液氯和次氯酸鈉消毒效果比較

液氯和次氯酸鈉消毒效果比較

氯是第一個生產(chǎn)實用的消毒劑。氯消毒可以防止疾病傳播到飲用水中，被稱為“20世紀(jì)最成功的公共安全措施”。目前氯消毒技術(shù)已廣泛應(yīng)用于世界各地水廠,大大降低了人們因飲水而感染痢疾、霍亂等水傳播疾病而致死的幾率,并由于其經(jīng)濟、有效的特點,成為當(dāng)前的首選消毒技術(shù)。其中,液氯作為一種成熟的氯消毒劑,應(yīng)用最為廣泛。但是,由于液氯在運輸、儲存使用方面的不安全性,及在消毒過程中容易形成許多類似三氯甲烷的致癌物質(zhì),目前大型城市自來水廠紛紛逐步限制液氯的使用,尋求更加安全有效的消毒劑。次氯酸鈉是一種高效、廣譜、安全的強力滅菌、殺病毒藥劑。它與水的親和性很好,能與水任意比互溶,操作安全,使用方便,易于儲存,可以在任意環(huán)境工作狀況下投加。而且,次氯酸鈉消毒液在水中不會產(chǎn)生游離態(tài)分子氯,所以,在消毒過程中一般難以發(fā)生因存在分子氯而引發(fā)的氯代化合反應(yīng),生成不利于人體健康的有毒有害物質(zhì)。因此,人們考慮采用次氯酸鈉代替液氯進行飲用水消毒。以次氯酸鈉代替液氯消毒是未來飲用水消毒的發(fā)展方向,但對于次氯酸鈉消毒對供水水質(zhì)的影響,特別是在保障供水水質(zhì)生物安全的前提下,對供水水質(zhì)化學(xué)安全性(如消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生量)影響如何,一直缺乏生產(chǎn)性試驗研究。本研究考察了液氯和次氯酸鈉2種消毒劑在生產(chǎn)上的應(yīng)用情況,對于其在微生物消毒效果和消毒副產(chǎn)物生成方面進行了比較分析。1材料和方法1.1原水水質(zhì)、水質(zhì)研究對象包括上海2個自來水廠(以下稱為A廠和B廠)生產(chǎn)工藝的實際出水,其中,A廠采用液氯加氯消毒,規(guī)模為60萬m3/d;B廠采用次氯酸鈉加氯消毒,規(guī)模為30萬m3/d。由于2個水廠的源水取水口相近,其原水水質(zhì)相近;另外,2個水廠主要凈水工藝技術(shù)相同,除采用2種不同的消毒方式,都采用高錳酸鉀預(yù)氧化、混凝沉淀、砂濾、清水池工藝技術(shù)。具體工藝流程如圖1所示。原水經(jīng)高錳酸鉀預(yù)氧化后,由進水間泵房提升,進入廠區(qū)。在混凝劑投加點前在輸送管道內(nèi)先加氯、加氨消毒,隨后投加液體硫酸鋁,進入絮凝澄清池。停留約1.5h后,進入砂濾池。在出水管道中補加氯后,進入清水池,通過出水泵房提升至市政管網(wǎng)。1.2現(xiàn)場采樣檢測準(zhǔn)備滅菌并干燥后2.5L塑料桶若干,在各采樣點待水流穩(wěn)定后采樣。溫度、濁度和余氯等需現(xiàn)場檢測的,分別使用溫度計、在線或便攜式濁度計、在線或便攜式余氯儀等儀器現(xiàn)場采樣檢測。所有樣品應(yīng)及時分析,或置于4℃冰箱冷藏保存不超過48h。1.3檢測方法及條件實驗室分析測定項目有:三鹵甲烷、四氯化碳、鹵乙酸、細菌總數(shù)、異養(yǎng)菌總數(shù)。常規(guī)項目測定方法主要依據(jù)GB/T5750—2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法》。異養(yǎng)菌計數(shù)(HPCmeasurement)采用美國環(huán)保署(USEPA)方法。三鹵甲烷、四氯化碳是易揮發(fā)的鹵代烴,采用頂空氣相色譜法測試分析,根據(jù)色譜保留時間定性,外標(biāo)法峰高定量。鹵乙酸根據(jù)USEPA標(biāo)準(zhǔn)方法6233,先用甲基叔丁基醚(MTBE)萃取出待測水樣中的鹵乙酸,萃取過程中通過在酸性條件下加鹽提高萃取效果,然后取一定量萃取液與酸化甲醇進行衍生化脂化反應(yīng),生成低沸點的鹵乙酸甲脂,然后再次加鹽萃取鹵乙酸甲脂,取上層萃取液氣相色譜分析檢測。氣相色譜條件:無分流進樣;進樣量為1μL;毛細管進樣口溫度為220℃;檢測器ECD溫度為300℃;載氣為N2;柱頭壓為65kPa;載氣流速為16mL/min。2結(jié)果與討論2.1異養(yǎng)菌計數(shù)檢測結(jié)果根據(jù)2次采樣檢測結(jié)果表明,兩水廠各采樣點(不包括原水)菌落總數(shù)基本為0。根據(jù)GB5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,該指標(biāo)小于100CFU/mL即為合格水平。因此兩水廠處理后的飲用水該項指標(biāo)均完全合格。由于菌落總數(shù)在采樣培養(yǎng)后基本無法檢出,對分析滅菌效率缺乏實際價值,故在以后的檢測分析中均省略此項,改以異養(yǎng)菌數(shù)指標(biāo)進行比較分析。A廠和B廠處理工藝中消毒劑變化和異養(yǎng)菌數(shù)變化如圖2和圖3所示。異養(yǎng)菌計數(shù)是美國飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中檢測指標(biāo)之一,USEPA要求為飲用水中檢出HPC不得大于500CFU/mL。