侯立安，左莉

（第二炮兵工程設(shè)計(jì)研究所，北京 100011）

　　摘  要：本文研究了納濾－超濾組合工藝對(duì)生化污染水的凈化效果，以類(lèi)炭疽桿菌及其繁殖體和三類(lèi)常見(jiàn)化學(xué)毒劑模擬沾染水為研究對(duì)象，采用了消毒－超濾－納濾的處理流程，并分段對(duì)生化污染水的凈化效果進(jìn)行了考察，結(jié)果表明，該工藝能有效去除水中的生物、化學(xué)毒劑，出水中各類(lèi)物質(zhì)濃度滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　關(guān)鍵詞：水處理；納濾；生化戰(zhàn)劑；生物毒劑

　　1 引言

　　當(dāng)“9.11”恐怖事件的陰霾尚未揮去之際，接二連三的炭疽桿菌事件，又給美國(guó)帶來(lái)了新一輪的社會(huì)恐慌，甚至使日本人回想起了東京地鐵沙林事件的噩夢(mèng)?；厥走^(guò)去，再看看現(xiàn)在：一系列高傷亡率的恐怖分子襲擊事件引起了全世界各國(guó)政府和民眾越來(lái)越多的注意，關(guān)注的焦點(diǎn)集中在恐怖分子手中擁有的生化武器對(duì)人民可能造成的傷害。水是自然界中化學(xué)物質(zhì)遷移、循環(huán)的重要介質(zhì)，一旦發(fā)生大面積沾染，將導(dǎo)致意想不到的嚴(yán)重后果，因此，也是恐怖分子很有可能施毒的對(duì)象。

　　膜分離技術(shù)處理飲用水是當(dāng)代重大技術(shù)突破，本文以化學(xué)戰(zhàn)劑和類(lèi)炭疽桿菌污染水為研究對(duì)象，采用消毒和納濾膜凈化工藝，檢驗(yàn)對(duì)水中生化戰(zhàn)劑的去除效果。為一旦發(fā)生沾染后仍可獲得安全、優(yōu)質(zhì)的飲水提供實(shí)用技術(shù)和裝備。

　　2 試驗(yàn)方法

　　2.1 主要儀器與試劑

　　(1) 三類(lèi)軍用毒劑：HD（芥子氣）、GB（梭曼）、VX（維?？怂梗兌取?0%

　　(2) 試驗(yàn)菌株：類(lèi)炭疽桿菌（AMMS8008），分別以其繁殖體與芽孢懸液進(jìn)行試驗(yàn)

　　(3) 三合二水溶液

　　(4) 中和劑：含0.5%硫代硫酸鈉和0.5%吐溫80的磷酸鹽緩沖液

　　(5) 真空抽濾設(shè)備

　　(6) 營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基

　　(7) 碘化鉀：分析純

　　(8) T-135試劑

　　(9) 冰醋酸：分析純

　　(10) 鄰聯(lián)甲苯胺溶液

　　(11) 721分光光度計(jì)，其余略。

　　2.2 試驗(yàn)方法

　?、倩瘜W(xué)毒劑染毒水的配制

　　在一容器中注入10 L自來(lái)水，在不斷攪拌條件下滴入試驗(yàn)用的一種毒劑，配成指標(biāo)規(guī)定的染毒水，消毒液量依據(jù)防化研究院三所對(duì)不同種類(lèi)毒劑染毒水中投入活性氯的優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果和當(dāng)天測(cè)得的三合二溶液有效氯濃度換算出的體積數(shù)投入。每種染毒水規(guī)定的毒劑濃度及消毒液相應(yīng)的投入量見(jiàn)表1。

表1  染毒水配制濃度及消毒劑投入量

　　根據(jù)納濾裝置的流量（20 L/h），染毒水每30分鐘配制一次，投入消毒液并接觸18 min后進(jìn)行凈化試驗(yàn)。每種毒劑試驗(yàn)結(jié)束后換成另一種毒劑試驗(yàn)時(shí)不更換其它材料。每2小時(shí)采投氯18 min后的水樣及過(guò)納濾膜后的水樣（凈水及濃水），分別測(cè)定水中殘余毒劑濃度、余氯及pH值。

　?、陬?lèi)炭疽桿菌染毒水樣的配制

　　人工染菌水樣的配制：在試驗(yàn)用水箱中加入50 L自來(lái)水，同時(shí)加入0.5%的硫代硫酸1 mL，以中和自來(lái)水中的殘余氯。將類(lèi)炭疽桿菌懸液或新鮮繁殖體懸液加至水箱中，混勻，使其含菌量為10000 ~ 50 000 cfu/100mL。

　　試驗(yàn)體系中消毒劑濃度（以有效氯計(jì)）分別為25、50、100 mg/L。作用時(shí)間為5、10和20 min。起始菌量：類(lèi)炭疽桿菌繁殖體為1250 000 cfu/mL，類(lèi)炭疽炭疽芽孢為720 000 cfu/mL，中和劑為含有0.5%硫代硫酸鈉和0.5%吐溫80的磷酸鹽緩沖溶液。

