饮用水中氯化消毒副产物的控制

饮用水中氯化消毒副产物的控制

在城市供水系统中，消毒是最基本的水处理方法，是确保用户安全使用的重要措施之一。自氯消毒问世以来,加氯工艺和控制措施逐步完善,到目前为止,在公共给水系统中,氯消毒成为最为经济有效和应用最广泛的消毒工艺。但是现场检测表明,饮用水加氯消毒后增加了22种氯代消毒副产物,这些物质对人体产生很大的危害。如何控制饮用水中消毒副产物已经成为供水业面临的挑战之一。1饮用水中氯的消毒由于氯消毒的操作使用简单,便于控制,杀灭水中微生物,防止水介疾病的传染,消毒持续性好,可以防止水在输送过程中被二次污染,余氯的测定也很容易,并且氯消毒的价格不高,所以很快在饮用水行业推广应用。由于我国的经济情况,在当前以及今后一段时期内,饮用水的消毒仍然是以加氯消毒为主。然而,氯在水中的作用是相当复杂的,它不仅可以起氧化反应,还可与水中天然存在的有机物起取代或加成反应而得到各种卤代物。近20-30年,人们对饮用水加氯消毒所产生的副产物对人体的毒副作用有了比较深刻的认识和研究,因此国内外都在努力探索新的消毒剂来取代氯进行自来水的消毒处理。2饮用水中三氯甲烷的形成氯化消毒副产物是指饮用水消毒过程中产生的卤代化合物,分为无机和有机两类。无机类主要指氯酸与氨反应生成的一氯胺、二氯胺、三氯胺或三氯化氮及其他产物,这些无机副产物对人体健康都不会产生危害。而有机类主要指卤代烃和卤乙酸等,这些物质具有明显的致突变作用,很强的致癌性,可引起雄性大鼠的肾脏肿瘤,雌性大鼠的肝脏肿瘤。大量流行病学调查表明,长期饮用氯消毒的饮用水,死于消化和泌尿系统的癌症的危险性增加,并和其他癌症的死亡率存在着统计学的关系。饮用水中的卤代有机物,特别是三氯甲烷,有些可能来自水厂的水源,它的发生源有周围工厂废水中的排放物,有污水处理厂中加氯反应的生成物,还有原来挥发于大气中而后再进入水体的产物等。这些来自原水中的三氯甲烷通过水厂的常规净水工艺处理是难以被有效地去除的,最后便成为饮用水中三氯甲烷含量的一部分,但其所占比例是很低的。在实际中,经常出现的情况是在水厂净化处理过程中,由于加氯消毒导致饮用水中三氯甲烷的生成。当氯加入原水中时,它与原水中的有机物(腐殖酸和富里酸及人类生产、生活排入水体的大量的有机污染物)反应生成氯代烃、一、二及三氯代乙酸以及其他的氯化消毒副产物。若水中含有相当量的溴化物,氯会将溴化物氧化成氢溴酸,接着它会与有机物反应生成对应的溴化消毒副产物,如溴仿和溴代乙酸及其他的溴化消毒副产物。总的来说,一般的生成反应式为:氯+(Br-或I-)+前驱物=卤仿+其他卤化物3控制方法从消毒副产物质变和量变的关系,控制氯消毒副产物生成的方法大体上有2种:替代氯消毒剂和优化水处理工艺。3.1氧化氯和双氧水、臭氧法由于传统加氯消毒鲜明的优点和缺点,为满足饮用水安全性要求,人们开始关注其他消毒方法,其中常见的有臭氧、二氧化氯、紫外线、氯胺、双氧水以及它们的联合工艺。二氧化氯消毒的成本介于氯消毒和臭氧消毒之间,但极不稳定、易爆;双氧水则很少单独用于消毒,只起与其他消毒剂协同的作用;氯胺消毒作用缓慢。从表1看来,紫外线不失一种较为理想的消毒方法,但缺乏持续灭菌能力,所以它一般要与其他消毒方法联合使用。3.2优化水处理厂(1)活性炭吸附法所谓强化混凝,就是确定混凝的最佳条件,发挥混凝的最佳效果,或者说使用更严格的pH值控制和更合理的混凝剂投加量以增加有机物的去除率。地表水的前提有机物主要是腐殖酸和富里酸,它们与水形成大分子胶体溶液,经混凝处理可有效地去除。活性炭吸附则能有效去除水中致突变前体物,因而对致突变前体物含量较高的水源水来说,活性炭吸附是保证饮水安全的重要工艺,既利用了活性炭的物理吸附作用,又使其表面生长的微生物膜对有机物的生物氧化降解作用,其去除污染物量大大提高。因此控制三卤甲烷等消毒副产物的最具可行性的方法是混凝与活性炭(特别是PAC)吸附相结合,这种方法存在的主要问题是吸附与混凝的竞争,使用这种工艺的关键在于,合理选取投加方式,避免竞争吸附,充分发挥PAC的吸附容量。大型的给水厂中,PAC可投加于吸水井、快速混合、絮凝中段、滤池前端及澄清池中,特别是絮凝中段投加,既可避免竞争吸附,又保证了吸附时间,是较为理想的投加点。(2)饮用水有机物处理膜分离技术是以高分子分离膜为代表的一种新型的流体分离单元操作技术。膜分离技术可分为纳滤(NF)、反渗透(RO)、超滤(UF)和微滤(MF)4种,其中纳滤(NF)、反渗透(RO)在饮用水有机物处理中呈现强劲的发展趋势,这两种膜对致突变物的去除率都很高。水中腐殖酸类的分子量相对较小,分子量变化范围在100-1000道尔顿,而纳滤膜截留的分子量为200-1000道尔顿,在去除水中有机物的同时可保留对人体有益的无机盐离子,所以去除效果最好。但膜的使用寿命短、易污染、难清洗和成本高限制了该技术的广泛应用。(3)臭氧生物活性炭法高锰酸钾或臭氧在水处理中主要起预氧化的作用,将大分子有机物氧化为小分子有机物,氧化无机物质如氰化物、硝化物等。臭氧后氧化主要与生物活性炭联用即臭氧生物活性炭(O3-BAC)法,进水先经臭氧氧化,使水中大分子有机物分解为小分子状态,这就提高了有机物进入活性炭微孔内部的可能性。活性炭能吸附臭氧氧化过程中产生的大量中间产物,包括解决了臭氧无法去除的三卤甲烷及其前驱物质,并且微生物附着其上,可以发挥生化和物化处理的协同作用,从而延长活性炭的工作周期,保证了最后出水的生物稳定性。推荐方案见图1。4消毒预处理的研究方向随着生活水平的不断提高,人们对饮用水标准要求越来越高,传统的氯消毒法虽经济有效,但因其产生有毒副产物已受到了挑战。紫外线等替代消毒剂虽然有良好的杀毒效果,但在实际运用中还有待进一步研究。从我国当前的经济情况和氯的消毒特点看,氯消毒在一段时间内仍然占主导地位,因此优化水处理工艺成为控制氯消毒副产物含量,达到更好的处理