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中环境保护工程
Environmental Protection Engineering
不同组合消毒方式对供水管腐蚀影响的研究进展
杜婷婷,张雅君,许萍2
(1.北京建筑大学环境与能源工程学院,北京10004;:2.北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部
重点试验室,北京100044)
摘要:通过总结分析国内外相关文献资料,重点介绍了紫外线和氯顺序消毒以及氯和氯胺顺序消毒对供水管腐蚀的影
响,这对减少管网腐蚀,延长管网使用寿命具有重要意义。笔者还对未来该领域的研究方向提出了建议。
关键词:供水管;组合消毒;铁释放;腐蚀细菌:腐蚀产物
中图分类号:TU91.25文献标志码:B文章编号:1009-7767(2016)01-0124-05
Research Progress of Pipe Corrosion Impact by Combined
Disinfection Methods
Du Tingting, Zhang Yajun, Xu Ping
供水系统的消毒要满足三大要求,一是要有足够为阴极),而金属表面裸露在水中(作为阳极),两者发
的灭活细菌的能力,使水质满足微生物质量标准的要生氧化还原反应,引发电化学腐蚀形成各种氧化物和
求:二是要保障消毒后管网内有剩余的消毒剂,以防氢氧化物。同时系统中还存在着徴生物腐蚀。由于氯
止微生物再生;三是要尽量减少消毒副产物的产生。消的杀菌作用,生物量及生物多样性必然减少。系统以电
毒剂的选用除了满足以上三大要求以外还要尽可能化学腐蚀为主,氯具有强氧化性可作为电子受体参与
减少管网腐蚀,延长管网使用寿命。由于各消毒剂均氧化还原反应,进而加快腐蚀速率,导致较多的铁释
具有优缺点,单一消毒剂很难同时达到以上目的,因此放。顺序使用紫外线和氯结合消毒、可以减少初始加
将它们顺序使用或者同时使用能够产生协同作用川。氯量?,从而降低电化学腐蚀速率,减少铁释放。
在此背景下组合消毒逐渐引起人们的关注。紫外线和Wang等8研究了顺序使用紫外线和氯结合消毒
氯顺序使用的组合消毒方式不仅能抑制微生物再生、与氯单独消毒对系统水质的影响,结果发现顺序使用
有效控制异养菌的生长,而且还能产生协同作用,更好紫外线和氯结合消毒在很大程度上减少了初始加氯
地维持饮用水分配系统中的生物稳定性2到。有学者列量,虽然二者在主休出水中总铁质量浓度的变化趋势
提出氯和氯胺组合消毒方式能有效去除和抑制饮用上相同,都是先增加再减少最终稳定在较小的值上。但
水系统中的细菌生物膜,达到更好的消毒效果。
是在初始阶段,紫外线和氯结合消毒出水中总铁质量
对于紫外线和氯、氯和氯胺组合消毒方式的研究浓度大于氯单独消毒出水中总铁质量浓度,可能的原
对消毒剂的选用有着很大的指导作用,对实现消毒剂因是微生物腐蚀作用,微生物会影响腐蚀速率及腐蚀
在满足三大要求的前提下,对管网产生较少的腐蚀作产物的成分,并且腐蚀产物和细菌之间的相互协同作
用,以延长管网使用寿命具有重要意义。
用可能会抑制铁释放,进而影响铁释放速率。
1两种组合消毒方式对铁释放的影响
当初始加氯量相同时,紫外线和氯结合消毒与氯
铁释放严重影响供水水质,并且影响管道使用寿单独消毒出水中总铁释放量基本相同,当初始加氯量
命。单独使用氯或者氯胺等消毒剂都会产生铁释放现不同时,二者出水中总铁释放量有很大不同叫。顺序使
象,使用紫外线和氯、氯和氯胺组合消毒方式对铁释用紫外线和氯结合消毒可以降低初始加氯量,从而降
放有一定的抑制作用。
低碳钢表面被氧化的几率,较氯单独消毒电子受体减
1.1紫外线和氯顺序消毒对铁释放的影响
