在供水系统中,饮用水杀菌消毒是必不可少的一项措施。当今最常用的氯消毒存在一定的局限性,即氯消毒过程中和天然有机物反应产生三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)等副产物[1].近年来,研究显示 ClO2和氯胺在消毒过程中也会产生大量的消毒副产物[2-3].紫外线和臭氧不具有杀菌持续性,且紫外线消毒设备投资较大、成本高,臭氧消毒也有产生副产物的风险。因此,杀菌可靠性高、效果好、不产生有毒有害副产物、管理安全性强、操作简单、经济适用、性质稳定,消毒后易于去除残留物等,成为优质消毒剂的特征,优质消毒剂的寻找意义深远。
植物多酚作为植物的次生代谢产物,储量丰富、来源绿色环保。大量科学研究表明,植物多酚具有抗氧化等多种生物活性和生理功能[4-8].其中植物多酚的广谱抗菌性(包括对丝状真菌、细菌、病毒的抑制),是其生物活性最重要的体现。通过对不同植物多酚提取物的研究发现,多种植物多酚均可以抑制微生物生长[9].
目前植物多酚的抑菌性多用于食品、医药等行业[10],在饮用水领域的研究尚处于实验室探索阶段[11-12].本文以 3 种常见的植物多酚,茶多酚、葡萄多酚和苹果多酚为研究对象,以自来水厂滤池出水为原水,同时参考水厂滤后水进行人工配水,比较 3 种植物多酚的消毒效果和消毒持续性,为寻找绿色天然消毒剂提供依据。
1 材料与方法
1.1 实验材料
茶多酚选自安徽省某茶叶生物碱厂,纯度为98%,淡黄色粉末;葡萄多酚选自青岛某生化科技有限公司,纯度为 98%,紫红色粉末;苹果多酚选自西安某生物技术有限公司,纯度为 75%,淡黄色粉末。
1.2 实验方法
1.2.1 原水的选择和配制
人工配水 1:考虑直接采用天然水体作为水源的应急场合,配制 1 号水体。通过向纯净水中加入化粪池上清液,配制细菌总数近天然水体的原水,细菌总数控制在 5~10 CFU/mL,pH 控制在 7.5~8.0,水温控制在 16~20 ℃[13].
人工配水 2:考虑水厂待消毒的滤后出水,配制2号水体。通过向纯净水中加入化粪池上清液,配制细菌总数与自来水厂滤池出水(消毒前)接近的原水,细菌总数控制在100~1 000 CFU/mL,pH 控制在 7.5~8.0,水温控制在 16~20 ℃[13].
自来水厂滤池出水:选择北京市某自来水厂滤池出水作为实验用水,该自来水厂原水为地下水和地表水的混合。滤池出水的细菌总数为195CFU/mL,水温为20 ℃,pH为7.8.
1.2.2 细菌总数的测定
实验中细菌总数的测定采用国家标准的平皿计数法,营养琼脂培养基(蛋白胨 10 g、牛肉膏 3 g、氯化钠 5 g、琼脂 10~20 g、蒸馏水 1 000 mL)进行培养。此测定方法所指的细菌总数是水样在一定条件下 (培养基成分、培养温度和时间、pH、需氧性质等)培养后所得 1 mL 水样所含菌落的总数。
1.2.3 植物多酚消毒效果对比实验
采用人工配水 1,通过静态实验,茶多酚、葡萄多酚和苹果多酚分别设定投加量 0.1、0.2、0.3 g/L,测试植物多酚与水样接触 20 min 和 480 min 后水中的细菌总数,以确定 2 种植物多酚在满足标准要求下的适宜投加量。
1.2.4 植物多酚消毒持续性实验
为防止供水管道内部及管壁中微生物大量滋生与繁殖,保证城市出厂水到达管网末梢时微生物学指标仍满足标准要求,通常需要消毒剂具有一定的杀菌持续性。基于上述原因,本研究对 3 种植物多酚进行消毒持续性实验。
人工配水消毒持续性实验:采用人工配水 2,将茶多酚、葡萄多酚和苹果多酚,分别以 0.1、0.2、0.3g/L 的投加量,进行接触时间 20 min、40 min、60min、1 d、2 d、3 d、4 d 的消毒效果实验,测试不同接触时间水中剩余细菌总数,分析植物多酚的消毒持续性,并初选植物多酚。
自来水厂滤池出水消毒持续性实验:选取较优的植物多酚作为消毒剂,用于北京市某自来水厂的过滤出水,采取投加量分别为 0.05、0.1、0.15、0.2、0.3g/L,测定接触时间为 20 min、40 min、60 min、1 d、2 d时植物多酚的消毒效果,分析其消毒持续性,进而确定应用于实际水厂消毒时的适宜投加量。
1.2.5 水质标准
地表水源经消毒工序处理后,出水应满足生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006)和城市供水水质标准(CJ/T 206-2005)的要求,即城镇供水的细菌总数不得超过 80 CFU/mL.本实验参照标准,以消毒后剩余细菌总数不超过 80 CFU/mL 为基准,评价3 种植物多酚的消毒效果。