飲用水中氯化消毒副產(chǎn)物的控制

飲用水中氯化消毒副產(chǎn)物的控制

在城市供水系統(tǒng)中，消毒是最基本的水處理方法，是確保用戶安全使用的重要措施之一。自氯消毒問世以來,加氯工藝和控制措施逐步完善,到目前為止,在公共給水系統(tǒng)中,氯消毒成為最為經(jīng)濟有效和應(yīng)用最廣泛的消毒工藝。但是現(xiàn)場檢測表明,飲用水加氯消毒后增加了22種氯代消毒副產(chǎn)物,這些物質(zhì)對人體產(chǎn)生很大的危害。如何控制飲用水中消毒副產(chǎn)物已經(jīng)成為供水業(yè)面臨的挑戰(zhàn)之一。1飲用水中氯的消毒由于氯消毒的操作使用簡單,便于控制,殺滅水中微生物,防止水介疾病的傳染,消毒持續(xù)性好,可以防止水在輸送過程中被二次污染,余氯的測定也很容易,并且氯消毒的價格不高,所以很快在飲用水行業(yè)推廣應(yīng)用。由于我國的經(jīng)濟情況,在當(dāng)前以及今后一段時期內(nèi),飲用水的消毒仍然是以加氯消毒為主。然而,氯在水中的作用是相當(dāng)復(fù)雜的,它不僅可以起氧化反應(yīng),還可與水中天然存在的有機物起取代或加成反應(yīng)而得到各種鹵代物。近20-30年,人們對飲用水加氯消毒所產(chǎn)生的副產(chǎn)物對人體的毒副作用有了比較深刻的認識和研究,因此國內(nèi)外都在努力探索新的消毒劑來取代氯進行自來水的消毒處理。2飲用水中三氯甲烷的形成氯化消毒副產(chǎn)物是指飲用水消毒過程中產(chǎn)生的鹵代化合物,分為無機和有機兩類。無機類主要指氯酸與氨反應(yīng)生成的一氯胺、二氯胺、三氯胺或三氯化氮及其他產(chǎn)物,這些無機副產(chǎn)物對人體健康都不會產(chǎn)生危害。而有機類主要指鹵代烴和鹵乙酸等,這些物質(zhì)具有明顯的致突變作用,很強的致癌性,可引起雄性大鼠的腎臟腫瘤,雌性大鼠的肝臟腫瘤。大量流行病學(xué)調(diào)查表明,長期飲用氯消毒的飲用水,死于消化和泌尿系統(tǒng)的癌癥的危險性增加,并和其他癌癥的死亡率存在著統(tǒng)計學(xué)的關(guān)系。飲用水中的鹵代有機物,特別是三氯甲烷,有些可能來自水廠的水源,它的發(fā)生源有周圍工廠廢水中的排放物,有污水處理廠中加氯反應(yīng)的生成物,還有原來揮發(fā)于大氣中而后再進入水體的產(chǎn)物等。這些來自原水中的三氯甲烷通過水廠的常規(guī)凈水工藝處理是難以被有效地去除的,最后便成為飲用水中三氯甲烷含量的一部分,但其所占比例是很低的。在實際中,經(jīng)常出現(xiàn)的情況是在水廠凈化處理過程中,由于加氯消毒導(dǎo)致飲用水中三氯甲烷的生成。當(dāng)氯加入原水中時,它與原水中的有機物(腐殖酸和富里酸及人類生產(chǎn)、生活排入水體的大量的有機污染物)反應(yīng)生成氯代烴、一、二及三氯代乙酸以及其他的氯化消毒副產(chǎn)物。若水中含有相當(dāng)量的溴化物,氯會將溴化物氧化成氫溴酸,接著它會與有機物反應(yīng)生成對應(yīng)的溴化消毒副產(chǎn)物,如溴仿和溴代乙酸及其他的溴化消毒副產(chǎn)物?？偟膩碚f,一般的生成反應(yīng)式為:氯+(Br-或I-)+前驅(qū)物=鹵仿+其他鹵化物3控制方法從消毒副產(chǎn)物質(zhì)變和量變的關(guān)系,控制氯消毒副產(chǎn)物生成的方法大體上有2種:替代氯消毒劑和優(yōu)化水處理工藝。3.1氧化氯和雙氧水、臭氧法由于傳統(tǒng)加氯消毒鮮明的優(yōu)點和缺點,為滿足飲用水安全性要求,人們開始關(guān)注其他消毒方法,其中常見的有臭氧、二氧化氯、紫外線、氯胺、雙氧水以及它們的聯(lián)合工藝。