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饮用水的消毒及其消毒副产物的控制

文档作者：郑德瑞1 王卫东2 任立1 张扬文档来源：山东建筑大学市政与环境工程学院山东大众报业集团有限公司		点击数：	更新时间： 2025年04月03日
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跃用水的消霉及其消霉副产绎珍的控制郑德瑞1王卫东2任立1张扬1f1山东建筑大学市政与环境工程学院 山东济南2501012山东大众报业集团有限公司 山东济南 250014)摘要 阐述消毒工艺的发展历程和常用的消毒方法．对不同的消毒方式产生的不同消毒副产物(DBPs)及其危害进行分析．归纳国内外常用的控制DBPs技术方法。指出多级组合工艺既可有效去除水中DBPs的前体物质，又可去除已生成的DBPs，是一种较稳妥的DBPs控制技术；认为从水源保护入手，从源头上控制污染物的排放才是控制消毒副产物的根本途径。关键词饮用水消毒消毒副产物控制工艺中图分类号：TU991．25 文献标识码：A 文章编号：1672—9064(2014)04—070—03随着水处理技术的发展．饮用水消毒剂及应用研究取得了很多成果。饮用永消毒是指杀灭水中的病原菌、病毒和其它致病性微生物．为了防止这种通过水介质引起疾病的传播：后来发现经过消毒后的水仍含有微量的消毒剂．并且产生了一些消毒副产物。因此，人们对消毒副产物开始关注并进行了大量的研究实验．希望可以找到理想的消毒剂．使其既可以杀灭病原体，也不产生对人类有害的消毒副产物。1 饮用水的消毒工艺发展历程饮用水消毒始于19世纪初。当时使用氯气作为?肖毒剂，它能有效杀灭水中病原微生物．大大降低了人们感染伤寒、霍乱等水传播疾病的概率。以美国为例，饮用水消毒后使得霍乱、伤寒和阿米巴痢疾的发病率分别下降了90％、80％和50％ttl。但是．从20世纪70年代起，由于氯气消毒副产物(DBPs)不断在饮用水中检出．氯消毒的安全性受到了质疑，其它消毒技术开始逐渐得到应用和发展。美国于1944年就开始在饮用水中应用二氧化氯(CIO：)进行自来水消毒，美国的Niagara Falls水厂使用C10，控制水中因藻类繁殖与酚污染所产生的气味．取得良好的效果。但是CIO，在水中溶解度小．易分解。稳定性差，一般为现场制取，且成本较高，在大中型水厂的使用受到一定限制。膜技术是近30年迅速发展的一项新技术．是水处理行业一项革命性的突破。早在“二战”时期．德军就用膜过滤被弹药污染的水源以获取饮用水。1957年．美国公共卫生协会及水工业协会同意将膜用于水中大肠杆菌的去除．这是膜技术在水工业中的首次正式应用【2]。2饮用水的消毒方式及其消毒副产物(1)氯消毒。氯气溶于水后产生的次氯酸具有很好的微生物杀灭作用．消毒机理是通过穿透细胞壁，破坏细菌和病毒的细胞膜、蛋白质、核酸致其死亡。氯消毒以其价格低廉、来源广、具有余氯持续作用等优点，广泛应用于饮用水深度处理工艺中．也是我国多年来在给水处理中一直沿用的消毒手段。但是，近几十年来人们逐渐发现，氯作为消毒剂在杀死致病菌的同时．会与水中某些有机、无机成分发生一系列化学反应．产生对人体健康有害的物质一消毒副产物。氯消毒副产物一般可归结为4类：三卤甲烷(THMs)、卤代乙酸(HAAs)、卤代乙腈(HANs)和致诱变化合物(MX)。氯消毒副产物主要是在预氧化和后消毒过程中产生的，而相对后消毒来说．预氧化产生的消毒副产物的量相对多一些，另一方面，为了保证水在管网中的生物稳定性．进入管网的水中应存在余氯。大量流行病学调查证明。长期饮用氯消毒的水会增加人们得癌症的危险。(2)氯胺消毒。氯胺消毒作用机理与氯气相近，通过穿透细胞膜．使核酸变性。阻止蛋白质的合成来达到杀灭微生物的目的。一些能被氯胺灭活的病菌所需氯胺的浓度较高，接触时间也需要更长。但是近些年来．研究人员检测出了危害性更大的含氮消毒副产物——亚硝胺、卤代硝基甲烷、卤代乙腈[3]．这些物质在氯胺消毒过程中的生成量远高于氯气消毒法．因此氯胺消毒的安全性和实用性也开始受到质疑。也有研究表明．卤代消毒副产物的生成量直接与游离氯有关。如果投加化合态氯．可以使卤代消毒副产物的生成量明显减少．同时还可以增加配水管网中剩余消毒剂的稳定性。但是，氯胺消毒的杀菌效果不如氯．所以．一般它不能用作单一的消毒剂。(3)CIO：消毒。C10，是一种较好的饮用水消毒剂。这是由于C10，具有高效广谱的杀菌效果、作用持久、在水中的扩散速度与渗透能力均比氯快。所以C10，消毒已受到国内外环境工作者的普遍关注。