溫度及鈣離子對生物膜生成效應與水中消毒副產物前質貢獻之研究

Abstract

"為了確保飲用水水質安全，在水處理的過程中加氯消毒是必要的步驟。然而在這同時，氯也會和水中的天然有機質、水中的微生物以及所生成的生物膜反應進而生成消毒副產物。這些消毒副產物會對人體健康造成負面效應。 過去的研究顯示水溫以及水中的硬度，其中尤其是鈣離子，對於細菌的生長以及生物膜的生成有著顯著的影響。本研究利用實驗室模擬方式，針對水溫及硬度的變化探討其是否會影響細菌和生物膜增生，進而增加水中消毒副產物生成潛能。在研究中，戀臭假單胞菌 (Pseudomonas putida, ATCC 47054) 被用於模擬水中微生物的活動，並培養於未額外添加鈣離子，以及每公升水中含有40毫克、120毫克以及200毫克鈣離子濃度的培養液中，以評估鈣離子對生物膜生成的影響。除探討鈣離子之效應外，樣本同時也分別放置於15°C、25°C以及30°C的環境下培養30天，以探討溫度變化對生物膜生成的影響。在培養完畢後，針對各水樣分析其微生物濃度、相關水質參數以及消毒副產物生成潛能。 根據重複模擬結果顯示，相較於未添加鈣離子的樣本，鈣離子濃度的提升會促進戀臭假單胞菌細菌及生物膜的增生。在考量到溫度與鈣離子的綜合效應後，結果顯示在25°C下，以每公升水中含40毫克的鈣離子濃度進行培養後，戀臭假單胞菌的細菌及生物膜濃度達到最高。同時，隨著微生物的增長，其對於水中有機質的貢獻也隨之上升，例如：水中腐植質及蛋白質含量。消毒副產物生成潛能的實驗結果顯示，在研究中所測量的消毒副產物，相較於未添加鈣離子之樣本，其濃度皆因鈣離子濃度增加而上升，其中又以鹵乙酸（HAA）生成為最大宗。同時，依據溫度對於微生物生長之影響，在鹵乙晴（HAN）的濃度變化上亦可觀察到相同的趨勢。另外，為了進一步了解微生物活動所貢獻之有機質成分比例，我們同時也針對過濾後的樣本進行比較分析。結果顯示，在培養液中的有機質主要為溶解態，而來自生物膜的有機質，則主要被歸類於顆粒狀態。 綜合以上，本研究結果顯示水中硬度的增加以及在適當的溫度下，微生物的活動會因此上升。其後在進行加氯消毒時，會伴隨更多的消毒副產物生成。然而針對一富含生物膜的水體，在進行加氯消毒前，可以藉由過濾等前處理去除生物膜所貢獻到水體的有機質，進而有效降低消毒副產物生成潛能。"