浅谈净水器中亚硝酸盐二次污染问题与对策
发表时间：2017-06-12 13:24:49
随着经济发展，科技进步，人们对生活水平的要求也越来越高，对健康生活也日益关注，而净水器更是受到空前追捧。特别地，由于净水器需要周期性的更换滤芯，可以说其是家电行业中唯一的持续消费行业，为此其引来了各大巨头纷纷涉水，有媒体称这是21世纪家电行业的最后一块蛋糕。
然而“净水不净”的问题一直困扰着各大净水器厂商，继细菌超标、二次污染等问题，在2014年又暴出某知名品牌净水器出水亚硝酸盐严重超标，那么，为什么净水器进水中亚硝酸盐含量符合国家标准，甚至完全检测不出；而通过一些净水器净化后，净化出水却出现了亚硝酸盐，有的含量甚至超标了呢？本文将着重就这个问题的形成机理、解决方法进行简单的介绍。
一．初谈亚硝酸盐的危害
众所周知，亚硝酸盐具有致畸、致癌、致甲状腺肿大等危害。大剂量的亚硝酸盐能够引起高铁血红蛋白症，导致组织缺氧，还可使血管扩张血压降低。人体摄入0.2克～0.5 克即可引起中毒，3克可致死。
亚硝酸盐使人体中毒有两条途径：
1） 亚硝酸盐为强氧化剂，进入人体后，可使血中低铁血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，失去运氧的功能，致使组织缺氧，出现青紫而中毒，轻者头昏、心悸、呕吐、口舌青紫，重者神志不清、抽搐、呼吸急促，抢救不及时可危及生命。
2） 亚硝酸盐在人体内外与仲胺类作用形成亚硝胺类，其在人体内达到一定剂量时是致癌、致畸、致突变的物质，可严重危害人体健康。
二．净水中亚硝酸盐二次污染形成的机理
活性炭因其良好的吸附功效，其在净水器中被广泛使用。我们的数据采集显示，净水器出水亚硝酸含量的高低与活性炭的用量有显著的关系。例如：常见大品牌的家用RO纯水机在使用三个月后出水亚硝酸的含量通常为0.01mg/L左右，我们认为纯水机有RO反渗透膜，亚硝酸盐的产生应该是后置的T33所引起的，T33中的活性炭用量大体上为200余克。另一方面，近来被曝光的某知名品牌的净水器出水中亚硝酸盐的含量竟达到0.36mg/L，其活性炭滤芯的重量约700克。由此可看出，在当前普通技术水平条件下，净水器出水亚硝酸盐含量的高低与活性炭用量的多少有显著的关系，那么其形成的具体机理又如何呢？
1）生物氧化作用
净水器在使用一段时间后，由于活性炭吸附截留水中的有机质和杂菌等[1-2]，活性炭滤芯或者颗粒表面会逐渐形成一层生物膜，成为细菌生长的“温床”——培养基，水中蛋白性杂质在微生物作用下分解成肽、氨基酸等，最后形成氨，是为有机性氮素化合物逐渐分解成较简单的无机性氮素化合物的氨化过程：
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蛋白质 肽 氨基酸 ...... 氨
亚硝酸盐是氨转化成硝酸盐过程的中间产物，若水中有足够的氧，在有亚硝化细菌和硝化细菌的作用下，氨继续氧化分解成亚硝酸盐和硝酸盐，是一种氨的硝化过程，此过程分两个阶段完成：
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2NH4+ +3O2 2NO2- + 2H2O + 4H+ (第一阶段)
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2NO2- +O2 2NO3- （第二阶段）
2）反硝化作用
当净水器或者饮水机中的溶解氧（DO）不足时[2]，厌氧菌中反硝化细菌通过反硝化作用将NO3- 转化为NO2- ，亚硝化细菌比硝化细菌多而且占优势，可使氨的硝化过程进行到第一阶段为止，反之，当净水器或者饮水机中的溶解氧（DO）较高时，硝化细菌即占优势，反硝化细菌的生长即可受到抑制。
据相关资料报导，炭吸附水中氨的硝化作用（第二阶段）通常需要三个月才能完成，这样，原水经活性炭滤芯后，游离性余氯被除去，一部分NH4+ 在微生物的作用下，转化成亚硝酸，导致出水中亚硝酸盐超标。
3）还原作用
另外，净水器中的活性炭本身也是还原剂[3]，在其还原作用下，可使水中的NO3- 转化为NO2- 。
在净水器使用初期，活性炭表面还未形成生物膜，此时由于活性炭本身是强还原剂，在溶解氧（DO）不足时，水中的NO3- 转化为NO2- ，导致水中亚硝酸盐升高；当净水器使用一段时间后，活性炭表面形成生物膜，此时生物氧化作用为主导，活性炭本身的还原作用已经十分微弱。
三．解决净水器亚硝酸盐二次污染问题的对策
通过上述分析我们可以看到，直接导致净水设备出水亚硝酸盐超标的原因是净水器中使用大量的活性炭，在净水器使用一段时间后吸附大量的有机物并滋生细菌，细菌通过一系列的微生物代谢活动，产生二次污染物----亚硝酸盐[3]。
就解决上述的问题来说，常换滤芯会是一种比较容易操作的办法，但这也是治标不治本的方式。最直接的方式就是采用抗菌型活性炭滤芯，避免细菌在活性炭滤芯滋生，从根本上阻断亚硝酸盐的形成。同时，需要指出的是，要使净水机长期不产生亚硝酸盐二次污染物，那么抗菌型活性炭需要具有长效抗菌功能。试想，如果抗菌型活性炭只在使用初期具有抗菌抑菌功效，经水冲一段时间后抗菌抑菌功效消失了，那么时间一长，活性炭滤料同样会滋生细菌，从而激活亚硝酸盐的形成。
参考文献
[1] 许建华.活性炭过滤水中的亚硝酸盐浓度,建筑技术通讯（给水排水）,1984(01):10-12.
[2] 舒其霖，何冶.饮用水活性炭处理后的亚硝酸盐,中国给水排水,1988(04):54-56.
[3] 盛志辉.饮用水中亚硝酸盐危害与对策,中国环境科学学会学术年会论文集,2009:857-858.
关于银嘉
惠州市银嘉环保科技有限公司由一批国际资深教授专家创办，以独特科技社企模式运行，是一家供应抗菌净水科技产品及解决方案的高新企业，位于大亚湾国家级经济技术开发区科技创新园内。银嘉以其独特的“纳镀抗菌”专利技术，产业化了世界领先的抗菌陶瓷膜材料、长效型抗菌活性炭等一系列的抗菌净水产品。银嘉的科技产品受到了国际媒体的广泛报道与赞许，包括新加坡联合早报、海峡时报、亚洲新闻台及惠州日报等。
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作者简介
刘洪均博士，男，惠州市银嘉环保科技有限公司总经理。发表论文25篇（包括：J. Am. Chem. Soc., Angew Chemi.等），被引用500余次，多年从事材料科学、药物化学及水处理技术的研究，曾获得世界未来发展基金会环境与可持续发展研究博士论文奖，新加坡国立大学理学院最佳研究生研究者奖，新加坡国立大学化学系最佳研究论文奖，第八届开封市十佳杰出青年等奖励与荣誉。
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