单过硫酸氢钾复合粉用于饮用水消毒的效果研究

单过硫酸氢钾复合粉用于饮用水消毒的效果研究

敖秀玮1，李豪杰1，刘文君1*，余京儒2

（1. 清华大学环境学院，北京 100084；2. 成都润兴消毒药业有限公司，

四川成都610100）

摘要:通过悬液杀菌试验和实际水样杀菌试验，研究了新型消毒剂单过硫酸氢钾复合粉的消毒效果。同时，就该消毒剂对常见金属的腐蚀性和其有效成分的持久性进行研究。试验结果表明，单过硫酸氢钾复合粉投加剂量达到1mg/L以上时，对大肠杆菌有明显的杀灭作用。该消毒剂在本研究中的试验条件下对枯草芽孢杆菌的芽孢悬液无杀灭作用。该消毒剂对实际水样的消毒效果较好，对于田村山水厂活性炭池出水，投加剂量达到1mg/L时，HPC 计数低于500CFU/mL。另外，复合粉溶液对常见金属和给水管材基本无腐蚀或者呈中度腐蚀，溶液中的有效成分具有较强的持久性。

关键词:单过硫酸氢钾；消毒；腐蚀性；持久性

Study on the disinfection efficacy of potassium monopersulfate

compound during drinking water disinfection process

Xiuwei Ao1, Haojie Li1, Wenjun Liu1, Jingru Yu2

(1.School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084; 2. Chengdu Rosun

Disinfection Pharmaceuticals Co., Ltd., Sichuan Chengdu 610100)

Abstract: To evaluate the disinfection efficacy of potassium monopersulfate compound during drinking water disinfection process, suspension quantitative germicidal test and real water disinfection test were used to carry out laboratory observation. The corrosive action on common metals and the active ingredients stability of potassium monopersulfate compound as a disinfectant were also evaluated. The results showed that potassium monopersulfate compound demonstrated bactericidal activity against Escherichia coli at disinfectant dosage greater than 1 mg/L and it had no efficacy in killing Bacillus subtilis var. niger at tested conditions. The potassium monopersulfate compound presented good efficacy for real water disinfection. When the disinfectant dosage was 1mg/L, the HPC value for effluent of GAC in Beijing Tiancuishan Drinking Water Plant was lower than 500 CFU/mL. In addition, its solution was not corrosive to moderately corrosive to common metals and drinking water supply pipe materials. The active ingredients of potassium monopersulfate compound also showed strong stability. Key words:potassium monopersulfate compound; disinfection; corrosive action; stability

0引言

消毒是饮用水处理工艺中的重要一环，确保了饮用水的卫生与安全。目前饮用水处理中主要的消毒工艺包括氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒和紫外消毒等

[1]

。传统的氯消毒所产生的消毒副产物问题已受到广泛关注，而二氧化氯和臭氧

作为消毒剂使用时，也有产生副产物的风险。另外，紫外消毒工艺则难以保持持续的杀菌能力。

单过硫酸氢钾复合粉（Oxone ，2KHSO 5·KHSO 4·K 2SO 4）是一种新型消毒剂，具有较强的氧化能力，其中单过硫酸氢钾（KHSO 5，Peroxymonosulfate ，简称PMS ）是复合粉的活性成分和氧化势能的来源[2]。单过硫酸氢钾复合粉在水中可释放多种高能量、高活性的小分子自由基、新生态氧和活性氧等过氧化氢衍生物，并可形成微量次氯酸[3]，对多种致病微生物具有杀灭作用[4-6]。本文通过试验对单过硫酸氢钾复合粉用于饮用水消毒的效果和消毒剂的持久性及对金属的腐蚀性进行研究。 1材料和方法 1.1 试验方法

以评价饮用水消毒剂的指示菌大肠杆菌（8099）和枯草芽孢杆菌黑色变种（ATCC9372）作为试验菌株进行悬液定量杀菌试验。将制备的细菌及芽孢悬液进行活菌计数，用磷酸盐缓冲液（PBS ）将试验菌悬液稀释至浓度为107~108CFU/mL。取无菌试管，先加入0.5mL 试验用菌液，再加入测试浓度消毒剂溶液4.5mL ，迅速混匀并即刻记时。待试验菌液与消毒剂相互作用至各预定时间，分别移取1mL 试验菌悬液与消毒剂混合液加入9mL 经灭菌的中和剂（1%硫代硫酸钠溶液）中，混匀，作用10min 后，移取样液按照普通营养琼脂倾注法测定存活菌落数。

