出　　自： 《中國(guó)給水排水》 1998年第4期第1頁(yè)
發(fā)表時(shí)間： ：1998-4

陳忠林；范潔；馬軍(哈爾濱建筑大學(xué))；田會(huì)君；張永樂(lè)(哈爾濱自來(lái)水公司)；李圭白(哈爾濱建筑大學(xué))

摘要：應(yīng)用Ames試驗(yàn)分析評(píng)價(jià)高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用新技術(shù)對(duì)低溫低濁時(shí)期松花江水中致突變物質(zhì)及其前驅(qū)物的去除和控制效果，探討了能有效去除和控制飲用水致突變活性的處理工藝。實(shí)驗(yàn)表明，該技術(shù)對(duì)受污染飲用水源中的致突變物質(zhì)及其前驅(qū)物有良好的去除和控制作用，充分發(fā)揮了高錳酸鉀和粉末活性炭?jī)煞N技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，從而保證了飲用水安全，顯示了該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于污染水源深度處理的良好前景及可行性。

關(guān)鍵詞：飲用水 高錳酸鉀 粉末活性炭 致突變物 深度處理

　　高錳酸鉀是一種強(qiáng)氧化劑，60年代初期就被用于去除水中的臭味和色度、抑制藻類的生長(zhǎng)，效果較好。80年代末，哈爾濱建筑大學(xué)的科研人員在研究中發(fā)現(xiàn)，高錳酸鉀有較好的去除污染水源中有機(jī)污染物和致突變物質(zhì) [3] 的作用，高錳酸鉀預(yù)氧化還有很好的助凝作用 [4] ，可以取代預(yù)氯化，有效地控制鹵仿生成量。另外，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，具有投資少、使用方便等特點(diǎn)。同樣，粉末活性炭處理也不需要增加特殊設(shè)備和大量設(shè)施方面的投資，適合于季節(jié)性高峰負(fù)荷污染水源的凈化 [5] 。因此，把高錳酸鉀預(yù)氧化與粉末活性炭吸附這兩種簡(jiǎn)便、易行的處理技術(shù)聯(lián)合起來(lái)應(yīng)用于受污染飲用水源的深度處理，通過(guò)前期的實(shí)驗(yàn)室研究表明其效果良好，現(xiàn)通過(guò)水廠的生產(chǎn)性試驗(yàn)，進(jìn)一步證實(shí)其除污染效果。
　　本文利用Ames試驗(yàn)，就高錳酸鉀與粉末活性炭對(duì)受污染水中的致突變物質(zhì)的去除與控制作用進(jìn)行分析研究。

1 試驗(yàn)研究方法

　　1.1 試驗(yàn)工藝與水源水質(zhì)
　　生產(chǎn)性試驗(yàn)的水廠位于H市區(qū)，原水取自松花江，水廠處理工藝流程是原水進(jìn)入水廠后投加聚合鋁混凝劑，經(jīng)管道混合、網(wǎng)格反應(yīng)、斜管(迷宮)沉淀，進(jìn)入無(wú)閥濾池，然后加氯消毒。試驗(yàn)過(guò)程中，先將高錳酸鉀配制成一定濃度的溶液后加入管道中混合，然后在網(wǎng)格反應(yīng)池中投加粉末活性炭。
試驗(yàn)階段處于松花江冬季冰封時(shí)期，原水水質(zhì)比較穩(wěn)定，水溫接近0 ℃，濁度十幾度，pH7.2～7.3，COD Mn 9～11mg/L，是松花江水污染較為嚴(yán)重、較難處理的時(shí)期。
　　1.2 水樣富集
　　由于地面水源中致突變物質(zhì)的含量相對(duì)較低，所以在進(jìn)行Ames試驗(yàn)前要對(duì)待測(cè)水樣進(jìn)行濃縮富集處理。目前，大孔合成樹(shù)脂吸附水中有機(jī)物的濃縮方法較為普遍，其中XAD系列樹(shù)脂因其比表面積大、吸附容量高而且回收率較好等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，本次試驗(yàn)就是采用XAD系列樹(shù)脂對(duì)水樣進(jìn)行富集。
　　1.3 致突變?cè)囼?yàn)
　　選用靈敏度較高的帶R因子的TA 98 和TA 100 菌株進(jìn)行致突變?cè)囼?yàn)。由于地面水中主要含有直接作用致突變物質(zhì)，因而在試驗(yàn)中均不加S 9 肝微粒體酶活化系統(tǒng)，以提高菌株對(duì)測(cè)定物的敏感性。實(shí)驗(yàn)菌株由美國(guó)加利弗尼亞大學(xué)Ames實(shí)驗(yàn)室提供，每次試驗(yàn)均經(jīng)菌株特性鑒定，完全符合要求。陰性對(duì)照物采用二甲基亞砜，陽(yáng)性對(duì)照物采用敵克松。每次試驗(yàn)設(shè)兩個(gè)平行樣，重復(fù)試驗(yàn)三次。以一定體積水樣(L)所引起的回復(fù)突變菌落數(shù)表示結(jié)果，回復(fù)突變菌落數(shù)等于或超過(guò)自發(fā)回復(fù)突變菌落數(shù)的2倍，并且具有劑量——反應(yīng)關(guān)系和重現(xiàn)性者判定為陽(yáng)性結(jié)果。為便于直觀判斷，試驗(yàn)結(jié)果以誘變指數(shù)(MR)表示，MR值為誘發(fā)回復(fù)突變菌落數(shù)與自發(fā)回復(fù)突變菌落數(shù)的比值，均以平均值計(jì)。MR值愈大說(shuō)明該被測(cè)樣品的致突變活性越高，MR≥2為陽(yáng)性結(jié)果。就被測(cè)水樣致突變活性而言，為獲得MR=2時(shí)所需水量愈大，則說(shuō)明該水樣中有機(jī)污染物的致突變活性愈低。

