自来水处理过程中的加氯消毒副产物和控制方法

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自来水处理过程中的加氯消毒副产物和控制方法
发布时间:2021-12-15T06:24:07.006Z 来源:《福光技术》2021年20期作者:蒋晓
[导读] 氯消毒是自来水处理的重要手段,本文简要介绍了自来水氯消毒副产物的概念、分类、形成过程。

详细论述了氯消毒副产物的控制方法。

沭阳县城乡水务发展有限公司
摘要:氯消毒是自来水处理的重要手段,本文简要介绍了自来水氯消毒副产物的概念、分类、形成过程。

详细论述了氯消毒副产物的控制方法。

关键词:氯消毒;自来水;副产物;控制方法
引言
1902年,比利时在水处理工艺过滤前首次使用了氯化石灰,这被普遍认为是饮用水氯消毒技术的开始。

1905年,英国伦敦首次在公共供水系统中采用连续加氯消毒技术。

1908年,美国芝加哥首次使用次氯酸钠消毒技术。

随后,氯消毒技术得到了广泛应用并不断发展完善,水传播疾病得到了有效控制,进而改善饮用水水质,保障了人们的用水安全。

一百多年来,世界范围内的许多学者对氯消毒机理展开了广泛而深入的研究,如何克服由于氯消毒所带来的不利影响和危害也成为广大饮用水者所关心的问题之一。

1氯消毒副产物介绍
1.1氯消毒副产物的概念
当采用消毒剂(如氯气、臭氧、二氧化氯、氯胺等)对饮用水进行消毒处理时,由于饮用水中的天然有机物(Natural Organic Matter,NOM)、人为污染物或溴/碘离子等前体物质的存在,导致两者反应生成一系列卤代化合物,称为消毒副产物(DisinfectionBy-products,DBPs)。

1.2氯消毒副产物的分类
最初的饮用水DBPs主要指因氯消毒产生的副产物,随着消毒剂种类的增多,消毒方式的多样化,DBPs的涵盖范围也大大增加。

自20世纪70年代,Rook等首次证实了氯处理后的饮用水中有三卤甲烷的存在以来,得到确认的DBPs已有600多种,仅占水中DBPs总类的50%不到,其中大约有85种得到了人们一定程度的研究。

一般而言,DBPs主要分为以下四类,即三卤甲烷(Trihalomethanes,THMs)、卤乙酸(Haloaceticacids,HAAs)、卤乙腈(Haloacetonitriles,HANs)和致诱变化合物(Mutagenx,MX)。

THMs和HAAs是饮用水氯消毒处理后产生最多的两大类DBPs,其中THMs包括CHCl3(TCM)、CHCl2Br(BDCM)、CHClBr2(DBCM)和CHBr3(TBM);HAAs包括CH2ClCOOH(MCAA)、CH2BrCOOH(MBAA)、CHCl2COOH(DCAA)、CHBr2COOH(DBAA)、CHClBrCOOH(BCAA)、
CCl2BrCOOH(DCBAA)、CBr2ClCOOH(DBCAA)、CCl3COOH(TCAA)和CBr3COOH(TBAA)九种,统称HAA9。

HANs是继THMs和HAAs之后的第三大类DBPs,已发现的HANs类DBPs共有7种:氯乙腈(CAN)、三氯乙腈(TCAN)、二氯乙腈(DCAN)、溴氯乙腈(BCAN)、溴乙腈(BAN)、二溴乙腈(DBAN)和碘乙腈(IAN)。

此外,还有卤代酮(HKs)、卤代酚、卤乙醛、氯酸盐、溴酸盐、卤乙酰胺、MX等多种 DBPs。

在美国代表性氯消毒水厂的出水检测中得到的各DBPs分配比例为THMs占20.1%、HAA9占12.8%,HANs 占2%,水合氯醛(TCA)占1.5%,氯化氢占1%。

1.3氯消毒副产物的形成
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于被有效地去除的,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。

饮用水中三氯甲烷等卤代有机物大多是由水中有机物在加氯消毒过程中产生的,能和氯反应产生三氯甲烷的物质称为三氯甲烷的前驱物质,主要是以腐殖酸和富里酸的形式大量的存在于天然水体中,其次,人类生产、生活排入水体的大量的有机污染物也是三卤甲烷和其它卤代有机物前驱物质的重要来源。