以北京田村山净水厂原水和活性炭池出水作为试验用水进行实际水样消毒试验。取水样100mL 置于锥形瓶中，加入不同浓度的消毒剂，迅速混匀并计时，作用30 min后加入中和剂。通过异养菌平板计数法（HPC ），对其细菌总数进行计数。对于HPC 计数，本试验中使用的培养基为R2A 培养基。

取包括常用给水管网管材在内的几类金属挂片，采用失重法评价单过硫酸氢钾复合粉对金属材料的腐蚀性。具体方法为：金属挂片去油洗净并打磨去除氧化层，测量挂片尺寸后再脱脂干燥并称重。按照最高使用浓度（试验中为2mg/L）配制试验用消毒剂，每一挂片悬挂浸泡于300mL 消毒剂中72h 。浸泡结束后，去除腐蚀产物，干燥后称重，并设置平行组和空白对照组。

采用烧杯试验，分别配制0.1、0.5、1、2mg/L复合粉溶液，密封避光保存，每小时测定消毒剂溶液中活性氧含量，用以评价消毒剂的持久性。 1.2 试验材料

单过硫酸氢钾复合粉，由成都润兴消毒药业有限公司提供；

受试菌种大肠杆菌（8099）及枯草芽孢杆菌黑色变种（ATCC9372），购自中国普通微生物菌种保藏管理中心；

中和剂：1%硫代硫酸钠溶液，由磷酸盐缓冲液（PBS ，0.03mol/L，pH7.2）稀释，灭菌；

培养基：营养肉汤；普通营养琼脂；R2A 培养基；

金属挂片：材质包括碳钢A3、黄铜H62、铝LY12、不锈钢321、一级灰口铸铁和球墨铸铁，尺寸约为50mm×25mm×2mm ，穿一个3.7mm 左右的小孔，表面积约为28cm 2，光洁度为6；

便携式活性氧测试仪，由深圳清时捷公司提供； 烧杯、砂纸、天平等。 2 试验结果与讨论 2.1 消毒剂的消毒效果 2.1.1 悬液定量杀菌试验

采用单过硫酸氢钾复合粉配制消毒剂溶液，考察不同投加剂量的消毒剂对约为1~5×108CFU/mL的大肠杆菌（8099）菌悬液在不同作用时间下的杀灭效果，试验结果见表1。

表1 单过硫酸氢钾复合粉对大肠杆菌的杀菌效果

对照组平均菌悬液浓度

(CFU/mL)

3.91×108

消毒剂剂

量（mg/L）

5min

0.1 0.3 0.5 1.0 2.0

16.42 22.39 21.34 89.25 99.57

不同作用时间的杀菌率（％）

10min —— —— 26.52 88.83 99.52

15min 14.08 23.94 28.17 89.03 99.98

30min 16.88 22.08 28.38 95.06 99.99

由表1试验结果可知，消毒剂剂量在0.1～0.5mg/L范围内时，其对大肠杆菌的灭活不明显，当投加剂量达到1mg/L以上后，灭活效果明显。消毒剂剂量为2.0mg/L时，可杀灭>99%的大肠杆菌。另外，当消毒剂剂量在0.5～2.0mg/L时，随着作用时间的延长，杀菌率也随之增大。在使用2.0mg/L 消毒剂作用30min 时，单过硫酸氢钾复合粉对大肠杆菌的杀菌率可以达到99.99%。

依照《消毒技术规范》（2002）的方法培养枯草芽孢杆菌黑色变种（ATCC9372）7天，得到芽孢浓度约为107CFU/mL的悬液，分别投加剂量为0.1、0.3、0.5、1.0、2.0 mg/L的单过硫酸氢钾复合粉，对芽孢悬液进行杀灭试验。

表2 单过硫酸氢钾复合粉对大肠杆菌的杀菌效果

对照组平均菌悬液

浓度(CFU/mL)

4.04×107

消毒剂剂量

（mg/L）

0.1 0.3 0.5 1.0 2.0

不同作用时间的杀菌率（％） 5min —— —— —— —— ——

10min —— —— —— —— ——

从试验结果可以看出，单过硫酸氢钾复合粉在本试验中的剂量和时间条件下，

对枯草芽孢杆菌黑色变种的芽孢悬液均没有灭活作用。 2.1.2 实际水样消毒试验

以田村山净水厂原水作为受试水样，原水的HPC 计数约为8000CFU/ml，在此水样中投加不同剂量的复合粉, 消毒30 min 后, 剩余存活细菌HPC 计数及去除率如图1所示。