　　2.3 試驗(yàn)裝置

　　試驗(yàn)裝置如圖1所示，該裝置由4個(gè)部分組成：染毒水、超濾系統(tǒng)、納濾系統(tǒng)。

圖1  試驗(yàn)裝置流程圖

　　其中超濾膜由天津生產(chǎn)，材質(zhì)為PAN（聚丙烯腈），型號(hào)為GW350，處理水量20 L/h。超濾膜用于去除水中的膠體及各類(lèi)大分子。原水經(jīng)過(guò)超濾處理后可完全滿足納濾膜的進(jìn)水水質(zhì)要求，安全的進(jìn)入膜處理階段。

　　納濾膜由美國(guó)生產(chǎn)，材質(zhì)為PA（芳香聚酰胺），型號(hào)為N2020，處理水量3 ~ 5 L/h。它是90年代開(kāi)始繼典型的反滲透復(fù)合膜之后開(kāi)發(fā)出來(lái)的，對(duì)NaCl的脫除率在90%以下，納濾膜主要去除直徑為10^-9 m左右的溶質(zhì)粒子，截留分子量為100 ~ 1000。在本流程中，納濾膜用于脫除水中大部分的無(wú)機(jī)鹽，氨基酸、BOD、COD、水中的細(xì)菌、病毒、部分鹽類(lèi)及化學(xué)毒劑。

　　3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

　　3.1 HD凈化30小時(shí)水樣測(cè)試結(jié)果

　　HD凈化30小時(shí)（600 L）水樣測(cè)試結(jié)果（每2小時(shí)進(jìn)行分析測(cè)試）見(jiàn)表2。

表2  HD凈化前后水樣分析測(cè)試結(jié)果

　　3.2 GB凈化30小時(shí)水樣測(cè)試結(jié)果

　　GB凈化30小時(shí)（600升水）水樣測(cè)試結(jié)果（每2小時(shí)進(jìn)行分析測(cè)試）見(jiàn)表3。

表3  GD凈化前后水樣分析測(cè)試結(jié)果

　　3.3 VX凈化30小時(shí)水樣測(cè)試結(jié)果

　　VX凈化30小時(shí)（600 L）水樣測(cè)試結(jié)果（每2小時(shí)進(jìn)行分析測(cè)試）見(jiàn)表4。

表4  VX凈化前后水樣分析測(cè)試結(jié)果

　　3.4 生物毒劑的去除效果

　?、偃隙南拘Ч?/P>

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，在人工染菌水樣為27 000 ~ 33 000 cfu/100mL條件下，用納濾工藝對(duì)人工染菌水樣進(jìn)行過(guò)濾除菌，效果如下。

　?、趯?duì)細(xì)菌繁殖體的過(guò)濾效果

　　經(jīng)過(guò)第一次超濾后的平均除菌率為89.70%；第二級(jí)的平均除菌率為48.78%，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5  凈水裝置各處理單元對(duì)類(lèi)炭疽桿菌繁殖體去除效果

　　注：表中為三次試驗(yàn)的平均結(jié)果，陰性對(duì)照組菌數(shù)0cfu/mL。

　?、蹖?duì)類(lèi)炭疽桿菌芽孢的除菌效果

　　該工藝各級(jí)對(duì)細(xì)菌的除菌效果見(jiàn)表6。結(jié)果表明，超濾、納濾對(duì)細(xì)菌均有一定的去除效果。

表6  凈水裝置各處理單元對(duì)類(lèi)炭疽桿菌芽孢的過(guò)濾除菌效果

　　注：表中為三次試驗(yàn)的平均結(jié)果，陰性對(duì)照組菌數(shù)0cfu/mL。

　?、苋隙炯蛹{濾凈水裝置消毒除菌效果

　　試驗(yàn)表明：在初始水樣中，類(lèi)炭疽桿菌繁殖體含量為82 000 cfu/100mL，類(lèi)炭疽桿菌芽孢含量為58 000 cfu/100mL時(shí)，先加入三合二消毒劑，使其在水中有效氯濃度為50 mg/L，作用20 min后，開(kāi)啟凈水裝置，經(jīng)凈化后，所有各級(jí)試驗(yàn)均不再檢出試驗(yàn)菌。結(jié)果見(jiàn)表7。

表7  三合二加凈水裝置消毒除菌效果

　　4 結(jié)論

　　從表2、3和4中可以得出三種染毒水分別經(jīng)過(guò)30小時(shí)凈化試驗(yàn)后凈水分析結(jié)果全部低于指標(biāo)限量值，其中，HD濃度為0.5 mg/L，VX濃度為0.0005 mg/L，HB濃度為0.0002 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于GJB651－89中規(guī)定HD 1.5 mg/L，VX 0.01 mg/L，HB 0.07 mg/L的限值。

　　在水樣的含菌量為27 000 ~ 33 000 cfu/100mL條件下，對(duì)類(lèi)炭疽桿菌繁殖體的平均除菌率分別為：?jiǎn)渭兊谝患?jí)超濾的除菌率為89.70%，單純第二級(jí)的除菌率為48.78%。

　　從而得出：超濾－納濾工藝對(duì)污染水中的生化毒劑有較好的凈化效果。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 陳向明, 等. 優(yōu)質(zhì)飲用水深度處理技術(shù)探討. 給水排水, 2001, 25(207): 1-5.

　　[2] Marcel Mulder 著, 李琳譯. 膜技術(shù)基本原理(第二版). 清華大學(xué)出版社, 1999. 7.

　　[3] Paul Fu, Hector Ruiz et al. A pilot study on groundwater natural organics removal by low-pressure membranes. Desalination. 1995, 102: 47.