2 結(jié)果分析

　　表1中列出了應(yīng)用粉末活性炭及高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用去除受污染水源水中致突變物質(zhì)的分析結(jié)果。可以看出，松花江水的致突變活性，無(wú)論是對(duì)TA 98 菌株、還是TA 100 菌株均表現(xiàn)出良好的劑量——反應(yīng)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.993和0.997，這說(shuō)明此次試驗(yàn)處理的松花江原水中既存在直接移碼致突變物質(zhì)，也存在直接堿基置換致突變物質(zhì)。但是，從誘變指數(shù)變化來(lái)看，松花江原水對(duì)TA 98 菌株更為敏感，3L水即可達(dá)到陽(yáng)性，而對(duì)TA 100 菌株不夠敏感，在最大試驗(yàn)劑量條件下誘變指數(shù)仍然<2，沒(méi)有達(dá)到陽(yáng)性。因此，可以得出結(jié)論，松花江水中的致突變活性主要是由直接移碼致突變物質(zhì)所致。
　　松花江原水在經(jīng)過(guò)現(xiàn)行常規(guī)工藝處理后，濾后水中直接移碼致突變物質(zhì)含量有所減少，3L水已不再呈陽(yáng)性，只是到5L水時(shí)才表現(xiàn)出陽(yáng)性，且數(shù)值比原水3L時(shí)達(dá)到的數(shù)值要低。但是，對(duì)TA 100 菌株的敏感性卻較原水要強(qiáng)，誘變指數(shù)沒(méi)有降低反而有所上升，并表現(xiàn)出良好的劑量——反應(yīng)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.999，雖然上升幅度不是很大且仍呈陰性，但也說(shuō)明松花江原水中可能存在一定數(shù)量的致突變前驅(qū)物，在水處理過(guò)程中能夠轉(zhuǎn)變成致突變物質(zhì)，從而在一定程度上增加了濾后水的致突變活性。
　　在采用高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用處理時(shí)，其濾后水中的直接移碼致突變物質(zhì)較原水有較大幅度的降低，并明顯好于現(xiàn)行常規(guī)處理工藝處理的濾后水。5L水時(shí)仍表現(xiàn)為陰性，誘變指數(shù)為1.67，相當(dāng)于松花江原水1L水和現(xiàn)行常規(guī)處理工藝3L水的水平，只是在最大試驗(yàn)劑量(7L水)時(shí)才表現(xiàn)為陽(yáng)性，但誘變指數(shù)也很低，為2.09，比現(xiàn)行常規(guī)處理工藝5 L水和松花江原水3 L水時(shí)的誘變指數(shù)還要低。在最大試驗(yàn)劑量時(shí)，采用高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用處理的濾后水，其直接移碼致突變活性比松花江原水降低了56.4 %，直接堿基置換致突變活性也普遍下降且沒(méi)有劑量——反應(yīng)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)僅為0.286。以上結(jié)果表明，采用高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用處理，能夠有效地去除松花江原水中存在的致突變物質(zhì)及其前驅(qū)物質(zhì)，從而降低了處理后水的致突變活性，尤其對(duì)水中直接移碼致突變物質(zhì)具有很好的去除作用。 表1 高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用處理試驗(yàn)中各水樣的致突變活性比較(1)

