第5章饮用水消毒技术及其消毒副产物.pptx
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• 氯胺是一种复杂的无机氯胺和有机氯胺的混合物, 其消毒原理是通过缓慢释放次氯酸而消毒的。
• 优点:当水中含有有机物和酚时,氯胺消毒不会产生 氯臭和氯酚臭,同时大大减少THM产生的可能氯胺 消毒更能保证管网末梢和慢流地区的余氯要求,因 为 HClO是逐渐放出来的,这样能保持水中余氯较 久,适用于供水管网较长的情况。 缺点：但氯胺消毒要求氯胺长时间与水接触才能 获得与氯消毒相同的作用,而且氯胺对人体健康存 在着潜在的影响,由它导致产生的消毒副产物的毒 性更强,因此，用氯胺消毒应慎重。
第6章 饮用水消毒技术及 其消毒副产物
谢曙光 博士/副教授 北京大学环境科学与工程学院
饮用水消毒的必要性
• 消毒是给水处理工艺中的重要组成部分。在供水系统中,消毒是 最后一道处理工艺,是保证用户安全用水、防止通过供水管网传 播各种传染病的必不可少的措施。
• 19世纪中叶,人类历史第一次将水质与人体健康直接联系起来,正 是认识到严重危害生命的霍乱、伤寒、痢疾等传染病是微生物通 过饮用水传播的。
Βιβλιοθήκη Baidu
氯化消毒副产物形成的主要影响因素
对三氯甲烷等的动力学研究表 明,CDBPs的生成属于二级反应，主要与有 机化合物的浓度和投氯量有关,并受反应时 间、pH值、水温、Br -及金属离子浓度、氨 等多种因素的影响。
氯化消毒副产物形成的影响因素 1－2
• 1 原水中腐殖酸等有机物含量越高，CDBPs的生成量越 大，且与有机物的性质、成分等有关。 疏水性成分对THMs的贡献率比相应的亲水性成分 要大，疏水性有机碱和中性物质生成HAAs的能力强。
• 饮用水加氯消毒,HOCl等消毒剂既是氧化剂,也是亲电加 成试剂。
• THMs的形成过程可分为两个步骤,第一步是氯原子对前 体物质的取代与加成反应,第二步是前体物质中的烯醇 式结构发生互变异构形成醛酮结构,经历开环、水解、 脱羧,逐步生成THMs。
• 对HAAs的形成机理研究虽然不及THMs深入，但普遍认 为NOM也是生成HAAs等的主要前体物质，且HAAs的 主要存在形式三氯乙酸(TCAA)并不是由二氯乙酸 (DCAA)进一步氯化生成，两者分别由不同的反应途径 生成，TCAA的形成与腐殖酸的芳香环断裂有关,DCAA 的形成与腐殖酸上芳香环和含氮官能团的多少有关。
• 此外，给水管网的生物稳定性问题对常规氯消毒技术的挑战越来 越多的研究证实如果出厂水含有足够多的生物可降解的有机物时, 即使维持足够多的余氯,细菌仍然会在给水管网内再繁殖。
• 这些问题对饮用水的安全性构成了严重威胁,因此消毒技术的优 化和发展成为十分紧迫的问题。
饮用水消毒的主要技术
• 氯消毒（液氯消毒和氯胺消毒法） • 二氧化氯消毒 • 紫外线消毒 • 臭氧消毒
• 2 投氯量对CDBPs的影响表现在两个方面。 一方面,投氯量影响CDBPs的浓度水平,在低于某一比
氯胺消毒
• 20世纪50年代，氯胺用于饮用水消毒盛行 一时,但因其对微生物的灭活能力较游离氯 弱而逐渐被淘汰。
• 近年来由于氯胺消毒能够减少消毒过程中 三氯甲烷的产生而再度引起关注。如美国 为控制饮用水中的三氯甲烷含量，1998年 已有29.4%的水厂使用了氯胺消毒，且比例 在逐步提高。
氯胺消毒机理和优缺点
第1部分 氯消毒
氯消毒的优点和应用
• 氯消毒使用最早，已成功地应用了一个多 世纪,由于其具有价格便宜、容易使用、杀 灭细菌能力强及在水中持续时间较长等优 点至今仍为许多国家广泛采用,成为保证饮 水流行病学安全的主要措施。
• 美国自来水厂中约有94.5%采用氯消毒，中 国99.5%以上自来水厂采用氯消毒。
• 20世纪初发现氯可以灭活水传致病微生物后,氯消毒在给水处理 中得到广泛应用,成为保护人体健康的重要技术进步之一。
• 但自20世纪70年代发现氯消毒产生有“三致”作用的消毒副产物 以后,对氯消毒技术的优化和再评价成为一个热点。饮用水中不 断发现新的病原微生物,如微小似病毒、贾第虫、军团菌和隐孢 子虫等。饮用水中越来越多的致病微生物种类对饮用者健康构成 直接威胁,而且部分新型致病微生物如隐孢子虫等不能被氯杀死。
