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        淺談凈水器中亞硝酸鹽二次污染問題與對策

        發表時間:2017-06-12 13:24:49


        隨著經濟發展,科技進步,人們對生活水平的要求也越來越高,對健康生活也日益關注,而凈水器更是受到空前追捧。特別地,由于凈水器需要周期性的更換濾芯,可以說其是家電行業中唯一的持續消費行業,為此其引來了各大巨頭紛紛涉水,有媒體稱這是21世紀家電行業的最后一塊蛋糕。

        然而“凈水不凈”的問題一直困擾著各大凈水器廠商,繼細菌超標、二次污染等問題,在2014年又暴出某知名品牌凈水器出水亞硝酸鹽嚴重超標,那么,為什么凈水器進水中亞硝酸鹽含量符合國家標準,甚至完全檢測不出;而通過一些凈水器凈化后,凈化出水卻出現了亞硝酸鹽,有的含量甚至超標了呢?本文將著重就這個問題的形成機理、解決方法進行簡單的介紹。

         

        一.初談亞硝酸鹽的危害

        眾所周知,亞硝酸鹽具有致畸、致癌、致甲狀腺腫大等危害。大劑量的亞硝酸鹽能夠引起高鐵血紅蛋白癥,導致組織缺氧,還可使血管擴張血壓降低。人體攝入0.2克~0.5 克即可引起中毒,3克可致死。

        亞硝酸鹽使人體中毒有兩條途徑:

        1) 亞硝酸鹽為強氧化劑,進入人體后,可使血中低鐵血紅蛋白氧化成高鐵血紅蛋白,失去運氧的功能,致使組織缺氧,出現青紫而中毒,輕者頭昏、心悸、嘔吐、口舌青紫,重者神志不清、抽搐、呼吸急促,搶救不及時可危及生命。

        2) 亞硝酸鹽在人體內外與仲胺類作用形成亞硝胺類,其在人體內達到一定劑量時是致癌、致畸、致突變的物質,可嚴重危害人體健康。

         

        二.凈水中亞硝酸鹽二次污染形成的機理

           活性炭因其良好的吸附功效,其在凈水器中被廣泛使用。我們的數據采集顯示,凈水器出水亞硝酸含量的高低與活性炭的用量有顯著的關系。例如:常見大品牌的家用RO純水機在使用三個月后出水亞硝酸的含量通常為0.01mg/L左右,我們認為純水機有RO反滲透膜,亞硝酸鹽的產生應該是后置的T33所引起的,T33中的活性炭用量大體上為200余克。另一方面,近來被曝光的某知名品牌的凈水器出水中亞硝酸鹽的含量竟達到0.36mg/L,其活性炭濾芯的重量約700克。由此可看出,在當前普通技術水平條件下,凈水器出水亞硝酸鹽含量的高低與活性炭用量的多少有顯著的關系,那么其形成的具體機理又如何呢?

         

        1)生物氧化作用

        凈水器在使用一段時間后,由于活性炭吸附截留水中的有機質和雜菌等[1-2],活性炭濾芯或者顆粒表面會逐漸形成一層生物膜,成為細菌生長的“溫床”——培養基,水中蛋白性雜質在微生物作用下分解成肽、氨基酸等,最后形成氨,是為有機性氮素化合物逐漸分解成較簡單的無機性氮素化合物的氨化過程:

         肽酶

         

         蛋白酶

         

        蛋白質                  氨基酸 ......        