少,即阴极反应减弱,阳极反应相应减弱,使得来自碳
加入氯消毒剂后,氯和溶解氧作为电子受体(作钢腐蚀的铁释放量减少。因此顺序使用紫外线和氯组
124卒故素2016No1Jan)Vol34
万方数
环境保工程日
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合消毒可以使水质更加稳定。
载体的氮还原细菌包括 Sphingomonas?、 Brucella,能
1.2氯和氯胺顺序消毒对铁释放的影响
产生铁载体的根瘤菌包括 Bradyrhizobium、 Rhizobium
氯的氧化性比氯胺强,一般认为氯消毒系统与氯和 Mesorhizobium18。紫外线和氯结合消毒时与铁的氧
胺消毒系统相比具有较强的氧化还原反应能力以及化还原相关的氮还原细菌的数量要多于单独使用氯
较高的溶解氧含量?。氯参与电化学反应的能力要比消毒时氮还原细菌的数量,氮还原细菌的数量与反硝
氯胺强,单独使用氯消毒可能会对碳钢表面产生较强化菌功能基因是一致的。从氮还原细菌的数量也可以看
烈的电化学腐蚀,因此采用氯消毒一段时间后加入氯出,紫外线预处理提高了腐蚀垢中生物膜反硝化菌的
胺替换氯,可在一定程度上减缓电化学腐蚀,减少铁优势。在硝酸根的质量浓度小于31mgL时,通过氮还
释放量。
原细菌 Dechloromonas和铁还原细菌 Ferribacteriuml?
Wang等?研究了氯和氯胺顺序消毒,其过程为先的新陈代谢作用引发二价铁和三价铁的循环,增加了
加氯消毒,97d后加入氯胺替代氯。与未加消毒剂相铁氧化物沉淀数量并形成Fe:O4进而提高了腐蚀垢的
比,刚加入氯消毒剂后出水中总铁质量浓度増加,这应稳定性,并且增加了氧的消耗量,起到抑制腐蚀的作
该与氯的强氧化性有关,氯和碳钢表面接触,发生较用。而单独使用氯消毒时能产牛铁载体的细菌较组合
强烈的氧化还原反应,电化学腐蚀加剧,从而使铁释消毒时多,主要依靠 Sphingomonas和 Brucella J产生和
放速率加快。当腐蚀产物在碳钢表面形成一层保护膜输出铁载体成为生物螯合剂捕获铁来抑制铁溶解和
后,电化学腐蚀在一定程度上被抑制,总铁释放速率铁腐蚀?。因此组合消毒对铁腐蚀抑制作用较强,铁
下降,出水中总铁质量浓度减少并最终稳定在某一水释放量较少,腐蚀速率较小。
平。当加入氯胺代替氯后,出水中总铁质量浓度迅速降2.1.2主体水及生物膜中铁腐蚀细菌对腐蚀的影响
低,相比同时间不加消毒剂时还要小。其原因可能是氯
有学者研究了再生水经紫外线和氯顺序消毒后
胺氧化性弱于氯,与氯相比电化学腐蚀程度降低,并且主体水及其生物膜细菌的变化情况,发现对腐蚀有影
加入氯胺代替氯后,氯胺与碳钢反应生成的腐蚀产物响的腐蚀细菌主要为铁氧化细菌S. salmone和
致密性更好,覆盖在碳钢表面,阻止铁释放。
A. defluvii及铁还原细菌 uncultured Rhodoferax sp2
2主体水及生物膜中腐蝕细茵对腐蚀的影响
和 uncultured Geobacter spl。组合消毒后系统中铁氧
供水系统中的大多数细菌附着在管材表面,腐蚀化细菌主要为A. defluvii. S. salmoneus消失,铁还原细
的铁管为微生物生长提供了更多的附着点,微生物在菌为 uncultured Rhodoferax sp和 uncultured Geobacter
管材上错综复杂的聚集结构称为生物膜"。微生物sp。氯单独消毒后系统中铁氧化细菌种类与组合消毒后
形成的生物膜能够从根本上改变固-液界面的电化学截然相反,A. defiuvii消失,而S. salmoneus依然存在,
反应条件,在一定程度上影响电化学反应,腐蚀在一且 uncultured Geobacter sp成为主要的铁还原细菌。采
定