它使用R2A培養(yǎng)基,許多種類的可培養(yǎng)微生物能在其中培養(yǎng)得到,所以采用該方法,同一樣品檢出細菌數(shù)一般較菌落總數(shù)指標(biāo)要高。異養(yǎng)菌指標(biāo)主要可以作為考察水處理效率、控制微生物水平的指標(biāo),其在供水系統(tǒng)中的檢出水平對評價系統(tǒng)滅菌抑菌效果有著較高的參考價值。A、B兩水廠總體情況:從原水到出廠水,余氯質(zhì)量濃度平均值分別升高1.86、1.93mg/L,異養(yǎng)菌平均值分別下降60232、60172CFU/mL,降幅分別為99.97%、99.87%?？梢?雖然兩水廠消毒工藝稍有不同,從異養(yǎng)菌指標(biāo)變化情況來看,兩水廠對微生物的殺菌效率基本相同,出廠水異養(yǎng)菌均值都未超過100CFU/mL,微生物安全性可以得到保障。從變化趨勢分析,次氯酸鈉消毒效果比液氯消毒略好。2.2消毒副產(chǎn)品的生成效果分析2.2.1藝對三氯甲烷生成比較三氯甲烷具有一定的致癌性,根據(jù)GB5749—2006規(guī)定,飲用水中三氯甲烷的質(zhì)量濃度不得超過60μg/L。兩水廠凈水工藝對三氯甲烷生成比較如圖4所示。從原水到出廠水,A、B兩水廠三氯甲烷質(zhì)量濃度平均值分別升高2.12、1.39μg/L,升幅分別為815.38%、534.62%。雖然兩水廠工藝稍有不同,但對消毒副產(chǎn)物三氯甲烷的控制水平完全達到國家相關(guān)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。其中,采用液氯消毒處理工藝出水中三氯甲烷含量比次氯酸鈉消毒工藝略高,可見采用次氯酸鈉替代液氯,有利于降低水中三氯甲烷的增長。2.2.2凈水工藝對四氯化碳的去除效果四氯化碳有一定的致癌性,根據(jù)GB5749—2006規(guī)定,飲用水中四氯化碳的質(zhì)量濃度不得超過2μg/L。兩水廠凈水工藝對四氯化碳去除比較圖5所示。從原水到出廠水,A、B兩水廠四氯化碳質(zhì)量濃度平均值分別升高0.10、0.11μg/L,升幅分別為166.67%、183.33%。雖然兩水廠工藝稍有不同,但對消毒副產(chǎn)物四氯化碳的控制水平均完全達到國家相關(guān)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。而且,兩水廠四氯化碳含量的上升程度基本一樣。2.2.3樣品的檢出情況試驗中共檢測了一溴乙酸(MBAA)、二溴乙酸(DBAA)、二氯乙酸(DCAA)和三氯乙酸(TCAA)4種鹵乙酸,檢測限分別為0.009590、0.008325、0.003061和0.001720μg/L。4種鹵乙酸中,MBAA和DBAA在各位點樣品檢測中特征峰峰值均低于檢測限,視為無檢出。兩水廠各采樣點DCAA和TCAA的檢出水平如圖6和圖7所示。從原水位點到出廠水位點,A、B兩水廠DCAA質(zhì)量濃度平均值分別升高5.08、4.50μg/L;TCAA質(zhì)量濃度平均值分別上升0.72、0.72μg/L?？梢?液氯消毒處理工藝導(dǎo)致水中DCAA的含量比次氯酸鈉消毒工藝高,而TCAA含量的上升程度兩廠完全一樣。顯然,與前節(jié)中揮發(fā)性鹵代烴的檢測結(jié)果相同,采用次氯酸鈉替代液氯,可以更加有效減少水中鹵乙酸含量在經(jīng)水廠處理后的增長程度。2.3對氨氮、codn的去除效果A、B兩水廠各采樣點總磷、氨氮以及CODMn的檢測結(jié)果見圖8~圖10。A、B兩水廠對于水中總磷的去除率分別為49.18%、60.65%;對氨氮去除效果基本相同,去除率分別為26.32%、28.95%;對CODMn的去除率分別為25.19%、38.26%,B廠處理效果相對較好。由圖8~圖10可見,對于氮磷及有機污染物的去除,次氯酸鈉消毒的效果比液氯消毒好。3消毒副產(chǎn)物的控制情況(1)雖然兩水廠消毒工藝稍有不同,但從菌落總數(shù)和異養(yǎng)菌指標(biāo)變化情況來看,兩廠對微生物的消毒效果都較好,出廠水菌落總數(shù)和異養(yǎng)菌均值都未超過100CFU/mL,微生物安全性可以得到保障,從變化趨勢分析,次氯酸鈉消毒效果比液氯消毒略好。(2)根據(jù)GB5749—2006規(guī)定,飲用水中三氯甲烷的質(zhì)量濃度不得超過60μg/L、四氯化碳的質(zhì)量濃度不得超過2μg/L、二氯乙酸的質(zhì)量濃度不超過50μg/L、三氯乙酸的質(zhì)量濃度不超過100μg/L。雖然兩水廠工藝稍有不同,但對消毒副產(chǎn)物三氯甲烷和四氯化碳的控制水平完全達到國家相關(guān)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。A、B兩水廠從原水到出廠水,三氯甲烷質(zhì)量濃度平均值分別升高2.41、1.34μg/L,四氯化碳質(zhì)量濃度平均值分別升高0.10、0.11μg/L,DCAA質(zhì)量濃度平均值分別升高5.08、4.50μg