方法测定AOC、BDOC，并对其平均值进行作图分析〔7〕。

　　2   结果

　　2?1   细菌总数变化规律   实验中发现，水温对细菌总数测定结果的影响较大，二者的相关系数为0?7674。将2004年5月～2005年4月各监测点的细菌总数取平均值作图，见图1。

　　图1   不同月份各监测点平均细菌总数比较（略）

　　从图中可见，随各月水温的升高和降低，细菌总数也随之增加和减少，说明水温是影响细菌总数的一个重要因素。同时还可以看出，水温对2，3和5号3个水质相对较差的监测点细菌总数的影响，要大于1号和6号2个管网入口点，与余氯的衰减、浊度的增加，水质有利于细菌生长有关，使得管网沿程和末梢监测点的细菌总数水平较高，水温的升高更有利于其繁殖，经指数增长后，其数量比管网入口点有较明显增高。当水温较低时，水体中细菌和病毒的生长和繁殖较慢，新陈代谢产物较少，所以消毒所需氯量也相应较少，随着水温的升高，细菌和病毒的生长繁殖大大加快，代谢产物增加，相应耗氯量也显著增大。水温还直接或间接作用于影响细菌再生长的其他因素，如净水设备运行效率，消毒剂的灭菌效果，消毒剂的扩散，管道腐蚀速率，管网水力运行状况等。

　　2?2   AOC的相关研究  

　　2?2?1   AOC水平   AOC的实验共获得监测数据132个，范围在20～284μg/L，如按<200μg/L来评价〔7〕，其中有24个数据超标，合格率为82%。对各监测点的AOC水平进行分析，其中平均值最大值出现在2号监测点，最小值出现在6号管网入口点，各个监测点的平均AOC水平都符合标准，且平均AOC波动不显著，4号点的AOC平均值最低，为111μg乙酸碳/L。一般认为，在不加氯时AOC<200μg乙酸碳/L为生物稳定饮用水，而在加氯时AOC在50～100μg乙酸碳/L为生物稳定饮用水。如果当AOC浓度>100μg乙酸碳/L时，则要把水中余氯控制在较高的水平上，但大量投氯将可能会引起消毒副产物浓度的升高；对人体健康有危害〔8〕。由此来看，该实验小区的水质处于生物不稳定性状态。

　　2?2?2   AOC与自由余氯的关系   将所测各监测点的AOC与相应自由余氯测定结果作散点图。结果显示，AOC与自由余氯间存在弱的正相关关系，相关系数r为0?1500。分析其原因可能为自由余氯水平较高的6号与1号点细菌总数较少，且菌体受余氯抑制，对AOC的代谢水平较低；自余氯水平较低的2号点细菌总数较高，对AOC的代谢水平也相对较高，使其AOC水平相对较低。

　　2?2?3   AOC与细菌总数的关系   将各监测点的AOC与相应细菌总数测定结果作散点图。结果显示，AOC与细菌总数间相关关系较差，二者的相关系数r为-0?0603，即没有明显的相关关系。AOC水平较低的4号点细菌总数却较高，而水质相对较好的1号和6号点AOC的水平却相对较高。

　　2?3   BDOC的相关研究  

　　2?3?1   BDOC水平   对BDOC的检测共得到数据86个，范围在0?027～0?757mg C/L以内。Sam等人通过动态模型出管网中BDOC低于0?25mg C/L时能达到水质生物稳定〔9〕。Laurent等人通过SANCHO模型计算出BDOC<0?15mg C/L时异养细菌在水中不能生长〔10〕。如按照BDOC低于0?25mg C/L时能达到水质生物稳定来评价，其中有64个数据超标，合格率为25?58%。对各监测点BDOC水平进行统计，取平均值并作图。结果显示，最大值出现在4号监测点，最小值出现在6号管网入口点，各个监测点的平均BDOC水平均超过0?25mg C/L的标准，1号点的BDOC平均最低，为0?31mg C/L。该小区的BDOC水平较高水质处于生物不稳定状态。

　　2?3?2   BDOC与自由余氯的关系   将各监测点的BDOC与相关自由余氯测定结果作散点图。结果显示，BDOC与自由余氯呈负相关关系，相关系数r为-0?332。说明自由余氯较高的监测点BDOC水平相对较低，自由余氯较低的监测点BDOC水平相较高。这与AOC的测定结果相反。

　　2?3?3   BDOC与细菌总数的关系   将各监测点的BDOC与相应细菌总数测定结果作散点图。结果显示，BDOC与细菌总数呈正相关关系，相关系数r为0?3033。即细菌总数随BDOC的增加而增加。BDOC代表了水中生物可降解的有机物含量，体现了细菌在管网中再生长的潜力，其含量多则表明可供细菌降解的有机碳源丰富，可支持较多的细菌生长，因此，其与细菌总数呈一定的正相关关系。

　　3   讨论

　　总之，对AOC和BDOC与细菌生长关系的认识还处于初步探索阶段，缺乏足够的证据和理论依据。该实验管网的测定结果表明，AOC和BDOC的水平均较高，该管网处于生物不稳定性状态。AOC与自由余氯间存呈正相关关系；与细菌总数间无相关关系。BDOC与自由余氯呈负相关关系；与细菌总数呈正相关关系。结果可见，BDOC的测定结果与自由余氯及细菌总数的相关性较好，这也说明对该实验小区的生物稳定性分析应以BDOC为主。同时也说明，要控制管网水中细菌的再繁殖，只控制生物稳定性指标是没有效果的，应将AOC的控制与消毒剂余量的控制和浊度的控制结合起来进行。管网中细菌、AOC和BDOC、自由余氯水平及水力条件之间的关系十分复杂，而且不同的管网间差异较大，管网内部物理化学反应和生物化学反应的关系还有待进一步研究。

【】
  　　〔1〕 Wadowsky RM,Yee RB.Hot water systems as sources of legionella pneumophila in hospital and non-hospital plumbing fixtures［J］.Appl Envir Microbiol,1982,43:1104-1110.

　　〔2〕 Engel,H W B ,Berwald,L G.The occurrence of mycobacterium in tapwater［J］.Tubercle，1980,61:21-26.

　　〔3〕 Lechevallier M W,Lowry C D,Lee R G.Disinfection biofilms in a model distribution system［J］.J Am Wat Wks Assoc,1990,82:87-99.

　　〔4〕 Goshko MA,Minnigh H A.Relationships between standard plate counts and other parameters in water distribution systems［J］.J Am Wat Wks Assoc,1983,75:568-571.

　　〔5〕 Mccoy WF,Olson BH.Relationship among turbidity,particle counts and bactreiological quality within water distrbution lines［J］.Wat Res,1986,20:1023-1029.

　　〔6〕 环境保护总局水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法［M］.4版.北京：中国环境出版社，2002：276-531.

　　〔7〕 王占生，刘文君.微污染水源饮用水处理［M］.北京：中国建筑出版社，1999：244-247.

　　〔8〕 余国忠，王根凤，尤小庆.给水管网的细菌生长可能机制与防治对策［J］.中国给水排水，2000，16(8)：18-20.

　　〔9〕 Sam Dukan,Yves Levi,Philippe Piriou,et al.Dynamic modeling of bacterial growth in drinking water networks［J］.Wat Res,1996,30(9):1991-2002.

　　〔10〕 Laurent P,Servais P.Fixed bacterial biomass estimated by potential exoproteoltic activity［J］.Can J Microbial,1995,41:749-752.