         

        亞硝酸鹽是氨轉化成硝酸鹽過程的中間產物,若水中有足夠的氧,在有亞硝化細菌和硝化細菌的作用下,氨繼續氧化分解成亞硝酸鹽和硝酸鹽,是一種氨的硝化過程,此過程分兩個階段完成:

         亞硝化細菌

         

        2NH4+ +3O2                        2NO2- + 2H2O + 4H+ (第一階段)

         硝化細菌

         

        2NO2- +O2                  2NO3(第二階段)

        2)反硝化作用

        當凈水器或者飲水機中的溶解氧(DO)不足時[2],厭氧菌中反硝化細菌通過反硝化作用將NO3- 轉化為NO2- ,亞硝化細菌比硝化細菌多而且占優勢,可使氨的硝化過程進行到第一階段為止,反之,當凈水器或者飲水機中的溶解氧(DO)較高時,硝化細菌即占優勢,反硝化細菌的生長即可受到抑制。

        據相關資料報導,炭吸附水中氨的硝化作用(第二階段)通常需要三個月才能完成,這樣,原水經活性炭濾芯后,游離性余氯被除去,一部分NH4+ 在微生物的作用下,轉化成亞硝酸,導致出水中亞硝酸鹽超標。

        3)還原作用

        另外,凈水器中的活性炭本身也是還原劑[3],在其還原作用下,可使水中的NO3- 轉化為NO2- 。

        在凈水器使用初期,活性炭表面還未形成生物膜,此時由于活性炭本身是強還原劑,在溶解氧(DO)不足時,水中的NO3- 轉化為NO2- ,導致水中亞硝酸鹽升高;當凈水器使用一段時間后,活性炭表面形成生物膜,此時生物氧化作用為主導,活性炭本身的還原作用已經十分微弱。

         

        三.解決凈水器亞硝酸鹽二次污染問題的對策

        通過上述分析我們可以看到,直接導致凈水設備出水亞硝酸鹽超標的原因是凈水器中使用大量的活性炭,在凈水器使用一段時間后吸附大量的有機物并滋生細菌,細菌通過一系列的微生物代謝活動,產生二次污染物----亞硝酸鹽[3]。

        就解決上述的問題來說,常換濾芯會是一種比較容易操作的辦法,但這也是治標不治本的方式。最直接的方式就是采用抗菌型活性炭濾芯,避免細菌在活性炭濾芯滋生,從根本上阻斷亞硝酸鹽的形成。同時,需要指出的是,要使凈水機長期不產生亞硝酸鹽二次污染物,那么抗菌型活性炭需要具有長效抗菌功能。試想,如果抗菌型活性炭只在使用初期具有抗菌抑菌功效,經水沖一段時間后抗菌抑菌功效消失了,那么時間一長,活性炭濾料同樣會滋生細菌,從而激活亞硝酸鹽的形成。

         

        參考文獻

        [1] 許建華.活性炭過濾水中的亞硝酸鹽濃度,建筑技術通訊(給水排水),1984(01):10-12.

        [2] 舒其霖,何冶.飲用水活性炭處理后的亞硝酸鹽,中國給水排水,1988(04):54-56.

        [3] 盛志輝.飲用水中亞硝酸鹽危害與對策,中國環境科學學會學術年會論文集,2009:857-858.

         

        關于銀嘉

            惠州市銀嘉環??萍加邢薰居梢慌鷩H資深教授專家創辦,以獨特科技社企模式運行,是一家供應抗菌凈水科技產品及解決方案的高新企業,位于大亞灣國家級經濟技術開發區科技創新園內。銀嘉以其獨特的“納鍍抗菌”專利技術,產業化了世界領先的抗菌陶瓷膜材料、長效型抗菌活性炭等一系列的抗菌凈水產品。銀嘉的科技產品受到了國際媒體的廣泛報道與贊許,包括新加坡聯合早報、海峽時報、亞洲新聞臺及惠州日報等。

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        作者簡介

            劉洪均博士,男,惠州市銀嘉環??萍加邢薰究偨浝?。發表論文25篇(包括:J. Am. Chem. Soc., Angew Chemi.等),被引用500余次,多年從事材料科學、藥物化學及水處理技術的研究,曾獲得世界未來發展基金會環境與可持續發展研究博士論文獎,新加坡國立大學理學院最佳研究生研究者獎,新加坡國立大學化學系最佳研究論文獎,第八屆開封市十佳杰出青年等獎勵與榮譽。



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