　　注 R——?jiǎng)┝俊磻?yīng)關(guān)系的相關(guān)系數(shù) ——結(jié)果均值 SD——標(biāo)準(zhǔn)偏差
　　此外，試驗(yàn)中還考察了單獨(dú)投加粉末活性炭處理對(duì)松花江原水致突變活性的影響情況。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，單獨(dú)投加粉末活性炭也可以較好地去除松花江原水中的直接移碼致突變物質(zhì)，效果優(yōu)于現(xiàn)行常規(guī)處理工藝。其5L水仍然表現(xiàn)為陰性，誘變指數(shù)為1.97，比松花江原水3L水的誘變指數(shù)還要低26.5 %。在最大試驗(yàn)劑量時(shí)的誘變指數(shù)為2.37，表現(xiàn)出陽(yáng)性，但數(shù)值低于松花江原水3L水的誘變指數(shù)。對(duì)直接堿基置換致突變物質(zhì)的去除效果也好于現(xiàn)行常規(guī)處理，誘變指數(shù)普遍下降，而且對(duì)TA 100 菌株的劑量——反應(yīng)關(guān)系相關(guān)系數(shù)僅為0.572。這說(shuō)明單獨(dú)投加粉末活性炭可以部分去除水中的致突變物質(zhì)，處理產(chǎn)物的致突變活性也較低。
　　為了進(jìn)一步驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，采取高錳酸鉀及高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用方法對(duì)松花江水再次進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果列于表2?？梢钥闯觯@次試驗(yàn)期間松花江原水的致突變活性很高，對(duì)TA 98 菌株，1 L水即呈陽(yáng)性，最大試驗(yàn)劑量(7 L水)的誘變指數(shù)高達(dá)10.12，而且整個(gè)試驗(yàn)對(duì)TA 98 菌株均表現(xiàn)出良好的劑量——反應(yīng)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.997。同樣，松花江原水對(duì)TA 100 菌株也表現(xiàn)出較第一次試驗(yàn)時(shí)敏感，在最大試驗(yàn)劑量時(shí)的誘變指數(shù)達(dá)到了2.15，呈現(xiàn)出陽(yáng)性結(jié)果，并且還對(duì)TA 100 菌株表現(xiàn)出良好的劑量——反應(yīng)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.973。這說(shuō)明，松花江原水在此時(shí)期既含有較高濃度的直接移碼致突變物質(zhì)，也含有一些直接堿基置換致突變物質(zhì)，但以直接移碼致突變物質(zhì)為主。
　　此期間松花江原水經(jīng)過(guò)現(xiàn)行常規(guī)工藝處理，其濾后水無(wú)論是對(duì)TA 98 菌株、還是TA 100 菌株，誘變指數(shù)較原水不但沒(méi)有下降反而略有升高，另外原水對(duì)TA 98 菌株和TA 100 菌株均表現(xiàn)出良好的劑量——反應(yīng)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.988 和0.994。這說(shuō)明松花江原水中的確存在較多數(shù)量致突變的前驅(qū)物質(zhì)，在現(xiàn)行常規(guī)處理過(guò)程中轉(zhuǎn)化成新的致突變物，導(dǎo)致濾后水表現(xiàn)出較高的誘變指數(shù)。
　　表2 高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用處理試驗(yàn)中各水樣的致突變活性比較(2)