• 研究调查表明,CDBPs与膀胱癌、结肠癌、直肠癌、 胰腺癌、脑癌与肺癌等具有一定的相关性,可增加 孕妇早期流产的危险性并可使婴儿患中枢神经缺 陷症,与心血管疾病的关系还有待进一步研究。
三卤甲烷与卤乙酸的单位致癌风险
氯化消毒副产物形成机理
• 在氯化消毒过程中,水中天然有机物,如腐殖酸、富里酸 和藻类与加入水中的氯发生取代、加成和氧化反应生成 CDBPs。
• 目前已检测到的CDBPs多达数百种。
氯化消毒副产物的种类
氯化消毒副产物的危害
• 在CDBPs的流行病学研究方面,主要围绕在癌症、 生殖毒性和心血管疾病三个方面。
• 三卤甲烷(THMS):某些动物实验表明,一定剂量的 THMS可以诱导肝、肾细胞毒性。
• 卤乙酸(HAAS):动物实验发现,HAAS具有致癌、生 殖、发育毒性,并且发现高剂量的DCAA有明显的 神经毒性,当DCAA和TCAA的剂量增高时,可以引 起心脏畸形。
氯消毒的缺点
• 消毒产生的副产物 • 长期使用氯消毒，会使病原微生物或多或
少的产生了抗药性 • 余氯的增加,必然导致饮用水的口感变差
液氯消毒作用的机理
一般认为，主要通过次氯酸HClO来起作 用。当氯或次氯酸加入到水中时会先水解、 解离,主要形成HClO、ClO-等物质，由于 HClO为分子量很小的电中性分子,比较容易 渗透到带负电的细菌表面，并通过细胞壁 穿透到细菌内部，通过氧化作用破坏细菌 的酶系统而使细菌死亡。
氯化消毒副产物问题由来
• 1974年美国的Rook和Bellar相继发现在饮水氯化 消毒过程中,有三卤甲烷等副产物的生成。
• 1976年,美国国立癌症研究所首次证实三卤甲烷中 的氯仿能引起实验动物发生肿瘤。
• 这些研究一经报道,立刻引起普遍关注,饮水氯化消 毒的安全性问题,尤其是围绕饮水消毒副产物 (disinfection by_products, DBPs),特别是氯化消 毒副产物(CDBPs)对健康的影响便成为众多研究 者的主要研究课题。
• 优点:当水中含有有机物和酚时,氯胺消毒不会产生 氯臭和氯酚臭,同时大大减少THM产生的可能氯胺 消毒更能保证管网末梢和慢流地区的余氯要求,因 为 HClO是逐渐放出来的,这样能保持水中余氯较 久,适用于供水管网较长的情况。 缺点：但氯胺消毒要求氯胺长时间与水接触才能 获得与氯消毒相同的作用,而且氯胺对人体健康存 在着潜在的影响,由它导致产生的消毒副产物的毒 性更强,因此，用氯胺消毒应慎重。
第6章 饮用水消毒技术及 其消毒副产物
谢曙光 博士/副教授 北京大学环境科学与工程学院
饮用水消毒的必要性
• 消毒是给水处理工艺中的重要组成部分。在供水系统中,消毒是 最后一道处理工艺,是保证用户安全用水、防止通过供水管网传 播各种传染病的必不可少的措施。
• 19世纪中叶,人类历史第一次将水质与人体健康直接联系起来,正 是认识到严重危害生命的霍乱、伤寒、痢疾等传染病是微生物通 过饮用水传播的。
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氯化消毒副产物形成的主要影响因素
对三氯甲烷等的动力学研究表 明,CDBPs的生成属于二级反应，主要与有 机化合物的浓度和投氯量有关,并受反应时 间、pH值、水温、Br -及金属离子浓度、氨 等多种因素的影响。
氯化消毒副产物形成的影响因素 1－2
• 1 原水中腐殖酸等有机物含量越高，CDBPs的生成量越 大，且与有机物的性质、成分等有关。 疏水性成分对THMs的贡献率比相应的亲水性成分 要大，疏水性有机碱和中性物质生成HAAs的能力强。
• 饮用水加氯消毒,HOCl等消毒剂既是氧化剂,也是亲电加 成试剂。
• THMs的形成过程可分为两个步骤,第一步是氯原子对前 体物质的取代与加成反应,第二步是前体物质中的烯醇 式结构发生互变异构形成醛酮结构,经历开环、水解、 脱羧,逐步生成THMs。
