電熱式飲水機(jī)水質(zhì)污染與清洗時(shí)限實(shí)驗(yàn)研究

郭婷婷，劉原慶

(1.濱州絲路能源環(huán)境檢測(cè)科技有限公司，山東 濱州 256600，2.濱州學(xué)院，山東 濱州 256603)

1 引言

普通電熱式飲水機(jī)長(zhǎng)期不清洗可能引發(fā)的健康風(fēng)險(xiǎn)主要為：①飲水機(jī)冷水管道及端口滋生大量細(xì)菌；②水垢的長(zhǎng)期積累會(huì)導(dǎo)致出水硬度、重金屬指標(biāo)升高；③單桶水飲用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，出水中的亞硝酸鹽含量會(huì)較高[1～5]。以上水質(zhì)的變化，會(huì)引發(fā)消化、泌尿系統(tǒng)相關(guān)疾病。本實(shí)驗(yàn)主要研究飲水機(jī)在單次清洗后的使用過(guò)程中，微生物指標(biāo)、硬度指標(biāo)、亞硝酸鹽指標(biāo)和重金屬指標(biāo)隨時(shí)間的變化規(guī)律，為確定飲水機(jī)合理的清洗時(shí)間提供數(shù)據(jù)支持。

2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

以辦公室飲用水機(jī)為對(duì)象，所用純凈水滿足《GB 17324—2003瓶(桶)裝飲用純凈水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 采樣方法

飲水機(jī)清洗前后，采集冷、熱兩個(gè)出水口水樣(1#和2#)進(jìn)行檢測(cè)；清洗后飲水機(jī)正常使用過(guò)程中，每周一、周四各取樣一次，持續(xù)56 d(表1)，期間共使用7桶純凈水，采集16個(gè)水樣(3#-18#)。

2.2.2 檢測(cè)方法

重金屬：X射線熒光光譜儀(XD-8000)；微生物數(shù)量：采用平板菌落計(jì)數(shù)法；硬度：EDTA絡(luò)合滴定法；亞硝酸鹽：采樣后立即測(cè)定，采用分光光度法。

2.3 數(shù)據(jù)處理

評(píng)定飲水機(jī)單一水質(zhì)狀況時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)線性擬合來(lái)預(yù)測(cè)水質(zhì)超標(biāo)的時(shí)間；綜合評(píng)定飲水機(jī)水質(zhì)時(shí)，考慮各指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重，采用層次分析法估算飲水機(jī)合理的清洗時(shí)限。

表1 采樣時(shí)間安排

3 結(jié)果與分析

3.1 冷水口出水細(xì)菌總數(shù)

由于熱水口出水溫度較高，故未測(cè)細(xì)菌總數(shù)，僅對(duì)18份冷水端口出水進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖1所示。

圖1 細(xì)菌總數(shù)增長(zhǎng)曲線

由圖1可知，冷水端口出水中細(xì)菌總數(shù)隨時(shí)間延長(zhǎng)整體呈線性增長(zhǎng)關(guān)系，在清洗后60 d內(nèi)，出水水質(zhì)基本符合國(guó)標(biāo)，但單桶純凈水飲用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)(如第42 d樣品，因假期飲用時(shí)間較長(zhǎng))，室內(nèi)含菌空氣就會(huì)隨著換氣的過(guò)程進(jìn)入桶內(nèi)造成微生物污染。另外，內(nèi)膽加熱也會(huì)使得冷水管水溫相對(duì)較高，適合細(xì)菌滋生，使出水中細(xì)菌總數(shù)增大。根據(jù)細(xì)菌總數(shù)增長(zhǎng)擬合方程y=0.3396x-0.084，在飲水機(jī)使用到第60 d時(shí)，預(yù)測(cè)冷水端口出水的細(xì)菌總數(shù)將超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(20 cfu/mL)(圖2)。

圖2 硬度變化曲線

3.2 熱水口出水硬度

對(duì)熱水端口出水硬度變化測(cè)定結(jié)果表明(圖2)：①清洗前飲水機(jī)熱水端口出水硬度高達(dá)32.6度，是國(guó)標(biāo)的1.6倍，其原因可能是桶裝水中含有的微量鈣、鎂離子在內(nèi)膽中被反復(fù)加熱，當(dāng)不用水或水流速度相對(duì)較小時(shí)，會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)生成微溶性碳酸鹽從水中析出，在加熱環(huán)表面沉淀形成水垢；但當(dāng)熱水端口用水時(shí)，內(nèi)膽內(nèi)水流速度會(huì)相對(duì)較大、水溫逐漸降低，此時(shí)已結(jié)晶沉淀的水垢會(huì)重新大量溶解，造成出水中硬度超標(biāo)；②一般而言，因每次取用熱水時(shí)間較短，CaCO3、MgCO3再次溶解的量小于沉淀量，內(nèi)膽結(jié)垢總體是正向積累。但隨內(nèi)膽沉積水垢量和沉積面積的增大，每次取水時(shí)溶解釋放CaCO3、MgCO3的作用面積也越大，使熱水端口出水的硬度相應(yīng)變大，因此隨著飲水機(jī)使用期延長(zhǎng)，出水硬度逐漸上升；③單桶水使用過(guò)程中，桶內(nèi)剩余水量較小時(shí)出水硬度顯著增大，原因可能為已沉積水垢往往由于水沸騰滾動(dòng)又被重新溶解，CaCO3、MgCO3等難容物質(zhì)在內(nèi)膽壁沉積和重新溶解存在動(dòng)態(tài)平衡。。

