城市中水回用过程中大肠菌群灭活实验研究

城市中水回用过程中大肠菌群灭活实验研究

中水主要指城市污水经过处理后达到一定的水水质标准，可以重复使用非饮用水，也称为“再生水”和“回流水”。无论水质如何，回收水都可以减少对处理后的污水排放和对环境的污染。这不仅是一种清洁生产的表现，也是废水回收和化工过程的具体体现。这是解决资源空耗不足的重要途径。因此，对城市水回用的研究、中水回用的规模和回用区的扩大和再利用已成为研究的主要主题之一。呼和浩特市辛辛板污水处理厂的二级污水处理能力为35×104t/d,它为工业发展提供了丰富的中水资源.辛辛板污水处理厂的二级出水已经去掉了大部分污染物,但仍残留了部分污染物质,如微生物黏泥、COD及少量的NH+4、NO-2等.当回用于工业循环冷却系统时,由于冷却系统具备微生物生长的适宜条件,导致微生物大量繁殖,有害物质在循环水系统中经生物、化学反应形成大量的黏泥和酸性物质,对金属和非金属造成腐蚀,导致设备效率降低甚至损坏.另外,病原微生物会在冷却塔周围随着风吹泄漏,增大对人体健康和环境污染的风险.因此,本文对城市中水回用过程中的大肠菌群进行杀灭实验研究,结果表明,通过加入合适的药剂,可以将水中的大肠菌群数量控制在较低水平,从而保障中水回用的安全性.1根据不同用途对城市水的使用特点和要求1.1反渗透膜处理方法对中水回用于火电厂循环冷却补充水的水质标准,我国目前尚无统一规定,各污水处理厂的出水水质也不尽相同.天津大学等单位经过对二级和深度处理的中水进行研究,提出中水作为循环冷却系统补充水的水质标准,其中细菌总数控制指标为:冬季低于5.0×108个/L,夏季低于1.0×108个/L.1.2中水回用的安全性分析中水在回用时应满足给人以舒适的感觉,水中不能含有对眼睛和皮肤有害的物质,必须充分去除引起肠道感染的病菌,限制水中的有害物质和病原体含量,避免对人体健康造成不利影响.城市中水回用于景观用水时,主要应考虑回用过程中是否对人类的健康有害,在水质方面是否符合国家景观用水水质标准以及是否安全可靠等.中水回用于景观用水主要分为水景回用(如喷泉、瀑布、水塘)和娱乐性回用两类,前者属无身体接触的范围,后者则属身体接触范围.有身体接触的中水标准要比无身体接触的标准高许多.我国《城市中水再生利用景观环境用水水质标准》(GB/T18921-2002)规定,观赏性景观用水中的大肠菌群需低于2000个/L,娱乐性景观用水中的大肠菌群应不得检出.因此,中水回用过程中应对病原微生物进行灭活操作,以保证用水的安全性.2肠菌组的死亡实验2.1生活污水来源与水样测定实验用水采自辛辛板污水处理厂的二级处理出水,污水来源全部为城市生活污水,主导工艺采用传统的表面曝气生物活性污泥法加二沉池沉淀法.对新采水样进行测定,测定结果如表1所示.2.2n-cl糖发酵选取次氯酸钠、过氧化氢和新洁尔灭3种杀菌剂.次氯酸钠能在水中生成次氯酸和次氯酸根,次氯酸是一种极强的氧化剂,易通过微生物的细胞扩散,与细胞的蛋白质生成化学稳定的N-Cl键,从而杀死微生物,达到杀菌目的.过氧化氢溶液能与微生物的蛋白质结合,破坏细胞呼吸的还原酶的活性,达到杀菌目的.新洁尔灭,别名苯扎溴铵、新洁尔美,是一种季铵盐阳离子表面活性广谱杀菌剂,杀菌力强,能杀灭多种细菌及真菌,但对革兰阴性杆菌及肠道病毒作用较弱,对结核杆菌及芽孢无效.新洁尔灭兼有杀菌和去垢效力,稀释液可用于外科手术前的消毒.2.3革兰氏染色、显著性微生物菌群的检测采用多管发酵法,根据大肠菌群产酸、产气及具备革兰氏阴性无芽孢的特点,运用最大可能数(MPN数)对被测水样中的大肠菌群进行计数,得出每升水样中的大肠菌群数.先检测原水样中的大肠菌群数,作为基础数据,再在水样中加入一定量的杀菌药剂,检测加入药剂后水样中剩余的大肠菌群数,计算灭活率.(1)初步发酵实验.取试管15支(均装有杜氏小管),其中10支加入乳糖蛋白胨培养液各10mL,其余5支试管加入3倍浓缩乳糖蛋白胨培养液各5mL.