图1 单过硫酸氢钾复合粉对原水的消毒效果

原水中所含细菌数量较大，消毒剂剂量在0.1、0.3和0.5mg/L时，对水中细菌的灭火效果较差。消毒剂对细菌的去除率随着消毒剂剂量的增大而提高，当投加剂量达到1.0mg/L时，去除率可达80%左右。

同样以活性炭池出水作为受试水样，测得炭后出水的HPC 计数约为1600CFU/ml，投加不同剂量的单过硫酸氢钾复合粉作用30min 后，剩余细菌数的HPC 计数及去除率结果见图2。

图2 单过硫酸氢钾复合粉对炭后水的消毒效果

对于炭后出水，消毒剂剂量在0.1～0.5mg/L范围内去除率仍然较低。当消毒剂剂量达到1mg/L时，水中细菌的HPC 计数小于500CFU/mL，满足了USEPA

饮用水水质标准中对HPC 所规定的要求。 2.2 消毒剂对金属的腐蚀性

消毒剂在使用中需要确定其对金属的腐蚀程度。研究中采用的失重法以金属腐蚀速率R 来表征腐蚀程度，其计算公式为：

8.76⨯107⨯(m -m t -m k )

R =

S ⨯t ⨯d

上式中，R 为腐蚀速率，mm/a（毫米/年）；m 为试验前金属片重量，g ；m t 为试验后金属片重量，g ；m k 为化学处理去除腐蚀产物样片失重值，g ，试验中未进行化学清除处理者，计算时在公式中删去m k 值；S 为金属片的表面积总值，cm 2；t 为试验时间，h ；d 为金属材料密度，kg/m3。根据《消毒技术规范》（2002），金属腐蚀性的分级判定标准见表3。

表3 金属腐蚀性分级判定标准

腐蚀速率R （mm/a）

0.0100～

≥1.00

级别 基本无腐蚀 轻度腐蚀 中度腐蚀 重度腐蚀

对不同种类金属挂片进行试验并称重，根据上述公式计算不同金属在单过硫酸氢钾复合粉溶液中的腐蚀速率，计算结果和腐蚀程度分级结果如表4所示。

表4 单过硫酸氢钾复合粉对不同金属的腐蚀性 材料 黄铜H62

铝LY12 不锈钢321 碳钢 A3 铝LY12 球墨铸铁

腐蚀速率R （mm/a）

0.004 0.001 0.0005 0.32 0.28 0.24

腐蚀性分级 基本无腐蚀 基本无腐蚀 基本无腐蚀 中度腐蚀 中度腐蚀 中度腐蚀

试验结果表明，单过硫酸氢钾复合粉溶液对黄铜、铝和不锈钢基本无腐蚀，对碳钢及常用的给水管材灰口铸铁、球磨铸铁的腐蚀程度为中度腐蚀。 2.3 消毒剂的持久性

消毒剂需要有持续性的杀菌作用，保证在管网中有足够的余量。试验对不同浓度单过硫酸氢钾复合粉溶液中的活性氧含量进行连续测试，结果见图3。

图3 单过硫酸氢钾复合粉溶液中活性氧含量随时间的变化

由图3可知，单过硫酸氢钾复合粉溶液中有效成分活性氧的含量随着时间变化逐渐降低。复合粉溶液浓度分别在2.0mg/L、1.0mg/L、0.5mg/L和0.1mg/L时的变化趋势相似，84h （3.5d ）后活性氧含量均衰减至起始浓度的50%左右。复合粉的有效成分持久性较强，可以较好地起到持续杀菌的作用。 3 结论

（1）单过硫酸氢钾复合粉在投加剂量达到1mg/L以上时，对大肠杆菌有明显的杀灭作用。当投加剂量为2mg/L，作用时间30min 时，对大肠杆菌的灭菌率可以达到99.99%。单过硫酸氢钾复合粉在本试验中的条件下，对枯草芽孢黑色变种的芽孢悬液未见杀灭作用。

（2）单过硫酸氢钾复合粉对实际水样的消毒效果良好，对于田村山水厂活性炭池出水而言，消毒剂剂量达到1mg/L时，HPC 计数低于500CFU/mL，满足了USEPA 饮用水水质标准中对水中HPC 所规定的要求。

（3）单过硫酸氢钾复合粉溶液在本试验条件下，对黄铜、铝和不锈钢基本无腐蚀，对碳钢及常用的给水管材灰口铸铁、球磨铸铁呈中度腐蚀。

（4）该消毒剂水溶液中有效成分的持久性强，可以起到持续杀菌的作用。

参考文献

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