CIO：在我国的应用时间不长，关于它的消毒机理与反应性质等方面的问题有待于进一步在实践和理论上探讨。与氯消毒相比。C10：消毒产生的有机消毒副产物较少．CIO，的消毒副产物主要是无机消毒副产物：CIO：一和ClO，一。这2种消毒副产物毒理学影响较大，可能会抑制人体甲状腺素分泌．引起胎儿小脑发育不正常、神经行为迟缓等症状。所以，采用ClO：消毒应严格控制管网水中C10：、C102-和C103-的含量。有关这方面的文献资料不多，但它在水处理方面初步显示出的卓越性能以及国内外工程实践证明．它是一种充满希望的新型消毒剂和废水处理剂。(4)臭氧消毒。臭氧消毒相对于氯消毒、CIO：消毒和氯胺消毒．它的的消毒能力最强。臭氧消毒不仅可以去除饮用水中的色、嗅味，而且能杀死各种病菌、病毒和原虫等微生物等。臭氧消毒能将有机物氧化成无机物，不会产生二次污染。但是臭氧不具有持续杀菌的能力，此外，臭氧还产生消毒副作者简介：郑德瑞(1989，)，男，山东建筑大学在读硕士研究生。万方数据 2014．N0．4．@产物。其副产物从起源来说可分成2种：①认为是由自然有机化合物(水中腐殖酸类)引起；②认为是由溴离子存在条件下生成的消毒副产物。其中臭氧与自然有机化合物(主要是腐殖酸)反应生成的物质主要是羰基化合物、含氧酸类、羰酸类等，并伴有水和CO：生成。臭氧消毒副产物中属羰基化合物有甲醛、乙醛、乙二醛、甲基乙二醛等，已被证明有急性或慢性毒性．其中甲醛被国际癌症研究机构列为可疑致癌物．(5)紫外线消毒。紫外线消毒的优点是管理简单、杀菌速度快且效率高．紫外线在消毒剂量范围内不产生消毒副产物，同时基本上不改变水的物理性质：缺点是成本高．无持续杀菌能力．细菌可能在管网中再次繁殖．需与其他工艺联合以弥补．一般仅在特殊情况下小规模使用。紫外线消毒技术已被认可为适合杀灭隐孢子虫和贾第鞭毛虫消毒技术．特别适用于地表水和其他易受感染水源。紫外线消毒在国内外得到了迅速发展．但仍是一项新技术，需投入更多的研发力量对紫外线及其组合消毒技术的特点和优缺点进行充分研究．3 消毒副产物的控制工艺到目前为止，主要的控制消毒副产物的途径有：①采用替代消毒剂和新的消毒方法：②去除消毒副产物的前驱物质：③去除消毒过程中已产生的消毒副产物。(1)采用替代消毒剂和新的消毒方法。目前大部分依然在采用氯消毒剂进行消毒．但是氯消毒会生成有害消毒副产物，所以，为满足对饮用水安全性的要求．已经开始寻找能取代氯消毒剂的方法。利用CIO，和氯以1：1混合进行的水消毒实验表明．饮用水消毒副产物的含量比单用氯消毒减少67％～75％㈧。此外．邓正栋臣等人用三碘树脂来处理饮用水。结果发现三碘树脂具有良好的消毒效果．杀菌快速且持久，可作为便携式净水装置的消毒剂使用。所以．应根据实际的水质及想达到的处理要求来选择不同的消毒剂或消毒剂的组合。到且前为止还没有一种消毒方法完美无缺．不同消毒技术配合使用往往能够起到互补长短的效果．(2)去除消毒副产物的前驱物。降低源水中有机前体物的含量是减少饮用水消毒副产物的基础。消毒副产物的前体物质主要是天然有机物(NOM)和人工合成有机物．而天然有机物有腐殖质和藻类有机物等。目前去除DBPs前体物的方法主要有强化混凝法、生物预处理、膜技术、化学预氧化法等：①有学者以强化混凝(Enhanced Coagulmion)来提高对于有机物的去除效率．而增进混凝来去除消毒副产品前驱物质。刘海龙等【61对高藻原水预臭氧强化混凝除藻特性研究．其中研究了预臭氧强化混凝对水体中有机物和消毒副产物的控制．得出了预臭氧强化混凝对消毒副产物控制效果明显优于常规混凝；②生物预处理技术是加在常规处理工艺之前．利用微生物的新陈代谢的作用减少可生化总有机碳和消毒副产物前体物。覃操等[7]对水处理工艺中NDMA的生成与去除特性研究．得出了生物预处理技术能有效的去除NDMA的前体物；③膜技术通常可分为微滤、超滤、纳滤和反渗透等。Siddiqui等[8]的研究表明，纳滤膜对三卤甲烷前体物和卤乙酸前体物有较高去除率，分别达97％和94％：④对于化学预2014．NO．4．氧化法已有一些研究．如美国一项新的电化学法水处理工艺可以降低原水中溴化物浓度．从而可减少三卤甲烷的生成[gJ。除了以上几种可以去除消毒副产物的前驱物外还有一些别的方法。李春敏等[10j利用超滤膜技术组合工艺对饮用水氯消毒的生物稳定性试验研究．混凝沉淀～粉末活性炭～超滤组合工艺具有最佳的净水效果．消毒副产物的生成量控制在101山g／L以下，对消毒副产物及其前体物的去除效果较好。(3)去除消毒过程中已产生的消毒副产物。这是去除消毒副产物最直接的方法，主要有活性炭吸附、吹脱法、膜法、光催化和高级氧化技术等。研究表明．