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消毒灭菌是饮用水处理工艺中的重要组成部分。而地表水富营养化现象日益加剧,导致水源地高藻频发,增加了饮用水常规氯消毒处理工艺的负担,严重威胁城市供水卫生安全。如何平衡饮用水微生物安全性与化学安全性,成为当前高藻饮用水消毒技术研究的重要内容。本文依托国家科技支撑计划项目“高藻水源地供水卫生保障羟基自由基氧化技术研发与示范”(NO.2013BAC06B00),针对厦门市重要水源地九龙江北溪流域水体,通过大气压强电离放电规模制备羟基自由基(·OH),建立了高藻饮用水·OH消毒灭菌处理工艺,开展了·OH对大肠杆菌的致死研究,考察了·OH和ClO2对水厂各工艺段出水的消毒灭菌效果,完成了·OH和ClO2对高藻饮用水消毒灭菌处理的中试对比研究。主要研究成果如下: (1)通过大气压强电离放电制备羟基自由基(·OH)溶液,研究了·OH对致病微生物大肠杆菌的致死效应。采用平皿计数法检测结果表明,·OH对3×105~106cfu/mL的大肠杆菌菌液的致死剂量为0.25~0.48mg/L,致死时间仅为1s。荧光染色结果显示,活体大肠杆菌可被双醋酸荧光素(Fluorescein Diacetate,FDA)染色发出绿色荧光、失活的大肠杆菌可被碘化丙啶(Propidium Iodide,PI)染色发出红色荧光。扫描电镜结果表明·OH对大肠杆菌致死前后有明显的结构形态变化。 (2)采集厦门市莲坂饮用水厂各工艺段出水样本,考察了·OH对原水、混凝沉淀出水、砂滤出水的消毒灭菌效果。结果表明,莲坂水厂的原水、混凝沉淀出水和砂滤出水的细菌总数依次为683、273和85cfu/mL,总大肠菌群依次为104、493和24MPN/L,当注入·OH溶液的总氧化剂TRO浓度依次为1.13、0.65和0.26mg/L时,水中总大肠菌群和细菌总数均未检出。为建立高藻饮用水·OH消毒灭菌处理工艺提供重要参考依据。 (3)通过构建高藻饮用水消毒灭菌工艺系统,以莲坂水厂蓄水池水源水为研究对象,完成了·OH和ClO2对高藻饮用水消毒灭菌处理的中试对比研究。结果表明,当系统调试混凝沉淀出水浑浊度小于3NTU、藻浓度为1.8×104cells/mL时,水中细菌总数为4.5×104cfu/mL、总大肠菌群为385MPN/100mL;当注入·OH溶液TRO浓度为0.88 mg/L、处理时间为9.8s时,未检出细菌和活藻;当注入ClO2溶液总氧化剂浓度(以Cl2计)为0.9mg/L、处理时间为10s时,细菌总数为36cfu/mL,总大肠菌群未检出,仍检出藻浓度8200cells/mL。与此同时,·OH消毒灭菌过程中,处理水水质指标均满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006),而ClO2消毒灭菌过程中,极易造成亚氯酸盐等消毒副产物的超标,增加饮用水安全风险。 综上所述,本文描述的高藻饮用水·OH消毒灭菌处理工艺,能够在短时间内实现藻类和致病微生物的同时杀灭,提供饮用水微生物安全与化学安全双重保障,为高藻爆发时的饮用水应急处理提供了重要技术支持。