用脱脂棉塞好试管口,5支试管为1组,分别用牛皮纸包好,放入高压锅内灭菌20min.在无菌操作室内,在装有5mL3倍浓缩乳糖蛋白胨培养液的试管中各加10mL10-2水样,在10mL乳糖蛋白胨培养液的5支试管中各加1mL10-2水样,在装有10mL乳糖蛋白胨培养液的5支试管中各加1mL10-3水样.将各试管充分摇匀,置于37℃的恒温箱中培养24h,观察产酸、产气情况.(2)平板划线分离实验.将初步发酵实验中产酸(培养基黄色)、产气(杜氏小管内有气泡)或只产酸不产气的发酵管取出,以无菌操作,用接种环挑取一环发酵液于品红亚硫酸钠培养基平板上划线分离,置于37℃恒温箱内培养18～24h,观察菌落特征.将紫红色具有金属光泽的菌落、深红色不带或略带金属光泽的菌落及淡红色且中心色较深的菌落挑出来做革兰氏染色实验.如果细菌被乙醇脱色,用蕃红液复染后呈红色,则为革兰氏阴性菌.(3)复发酵实验(无菌操作).用接种环取革兰氏染色阴性的无芽孢杆菌于装有10mL普通浓度乳糖蛋白胨培养基的发酵管内,每管可以接种同一板上的1～3个典型菌落的细菌,塞好棉塞,置于37℃恒温箱内培养24h,有产酸产气即有大肠菌群存在.根据阳性瓶数查MPN表得100mL水样中的大肠菌群个数.3结果3.13杀菌效率分析分别向装有中水的烧杯中投加不同浓度的次氯酸钠、过氧化氢和新洁尔灭杀菌剂溶液,用玻璃棒搅拌均匀,在一定作用时间内测定其中的大肠菌群数,计算杀菌率.实验结果见表2、表3和表4.分析表2～表4可知:①次氯酸钠的杀菌效率随作用时间逐渐增强,而过氧化氢和新洁尔灭的杀菌效率均随作用时间逐渐减弱;②在相同的加入量时,以2.0mL/L为例,过氧化氢在作用2min时杀菌率可高达99.3%,次氯酸钠在作用10min时达到85.3%,新洁尔灭在作用5min时才达到73.1%.可见,过氧化氢见效最快,次氯酸钠次之,新洁尔灭见效最慢;③以30min作用时间杀菌率达到98%以上选取最佳投加量:次氯酸钠2.0mL/L,过氧化氢2.0mL/L,新洁尔灭8mL/L.3.23最佳作用时间确定在次氯酸钠、过氧化氢和新洁尔灭3种杀菌剂的最佳作用量下,对3种杀菌剂的作用时间进行实验,即在水样中投入药剂的最佳作用量,于不同时间段检测水样中大肠菌群的数量.3种杀菌剂的杀菌率随作用时间的变化结果见表5,杀菌率随作用时间的变化曲线如图1所示.(1)次氯酸钠在1h时杀菌率达到99.9%,且在一段时间内基本保持不变,20h后杀菌率随作用时间增加略有下降,但仍保持较高水平.因此,次氯酸钠溶液的杀菌效果能够持续较长时间,最佳作用时间为20min～20h.(2)过氧化氢在很短的时间内就可以达到很好的杀菌效果,但持续时间较短.杀菌率在1～1.5h内保持在99%以上,在1.5h后开始下降,而且下降速度很快.可见,过氧化氢杀菌药效迅速但作用时间较短.(3)新洁尔灭杀菌率在开始作用时间内,基本保持在一个较高的水平上,从2h开始杀菌率出现略有下降,但仍保持在99%以上,20h后杀菌率迅速下降.因此,新洁尔灭溶液的最佳作用时间在20h以内,杀菌剂药效在这段时间里能够维持较高的水平.4种常用制剂对水中大肠菌群的影响辛辛板污水厂的二沉池出水在回用时,若用于工业循环冷却用水,大肠菌群的杀灭率必须在91.6%以上;若用于景观环境用水,大肠菌群的杀灭率必须在95.8%以上;若用于城市杂用水或地下水回灌用水,大肠菌群的杀灭率必须在99.9%以上,才能符合安全使用的要求.实验表明,次氯酸钠、过氧化氢和新洁尔灭3种杀菌剂对中水中的大肠菌群均有较好的杀灭和抑制作用,杀菌率均可达到98%以上.次氯酸钠和过氧化氢的最佳投加量为2.0mL/L左右,新洁尔灭的最佳投加量为8mL/L左右;次氯酸钠的持续时间较长,在20min到20h内杀菌率均保持在99%以上;过氧化氢见效时间最快,大约在5min左右就能起到较好的杀菌效果,但是持续的时间较短;新洁尔灭溶液杀菌作用时间也较长,药效持续时间可达20h,但药品投加量较大.经3种杀菌剂处理后的中水,对人体健康的