饮用水水质分析中亚氯酸盐污染的控制对策研究

饮用水水质分析中亚氯酸盐污染的控制对策研究
【摘要】由于二氧化氯作为一种优越的消毒剂在水处理领域内已有广泛应用，如何去除水体中过多的消毒副产物ClO2-和ClO3-是保证消毒安全性的重要前提之一。

鉴于ClO2-和ClO3-的毒性以及ClO3-可由ClO2-转化而来，去除的主要目标物是ClO2-。

【关键词】水质分析；亚氯酸盐；还原性物质；副产物残留；安全高效；经济可靠
0 引言
ClO2-的去除一般从两个方面进行考虑，一是从源头上控制，即减少在二氧化氯制备过程中所夹带的原料亚氯酸盐或者尽量降低水源中还原性物质的含量，使得C1O2转化为ClO2-尽量少；二是对既生成的ClO2-采取切实有效的措施加以去除，其中可行的方法包括还原法：SO2-SO32-还原法、亚铁还原法、活性炭法；氧化法有：臭氧和氯气氧化法。

1 二氧化氯制备过程控制亚氯酸盐的残留
为了最大限度地减少副产物ClO2-，首先应该采用先进的二氧化氯发生方法和设计优良的发生器，尽量减少发生器产物中的C1O2-的量，控制发生原料的流失。

例如采用亚氯酸钠与氯反应发生法，一般应采用较高浓度的原料进行反应，并控制投加氯气的纯度；氯气的量如果控制不当，就容易引发副反应而生成氯酸根离子。

2 减少源水中的还原性物质控制亚氯酸盐生成
因为二氧化氯的强氧化性，能与水体中的还原性有机物或无机物反应，自身被还原成ClO2-，故降低源水中有机物的含量可以减少C1O2在净化水时所生成的ClO2-。

降低源水中还原性有机物和无机物的方法包括物理法、化学法和生化法。

2.1 物理法
物理法有强化混凝法、膜过滤法和吸附法等。

强化混凝法可以促进水体中有机物和无机物离子的加速去除，减少了可与C1O2发生反应的物质，并且经济实用可行、技术含量低，在欧美国家得到广泛应用，美国环境保护局将其列为去除水体中有机物的一种最有效、可行的方法。

但混凝效果通常受源水水质、混凝剂的种类、投加量和投加方式、pH值及水力条件等因素影响；而且会造成水浊度、污泥量的增加以及增加了进出水时调节溶液pH值的酸和碱量。

2.2 化学法
化学氧化法就是利用氧化介质将水体中的有机物和还原性无机离子氧化分解，这些介质通常是氧化势能较高的氧化剂或光子，其中可能会有催化剂的参与。

常用的化学氧化法有臭氧氧化、紫外光一臭氧氧化、紫外光一过氧化氢氧化、Fenton氧化等。

2.3 生物法
生物法是利用微生物的同化和异化作用净化水中的污染物，大大降低水中有机和无机污染物的浓度。

通常是在BAF罐中进行，里面装有大多为石英砂或陶粒等填料。

生物氧化法具有既经济又有效可靠的特点。

3 对已生成的亚氯酸盐进行去除
3.1 SO2-SO32-还原法
国外饮用水厂常采用此种方法去除水体中的二氧化氯和亚氯酸盐。

对于ClO2预氧化——Cl2消毒工艺，在ClO2预氧化之后先通入过量的SO2，形成SO2-SO32-水系，还原去除残留的ClO2和产生的ClO2-，然后在Cl2消毒阶段再通入一定量的氯气以除去过量的SO2和SO32-离子，还可保持水体含有一定量的余氯，继而保证持续消毒能力。

Gordon等人发现，按满足理论所需剂量投加过量的SO2，在pH=5-7范围内，能够在几分钟内完全去除水体中的ClO2-和残留的ClO2，可能存在的反应式如下式所示：
pH值SO2-SO32-去除ClO2-有重要的影响，一般来说酸性条件有助于ClO2-的快速去除，碱性（一般pH=8.7-11.5），并且水体中存在溶解氧时，ClO2-的去除效果会有所降低还可能导致生成ClO3-，可能的反应机理如下式所示：
对于一般的饮用水或微污染源水，水体中溶解氧的浓度较高，因此利用该方法去除ClO2-时势必会产生一定量的ClO3-，这就给此技术的推广应用带来了很大的局限。

3.2 亚铁还原法
亚铁离子本身具有的还原性能，可将亚氯酸盐还原为氯离子的同时，自身被氧化成三价铁离子，在碱性条件下再结合OH-生成氢氧化铁沉淀，该反应非常迅速，一般几秒钟内即可完成，最长情况下也只需几分钟。

另外，在反应产物中没有观察到ClO3-，而还原产物只有C1-。

因而，亚铁还原亚氯酸盐的方法被认为是最有应用前景的。

该方法已有大量的研究，其反应机理为：
理论上按上式计算，去除1mg的ClO2-需要消耗3.31ng的Fe2+。

经过众多的试验和生产应用发现，ClO2-/Fe2+质量比当量基本在1：（3-4）。

影响亚铁去除ClO2-的效率的因素有水体总有机物（DOC）、溶解氧（DO）和pH值。

当反应条件控制适宜，一般有95%以上的ClO2-转化成Cl-。

有国外学者试验研究提出
当pH=5-7时，按3.0-3.1mgFe/mg ClO2-比例投加亚铁盐，此时能够加速ClO2-的去除，基本上它们完全反应且可溶性铁的含量量非常低。

试验发现在pH=5-7条件下，1mg/L的ClO2-溶液中投入3.31mg/L的Fe2+就能够在很短时间内完全去除ClO2-；当pH=8-10时，需增加25%Fe2+的理论投量才能将ClO2-完全去除。

这种方法的另一个优点是亚铁最终被氧化成三价铁，正好可以作为絮凝剂，在水体中不但有利于絮凝的完成，而且可以减少混凝剂的投加量。

3.3 活性炭吸附法
活性炭降解ClO2-是吸附和化学还原反应综合的结果：首先发生的表面吸附作用，当ClO2-完全占据活性炭表面的吸附点位时，活性炭表面上的化学还原作用此时代替吸附起主导作用，成为去除ClO2-的主要途径。

活性炭通过氧化还原反应降解ClO2-的过程可能是：第一步，Cl-、ClO-等自由基的生成，是由ClO2-和活性炭表面的自由活性基团反应的结果；第二步，活性炭继续和第一步生成的主要副产物作用形成相关的氯化物，再经过一系列的反应最终的反应产物是C1-，ClO3-和O2，该过程当中可能有中间产物如Cl2O2 Cl2O3和HOCl等。

研究发现，在初始阶段的吸附作用ClO2-的去除率高达约90%，后期的化学还原作用ClO2-去除率下降仅为20%-30%。

其反应过程可能如下式所示：。