• 对HAAs的形成机理研究虽然不及THMs深入，但普遍认 为NOM也是生成HAAs等的主要前体物质，且HAAs的 主要存在形式三氯乙酸(TCAA)并不是由二氯乙酸 (DCAA)进一步氯化生成，两者分别由不同的反应途径 生成，TCAA的形成与腐殖酸的芳香环断裂有关,DCAA 的形成与腐殖酸上芳香环和含氮官能团的多少有关。
• 此外，给水管网的生物稳定性问题对常规氯消毒技术的挑战越来 越多的研究证实如果出厂水含有足够多的生物可降解的有机物时, 即使维持足够多的余氯,细菌仍然会在给水管网内再繁殖。
• 这些问题对饮用水的安全性构成了严重威胁,因此消毒技术的优 化和发展成为十分紧迫的问题。
饮用水消毒的主要技术
• 氯消毒（液氯消毒和氯胺消毒法） • 二氧化氯消毒 • 紫外线消毒 • 臭氧消毒
• 2 投氯量对CDBPs的影响表现在两个方面。 一方面,投氯量影响CDBPs的浓度水平,在低于某一比
氯胺消毒
• 20世纪50年代，氯胺用于饮用水消毒盛行 一时,但因其对微生物的灭活能力较游离氯 弱而逐渐被淘汰。
• 近年来由于氯胺消毒能够减少消毒过程中 三氯甲烷的产生而再度引起关注。如美国 为控制饮用水中的三氯甲烷含量，1998年 已有29.4%的水厂使用了氯胺消毒，且比例 在逐步提高。
氯胺消毒机理和优缺点
第1部分 氯消毒
氯消毒的优点和应用
• 氯消毒使用最早，已成功地应用了一个多 世纪,由于其具有价格便宜、容易使用、杀 灭细菌能力强及在水中持续时间较长等优 点至今仍为许多国家广泛采用,成为保证饮 水流行病学安全的主要措施。
• 美国自来水厂中约有94.5%采用氯消毒，中 国99.5%以上自来水厂采用氯消毒。
• 20世纪初发现氯可以灭活水传致病微生物后,氯消毒在给水处理 中得到广泛应用,成为保护人体健康的重要技术进步之一。
• 但自20世纪70年代发现氯消毒产生有“三致”作用的消毒副产物 以后,对氯消毒技术的优化和再评价成为一个热点。饮用水中不 断发现新的病原微生物,如微小似病毒、贾第虫、军团菌和隐孢 子虫等。饮用水中越来越多的致病微生物种类对饮用者健康构成 直接威胁,而且部分新型致病微生物如隐孢子虫等不能被氯杀死。
• 研究调查表明,CDBPs与膀胱癌、结肠癌、直肠癌、 胰腺癌、脑癌与肺癌等具有一定的相关性,可增加 孕妇早期流产的危险性并可使婴儿患中枢神经缺 陷症,与心血管疾病的关系还有待进一步研究。
三卤甲烷与卤乙酸的单位致癌风险
氯化消毒副产物形成机理
• 在氯化消毒过程中,水中天然有机物,如腐殖酸、富里酸 和藻类与加入水中的氯发生取代、加成和氧化反应生成 CDBPs。
• 目前已检测到的CDBPs多达数百种。
氯化消毒副产物的种类
氯化消毒副产物的危害
• 在CDBPs的流行病学研究方面,主要围绕在癌症、 生殖毒性和心血管疾病三个方面。
• 三卤甲烷(THMS):某些动物实验表明,一定剂量的 THMS可以诱导肝、肾细胞毒性。
• 卤乙酸(HAAS):动物实验发现,HAAS具有致癌、生 殖、发育毒性,并且发现高剂量的DCAA有明显的 神经毒性,当DCAA和TCAA的剂量增高时,可以引 起心脏畸形。
氯消毒的缺点
• 消毒产生的副产物 • 长期使用氯消毒，会使病原微生物或多或
少的产生了抗药性 • 余氯的增加,必然导致饮用水的口感变差
液氯消毒作用的机理
一般认为，主要通过次氯酸HClO来起作 用。当氯或次氯酸加入到水中时会先水解、 解离,主要形成HClO、ClO-等物质，由于 HClO为分子量很小的电中性分子,比较容易 渗透到带负电的细菌表面，并通过细胞壁 穿透到细菌内部，通过氧化作用破坏细菌 的酶系统而使细菌死亡。
氯化消毒副产物问题由来
• 1974年美国的Rook和Bellar相继发现在饮水氯化 消毒过程中,有三卤甲烷等副产物的生成。
• 1976年,美国国立癌症研究所首次证实三卤甲烷中 的氯仿能引起实验动物发生肿瘤。
• 这些研究一经报道,立刻引起普遍关注,饮水氯化消 毒的安全性问题,尤其是围绕饮水消毒副产物 (disinfection by_products, DBPs),特别是氯化消 毒副产物(CDBPs)对健康的影响便成为众多研究 者的主要研究课题。