在常规水处理工艺流程中投加粉状活性炭．能吸附去除水中各种有机污染物(副产物前驱物和副产物本身)．使其致突变活性成阴性…]。卤代有机物是消毒副产物的绝对主体．而在现有分析技术所能定量的卤代有机物中60％以上是三卤甲烷和卤代乙酸．2者均具有挥发性．因此可采用吹脱法或曝气法。Xu等【12嘲：究表明．紫外线也可以短时间内有效的降解氯化消毒副产物．N一亚硝基吡咯烷和N一亚磺基哌啶在5rain内降解率达到99％。零价铁／TiO：对三氯甲烷也有较高的去除率，当铁屑与TiO：质量之比为97：3，pH值为6．0时，水中三氯甲烷的去除率可以达到85％以上[13 7。4结语水源水的污染问题越来越严重．水中有机物质逐渐增多．给饮用水安全带来重大隐患。由于单独的消毒工艺不能达到对出水水质的要求．多级屏障组合工艺成为研究者目前研究和应用的热点m、。从目前的发展趋势来看．采用组合工艺既可有效地去除水中DBPs的前体物质．又能去除已生成的DBPs。要想彻底解决饮用水中消毒副产物的问题．除了上述措施之外．更重要的是要从水源保护人手．从源头上控制污染物的排放．这才是控制消毒副产物的根本途径。参考文献1 Ohanian EV，Mullin C S，Orme J．Health effects of disinfectants anddisinfection b，-products：a regulatory perspective．Water Chlorina—tion：Chemistry，Environmental Impact and Health Efleets．，1989(6)2 Madaeni S S．The application of membrane technology for water disin—fection．Water Research，1999。33(2)3 Krasrler，S．融，Weinberg，H…S Richardson，S…D Pastor，Sj．，Chinn，R．，Sclimenti，M．J．，Gretchen D．O．&amp;amp;Thruston，A．D．Occurrence of a newgeneration of disinfection byproducts。Environmental Science&amp;amp;Tech—nology，2006，40(23)4周永林．饮水中有机物污染及其去除方法研究．中国公共卫生．1996，12(11)5邓正栋．张平．李红新．三碘树脂用于饮用水消毒的试验研究．中国给水排水，2007，23(5)6刘海龙．杨栋．赵智勇．等．高藻原水预臭氧强化混凝除藻特性研究．环境科学，2009．30(7)7覃操．徐斌．夏圣骥．等．饮用水处理工艺中NDMA的生成与去除特性研究．中国给水排水，2010，26(21)8Siddiqui，M．，Amy，G，，Ryan．J．，&amp;amp;Odem，W．Membranes for the controlof natural organic matter from surface waters．Water research，2000，34(13)(下转第73页)万方数据去除百分率／％ P————～＼．限量曝气 限量曝气 半限量曝气图l 不同进水方式下SBR处理污水的结果综合去除率，％+CODr，—-一N}{1一N—．●r—P—·一CODc。—-一N}h—N—·●r—P0 l 2 3 4 5 6 7 8U；Jqbl／h图2不同曝气时间下SBR处理污水的结果高．曝气时间越长提供给脱氮反应中硝化反应的氧气量更多．该反应就能越充分地进行。(3)不同污泥浓度下SBR处理污水的结果见图3。在不同污泥浓度下，COD。NH，一N、P的各项值基本在l／2～1／3浓度间．即2760～2053mg／L间达到最低，而去除率达到最大值。氨氮浓度基本没有明显变化。当污泥负荷高时．活性污泥中的异氧菌将会成为绝对优势菌．而硝化菌、反硝化菌、聚磷菌的生命活动均会受到抑制。(4)不同进水时间下SBR处理污水的结果见图4。在不同进水时间下．去除率基本上是随着进水时间的增加而升高。进水搅拌0．5h和lh时3者去除率是升高的。进水搅拌是一个厌氧的过程．适当延长进水时间会增强反硝化作用．只要有足够的碳源就可以促进反硝化作用．硝酸盐可以被厌氧菌作用而被还原成氮气．从而达到脱氮目的。(5)不同C／N比下SBR处理污水的结果见表3。C／N比下．NH3-N去除率在C／N=5．0时最大。。 ／<夕夕><泌。5950></夕夕>

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