二氧化氯消毒的成本介于氯消毒和臭氧消毒之間,但極不穩(wěn)定、易爆;雙氧水則很少單獨用于消毒,只起與其他消毒劑協(xié)同的作用;氯胺消毒作用緩慢。從表1看來,紫外線不失一種較為理想的消毒方法,但缺乏持續(xù)滅菌能力,所以它一般要與其他消毒方法聯(lián)合使用。3.2優(yōu)化水處理廠(1)活性炭吸附法所謂強化混凝,就是確定混凝的最佳條件,發(fā)揮混凝的最佳效果,或者說使用更嚴格的pH值控制和更合理的混凝劑投加量以增加有機物的去除率。地表水的前提有機物主要是腐殖酸和富里酸,它們與水形成大分子膠體溶液,經(jīng)混凝處理可有效地去除?；钚蕴课絼t能有效去除水中致突變前體物,因而對致突變前體物含量較高的水源水來說,活性炭吸附是保證飲水安全的重要工藝,既利用了活性炭的物理吸附作用,又使其表面生長的微生物膜對有機物的生物氧化降解作用,其去除污染物量大大提高。因此控制三鹵甲烷等消毒副產(chǎn)物的最具可行性的方法是混凝與活性炭(特別是PAC)吸附相結(jié)合,這種方法存在的主要問題是吸附與混凝的競爭,使用這種工藝的關(guān)鍵在于,合理選取投加方式,避免競爭吸附,充分發(fā)揮PAC的吸附容量。大型的給水廠中,PAC可投加于吸水井、快速混合、絮凝中段、濾池前端及澄清池中,特別是絮凝中段投加,既可避免競爭吸附,又保證了吸附時間,是較為理想的投加點。(2)飲用水有機物處理膜分離技術(shù)是以高分子分離膜為代表的一種新型的流體分離單元操作技術(shù)。膜分離技術(shù)可分為納濾(NF)、反滲透(RO)、超濾(UF)和微濾(MF)4種,其中納濾(NF)、反滲透(RO)在飲用水有機物處理中呈現(xiàn)強勁的發(fā)展趨勢,這兩種膜對致突變物的去除率都很高。水中腐殖酸類的分子量相對較小,分子量變化范圍在100-1000道爾頓,而納濾膜截留的分子量為200-1000道爾頓,在去除水中有機物的同時可保留對人體有益的無機鹽離子,所以去除效果最好。但膜的使用壽命短、易污染、難清洗和成本高限制了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。(3)臭氧生物活性炭法高錳酸鉀或臭氧在水處理中主要起預(yù)氧化的作用,將大分子有機物氧化為小分子有機物,氧化無機物質(zhì)如氰化物、硝化物等。臭氧后氧化主要與生物活性炭聯(lián)用即臭氧生物活性炭(O3-BAC)法,進水先經(jīng)臭氧氧化,使水中大分子有機物分解為小分子狀態(tài),這就提高了有機物進入活性炭微孔內(nèi)部的可能性?；钚蕴磕芪匠粞跹趸^程中產(chǎn)生的大量中間產(chǎn)物,包括解決了臭氧無法去除的三鹵甲烷及其前驅(qū)物質(zhì),并且微生物附著其上,可以發(fā)揮生化和物化處理的協(xié)同作用,從而延長活性炭的工作周期,保證了最后出水的生物穩(wěn)定性。推薦方案見圖1。4消毒預(yù)處理的研究方向隨著生活水平的不斷提高,人們對飲用水標準要求越來越高,傳統(tǒng)的氯消毒法雖經(jīng)濟有效,但因其產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物已受到了挑戰(zhàn)。紫外線等替代消毒劑雖然有良好的殺毒效果,但在實際運用中還有待進一步研究。從我國當(dāng)前的經(jīng)濟情況和氯的消毒特點看,氯消毒在一段時間內(nèi)仍然占主導(dǎo)地位,因此優(yōu)化水處理工藝成為控制氯消毒副產(chǎn)物含量,達到更好的處理