在水处理过程中,氯与三卤甲烷的前驱物质腐殖酸、富里酸等反应所生成的三卤甲烷量是与前驱物质的浓度(通常用总有机碳TOC这个参数来反映)、投氯量、反应时间、反应温度、PH值等因素有关,一般情况是每1mg总有机碳的产率为2.30-20.2μg三卤甲烷总量(TTHM)。

Singer等人指出,三卤甲烷的生成势(THMFP)与原水中的TOC 有较大的线性关系。

其相关系数为0.802。

而且,在研究中还发现,在中性条件下,常规处理工艺出水中总有机卤代物含量(TOX)与总三卤甲烷量的比值为3.4:1,氯化后的总三卤甲烷量浓度占总有机卤
代物含量的)26%左右。

同时,常规处理工艺出水的总三卤甲烷量与总卤代有机物含量的比值与原水预氯化后的总三卤甲烷量与总卤代有机物含量的比值接近,说明常规处理工艺对三卤甲烷生成势和总卤代有机物生成势的去除效果基本接近,都与总有机碳的去除密切相关。

2氯消毒副产物的控制方法
饮用水净化处理后加氯消毒在杀灭细菌的同时会伴随产生对人类也构成威胁的有害物质,为了防止和减少这种不良影响,国内外的学者和专家进行了大量的研究工作,提出了不少解决途径,概括起来主要有以下几个方面。

2.1水源选择
对于新建自来水厂,要十分重视水源的选择,勘测时应对水源水质进行严格的全面分析,尽量选择和取用几乎没有受到有机污染的优质水源。

如果就近无法找到理想的水源时,应尽可能选用轻度污染的水源,即水体中氨、有机物及腐殖质含量相对较少的水源。

对于已建的水厂要加强对现有水源的保护,必须有严格的环境质量监测措施,以确保水源不受环境污染,并能够及时报告水质的变化情况。

2.2避免预氯化法
当饮用水源受到污染,原水中含有较多的氨、有机化合物时,水厂通常是在混凝工艺前投加氯。

这样的预氯化处理,虽然使水中氨与氯化合达到除氨目的,但与此同时,使净化全过程都有氯存在,不仅用氯量大,而且水中有机物等与氯的作用时间也相对较长,由于饮用水中卤代有机物的生成量随着投氯量和接触时间的增加而增加,这势必会有更多的卤代有机物生成。

因此,避免在净水处理工艺中采用预加氯可以控制饮用水中氯化消毒副产物的形成。

2.3控制投氯量
自来水氯化消毒过程中投氯量的选择是一个很重要的问题,必须控制适量并能及时调整。

加氯过多,虽然能够维持水中有较高浓度的余氯,有利于消毒灭菌,但会使氯与水中能够产生卤代有机物的前驱物质反应几率增加,同时,投氯量过多还可使水有氯臭,饮用者会产生不快的感觉,而投氯量不足的时候,则达不到消毒灭菌所需的效果。

因此,投氯量应根据实际需要视水质情况而定,并经常调整,同时还要作好计量工作。

2.4深度处理
氯化消毒在饮用水中产生的卤代有机物是氯与水中有机物相互作用的结果,如在常规处理工艺后增加适当的深度处理技术,降低水中有机物的种类和含量,尤其是去除或减少能够形成卤代有机物的前驱物质,那么,再经过加氯消毒处理就会保证饮用水的安全。

大量的实践证明,高锰酸钾预氧化,臭氧氧化 , 以及活性炭吸附等在去除和控制氯化消毒副产物前驱物质方面有比较好的效果。

参考文献
[1]潘金芳,张大年,前田泰昭. 腐植酸氯化过程中三氯甲烷生成的基础研究[J]. 环境科学, 1996,17(3):31 36]
[2]郭士权, 饮用水中氯消毒副产物的形成与去除重庆建筑大学学报,1994
[3]黄君礼,水中腐殖酸等前驱物质对卤仿形成的影响,环境化学,1987。

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