电热式饮水机水质污染与清洗时限实验研究

郭婷婷，刘原庆

(1.滨州丝路能源环境检测科技有限公司，山东 滨州 256600，2.滨州学院，山东 滨州 256603)

1 引言

普通电热式饮水机长期不清洗可能引发的健康风险主要为：①饮水机冷水管道及端口滋生大量细菌；②水垢的长期积累会导致出水硬度、重金属指标升高；③单桶水饮用时间过长，出水中的亚硝酸盐含量会较高[1～5]。以上水质的变化，会引发消化、泌尿系统相关疾病。本实验主要研究饮水机在单次清洗后的使用过程中，微生物指标、硬度指标、亚硝酸盐指标和重金属指标随时间的变化规律，为确定饮水机合理的清洗时间提供数据支持。

2 实验材料与方法

2.1 实验材料

以办公室饮用水机为对象，所用纯净水满足《GB 17324—2003瓶(桶)装饮用纯净水卫生标准》。

2.2 实验方法

2.2.1 采样方法

饮水机清洗前后，采集冷、热两个出水口水样(1#和2#)进行检测；清洗后饮水机正常使用过程中，每周一、周四各取样一次，持续56 d(表1)，期间共使用7桶纯净水，采集16个水样(3#-18#)。

2.2.2 检测方法

重金属：X射线荧光光谱仪(XD-8000)；微生物数量：采用平板菌落计数法；硬度：EDTA络合滴定法；亚硝酸盐：采样后立即测定，采用分光光度法。

2.3 数据处理

评定饮水机单一水质状况时，通过数据线性拟合来预测水质超标的时间；综合评定饮水机水质时，考虑各指标的相对权重，采用层次分析法估算饮水机合理的清洗时限。

表1 采样时间安排

3 结果与分析

3.1 冷水口出水细菌总数

由于热水口出水温度较高，故未测细菌总数，仅对18份冷水端口出水进行检测，结果见图1所示。

图1 细菌总数增长曲线

由图1可知，冷水端口出水中细菌总数随时间延长整体呈线性增长关系，在清洗后60 d内，出水水质基本符合国标，但单桶纯净水饮用时间过长时(如第42 d样品，因假期饮用时间较长)，室内含菌空气就会随着换气的过程进入桶内造成微生物污染。另外，内胆加热也会使得冷水管水温相对较高，适合细菌滋生，使出水中细菌总数增大。根据细菌总数增长拟合方程y=0.3396x-0.084，在饮水机使用到第60 d时，预测冷水端口出水的细菌总数将超过国家标准(20 cfu/mL)(图2)。

图2 硬度变化曲线

3.2 热水口出水硬度

对热水端口出水硬度变化测定结果表明(图2)：①清洗前饮水机热水端口出水硬度高达32.6度，是国标的1.6倍，其原因可能是桶装水中含有的微量钙、镁离子在内胆中被反复加热，当不用水或水流速度相对较小时，会发生分解反应生成微溶性碳酸盐从水中析出，在加热环表面沉淀形成水垢；但当热水端口用水时，内胆内水流速度会相对较大、水温逐渐降低，此时已结晶沉淀的水垢会重新大量溶解，造成出水中硬度超标；②一般而言，因每次取用热水时间较短，CaCO3、MgCO3再次溶解的量小于沉淀量，内胆结垢总体是正向积累。但随内胆沉积水垢量和沉积面积的增大，每次取水时溶解释放CaCO3、MgCO3的作用面积也越大，使热水端口出水的硬度相应变大，因此随着饮水机使用期延长，出水硬度逐渐上升；③单桶水使用过程中，桶内剩余水量较小时出水硬度显著增大，原因可能为已沉积水垢往往由于水沸腾滚动又被重新溶解，CaCO3、MgCO3等难容物质在内胆壁沉积和重新溶解存在动态平衡。。

由硬度含量增长曲线的拟合方程y=0.0705x-0.1346，可预测在饮水机清洗后第336 d时，热水端口出水的硬度值将≥25度，超过国标。

3.3 出水亚硝酸盐

图3 亚硝酸盐含量增长趋势

由冷、热端口曲线拟合方程y=0.0257x+0.7731、y=0.0325x+1.0829可知，在饮水机清洗后，预测第48 d冷水端口出水的亚硝酸盐含量将超过国标，第29 d热水端口出水的亚硝酸盐含量将超过国标。

3.4 出水重金属

饮水机内胆长期浸泡水中，内胆不锈钢材料中的Cr和Ni可能会随着内胆腐蚀进入饮用水，长期不清洗，会受到重金属的污染。根据检测结果，饮水机清洗前，热水端口采集的水样中Cr、Ni、Pb和Fe的含量分别为0.02 mg/L、0.05 mg/L、0.06 mg/L、1.2 mg/L，是国标上限值的2倍、5倍、6倍、20倍。清洗后，热水端口出水的水样中重金属含量急剧降低，达到国标要求。随着饮水机使用期延长，Pb、Cr、Ni含量缓慢增长(图4)，而Fe含量增长迅速(图5)。

图4 Pb、Cr、Ni含量增长趋势

这可能与溶解析出的重金属与已沉积的水垢相结合，并附着在饮水机内胆壁上有关。当取用内胆中热水时，由于内胆水流流速的加大，已沉淀的水垢及与水垢相结合的重金属会再次溶解释放。根据Pb、Cr、Ni、Fe各自拟合方程y=0.0133x+0.3969、y=0.0883x+0.2072、y=0.1502x-0.1382、y=1.606x-0.839，预测在第722 d、111 d、68 d、38 d，各自含量将再次超标。

3.5 饮水机合理清洗时限的评定

为综合评定饮水机合理清洗时限，采用层次分析法对细菌总数、硬度、亚硝酸盐、Cr、Ni、Fe等数据进行处理分析。首先，根据各指标对人体危害程度的大小，根据Saaty提出的相对尺度，确定相对权重，然后，根据各指标的增长变化规律相互比较，综合评定饮水机的清洗时限。结果见表2。由表2可知，按照预先规定的各指标的超标时限和相对权重，确定饮水机建议清洗时限为77 d。

在对各指标权重进行赋值过程中，还应考虑服务人群，如儿童或老年人为主的群体，对细菌总数的相对权重就应该有所偏大，从而适当调整清洗时限。

图5 Fe金属含量增长趋势

表2 饮水机清洗时限评定

4 结论

根据实验结果，饮水机长时间不清洗，出水中各项指标的检测值会超标；饮水机清洗后，随使用时间延长，细菌总数、硬度、亚硝酸盐含量、Cr、Ni、Fe的含量将分别在第60 d、336 d、48 d、29 d、111 d、68 d、38 d后再次达到国标上限；单桶水使用过程中，细菌总数、硬度、亚硝酸盐指标会出现波动，饮用的时间越长，水体的二次污染就越严重，宜控制在1周内饮用完；采用层次分析法，根据确定的各因素相对权重，确定饮水机合理的清洗时限为77 d。