　　注 R——?jiǎng)┝俊磻?yīng)關(guān)系的相關(guān)系數(shù) ——結(jié)果均值 SD——標(biāo)準(zhǔn)偏差
　　當(dāng)向松花江原水中投加一定數(shù)量高錳酸鉀進(jìn)行氧化處理，發(fā)現(xiàn)濾后水的誘變指數(shù)較原水有較大幅度的降低，并且明顯好于現(xiàn)行常規(guī)工藝處理。對(duì)TA 98 菌株，5L水的誘變指數(shù)比原水3L水的誘變指數(shù)還要低，在此條件下水的誘變指數(shù)雖然呈現(xiàn)出陽(yáng)性，但與原水相比誘變指數(shù)下降了45.2%，與現(xiàn)行常規(guī)工藝處理相比誘變指數(shù)下降了44.6%。同樣，高錳酸鉀氧化處理對(duì)原水中直接堿基置換致突變物質(zhì)也表現(xiàn)出較好的去除作用，在最大試驗(yàn)劑量條件下，與原水相比誘變指數(shù)下降了30.2%，由陽(yáng)性變?yōu)殛幮?，并且?duì)TA 100 菌株劑量——反應(yīng)關(guān)系的相關(guān)系數(shù)也有所降低，為0.707 。這說(shuō)明高錳酸鉀的確可以有效地去除水中致突變物質(zhì)，并對(duì)水中致突變物質(zhì)的前驅(qū)物也有很好的去除作用。
　　再次采用高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用技術(shù)處理污染較重的松花江原水，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其處理的濾后水中的直接移碼致突變活性顯著下降，在最大試驗(yàn)劑量時(shí)的誘變指數(shù)僅為3.82，比原水和現(xiàn)行常規(guī)處理工藝3L水的誘變指數(shù)還要低，分別相當(dāng)于它們的65.1%和66.0%。若與最大試驗(yàn)劑量時(shí)原水和現(xiàn)行常規(guī)處理工藝濾后水的誘變指數(shù)相比，則分別相當(dāng)于它們的37.7%和33.8%，下降幅度分別達(dá)到了62 .3%和66.2%。同樣，高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用處理的濾后水對(duì)TA 100 菌株劑量——反應(yīng)關(guān)系的相關(guān)系數(shù)較低，僅為0.875，誘變指數(shù)均在2以下，呈現(xiàn)陰性，這說(shuō)明高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用對(duì)直接堿基置換致突變物質(zhì)同樣有較好的去除作用。在最大試驗(yàn)劑量條件下，誘變指數(shù)僅為1.27，與原水相比誘變指數(shù)下降了40.9%，這進(jìn)一步證實(shí)了第一次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，并充分說(shuō)明，高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用的確具有顯著去除水中致突變物質(zhì)及其前驅(qū)物的能力，是一種簡(jiǎn)便、有效的消除與控制水中致突變活性的水處理技術(shù)。
　　從以上兩組試驗(yàn)結(jié)果可知，高錳酸鉀、粉末活性炭單獨(dú)處理受污染水源水時(shí)，均可以在一定程度上良好地去除和控制污染水中的致突變物質(zhì)及其前驅(qū)物。這說(shuō)明受污染水源中一部分有機(jī)污染物能夠通過(guò)高錳酸鉀氧化去除，一部分則可以被高錳酸鉀與水中有機(jī)污染物氧化過(guò)程中的中間產(chǎn)物——水合二氧化錳吸附，還有一部分有機(jī)污染物可被在反應(yīng)過(guò)程中投加的粉末活性炭所吸附。而當(dāng)采用高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用處理后，去除水中致突變活性物質(zhì)的能力進(jìn)一步提高，這是因?yàn)?，除了兩種技術(shù)單獨(dú)具有除污染作用，高錳酸鉀預(yù)氧化可以改變水中某些有機(jī)污染物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使它們變得易于被后面投加的粉末活性炭吸附。由此可以得出結(jié)論，高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用對(duì)致突變 (上接第3頁(yè)) 物質(zhì)優(yōu)良的去除效果是高錳酸鉀與粉末活性炭協(xié)同作用的結(jié)果，不是簡(jiǎn)單的組合，高錳酸鉀氧化對(duì)粉末活性炭的吸附有某種程度的促進(jìn)作用。

3 結(jié)論

　?、?松花江水在不同時(shí)期，水中致突變物質(zhì)濃度有較大差別，但都具有較強(qiáng)的致突變活性，而且致突變物質(zhì)主要是直接移碼型致突變物質(zhì)。
　?、?現(xiàn)行常規(guī)處理工藝對(duì)受污染水源中的致突變物質(zhì)有一定的去除作用，但由于受污染水源中含有大量致突變物質(zhì)的前驅(qū)物，它們?cè)谒幚磉^(guò)程中產(chǎn)生許多新的致突變物質(zhì)，使得常規(guī)處理工藝濾后水經(jīng)常表現(xiàn)出比原水還高的致突變活性。
　?、?高錳酸鉀、粉末活性炭單獨(dú)使用都具有良好的除污染作用，它們的聯(lián)用處理則可以發(fā)揮協(xié)同作用，進(jìn)一步提高除污染效果，對(duì)受污染水源中的致突變物質(zhì)及其前驅(qū)物都具有顯著的去除能力。高錳酸鉀氧化對(duì)粉末活性炭的吸附有某種程度的促進(jìn)作用。
　?、?高錳酸鉀與粉末活性炭聯(lián)用處理是一種經(jīng)濟(jì)有效、簡(jiǎn)便易行的飲用水除污染方法，適合在我國(guó)推廣應(yīng)用。

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　　作者簡(jiǎn)介:陳忠林 工學(xué)博士 副教授
　　通訊處:150008 哈爾濱市南崗區(qū)海河路202號(hào) 哈爾濱建筑大學(xué)新區(qū)805信箱
　　(收稿日期 1998-01-19)