由硬度含量增長(zhǎng)曲線的擬合方程y=0.0705x-0.1346，可預(yù)測(cè)在飲水機(jī)清洗后第336 d時(shí)，熱水端口出水的硬度值將≥25度，超過(guò)國(guó)標(biāo)。

3.3 出水亞硝酸鹽

圖3 亞硝酸鹽含量增長(zhǎng)趨勢(shì)

由冷、熱端口曲線擬合方程y=0.0257x+0.7731、y=0.0325x+1.0829可知，在飲水機(jī)清洗后，預(yù)測(cè)第48 d冷水端口出水的亞硝酸鹽含量將超過(guò)國(guó)標(biāo)，第29 d熱水端口出水的亞硝酸鹽含量將超過(guò)國(guó)標(biāo)。

3.4 出水重金屬

飲水機(jī)內(nèi)膽長(zhǎng)期浸泡水中，內(nèi)膽不銹鋼材料中的Cr和Ni可能會(huì)隨著內(nèi)膽腐蝕進(jìn)入飲用水，長(zhǎng)期不清洗，會(huì)受到重金屬的污染。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，飲水機(jī)清洗前，熱水端口采集的水樣中Cr、Ni、Pb和Fe的含量分別為0.02 mg/L、0.05 mg/L、0.06 mg/L、1.2 mg/L，是國(guó)標(biāo)上限值的2倍、5倍、6倍、20倍。清洗后，熱水端口出水的水樣中重金屬含量急劇降低，達(dá)到國(guó)標(biāo)要求。隨著飲水機(jī)使用期延長(zhǎng)，Pb、Cr、Ni含量緩慢增長(zhǎng)(圖4)，而Fe含量增長(zhǎng)迅速(圖5)。

圖4 Pb、Cr、Ni含量增長(zhǎng)趨勢(shì)

這可能與溶解析出的重金屬與已沉積的水垢相結(jié)合，并附著在飲水機(jī)內(nèi)膽壁上有關(guān)。當(dāng)取用內(nèi)膽中熱水時(shí)，由于內(nèi)膽水流流速的加大，已沉淀的水垢及與水垢相結(jié)合的重金屬會(huì)再次溶解釋放。根據(jù)Pb、Cr、Ni、Fe各自擬合方程y=0.0133x+0.3969、y=0.0883x+0.2072、y=0.1502x-0.1382、y=1.606x-0.839，預(yù)測(cè)在第722 d、111 d、68 d、38 d，各自含量將再次超標(biāo)。

3.5 飲水機(jī)合理清洗時(shí)限的評(píng)定

為綜合評(píng)定飲水機(jī)合理清洗時(shí)限，采用層次分析法對(duì)細(xì)菌總數(shù)、硬度、亞硝酸鹽、Cr、Ni、Fe等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。首先，根據(jù)各指標(biāo)對(duì)人體危害程度的大小，根據(jù)Saaty提出的相對(duì)尺度，確定相對(duì)權(quán)重，然后，根據(jù)各指標(biāo)的增長(zhǎng)變化規(guī)律相互比較，綜合評(píng)定飲水機(jī)的清洗時(shí)限。結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，按照預(yù)先規(guī)定的各指標(biāo)的超標(biāo)時(shí)限和相對(duì)權(quán)重，確定飲水機(jī)建議清洗時(shí)限為77 d。

在對(duì)各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行賦值過(guò)程中，還應(yīng)考慮服務(wù)人群，如兒童或老年人為主的群體，對(duì)細(xì)菌總數(shù)的相對(duì)權(quán)重就應(yīng)該有所偏大，從而適當(dāng)調(diào)整清洗時(shí)限。

圖5 Fe金屬含量增長(zhǎng)趨勢(shì)

表2 飲水機(jī)清洗時(shí)限評(píng)定

4 結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，飲水機(jī)長(zhǎng)時(shí)間不清洗，出水中各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)值會(huì)超標(biāo)；飲水機(jī)清洗后，隨使用時(shí)間延長(zhǎng)，細(xì)菌總數(shù)、硬度、亞硝酸鹽含量、Cr、Ni、Fe的含量將分別在第60 d、336 d、48 d、29 d、111 d、68 d、38 d后再次達(dá)到國(guó)標(biāo)上限；單桶水使用過(guò)程中，細(xì)菌總數(shù)、硬度、亞硝酸鹽指標(biāo)會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，飲用的時(shí)間越長(zhǎng)，水體的二次污染就越嚴(yán)重，宜控制在1周內(nèi)飲用完；采用層次分析法，根據(jù)確定的各因素相對(duì)權(quán)重，確定飲水機(jī)合理的清洗時(shí)限為77 d。