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飲用水的消毒及其消毒副產(chǎn)物的控制

文檔作者：鄭德瑞1 王衛(wèi)東2 任立1 張揚文檔來源：山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院山東大眾報業(yè)集團有限公司		點擊數(shù)： 10 1	更新時間： 2025年04月03日
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躍用水的消霉及其消霉副產(chǎn)繹珍的控制鄭德瑞1王衛(wèi)東2任立1張揚1f1山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院 山東濟南2501012山東大眾報業(yè)集團有限公司 山東濟南 250014)摘要 闡述消毒工藝的發(fā)展歷程和常用的消毒方法．對不同的消毒方式產(chǎn)生的不同消毒副產(chǎn)物(DBPs)及其危害進行分析．歸納國內(nèi)外常用的控制DBPs技術(shù)方法。指出多級組合工藝既可有效去除水中DBPs的前體物質(zhì)，又可去除已生成的DBPs，是一種較穩(wěn)妥的DBPs控制技術(shù)；認為從水源保護入手，從源頭上控制污染物的排放才是控制消毒副產(chǎn)物的根本途徑。關(guān)鍵詞飲用水消毒消毒副產(chǎn)物控制工藝中圖分類號：TU991．25 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672—9064(2014)04—070—03隨著水處理技術(shù)的發(fā)展．飲用水消毒劑及應(yīng)用研究取得了很多成果。飲用永消毒是指殺滅水中的病原菌、病毒和其它致病性微生物．為了防止這種通過水介質(zhì)引起疾病的傳播：后來發(fā)現(xiàn)經(jīng)過消毒后的水仍含有微量的消毒劑．并且產(chǎn)生了一些消毒副產(chǎn)物。因此，人們對消毒副產(chǎn)物開始關(guān)注并進行了大量的研究實驗．希望可以找到理想的消毒劑．使其既可以殺滅病原體，也不產(chǎn)生對人類有害的消毒副產(chǎn)物。1 飲用水的消毒工藝發(fā)展歷程飲用水消毒始于19世紀初。當(dāng)時使用氯氣作為?肖毒劑，它能有效殺滅水中病原微生物．大大降低了人們感染傷寒、霍亂等水傳播疾病的概率。以美國為例，飲用水消毒后使得霍亂、傷寒和阿米巴痢疾的發(fā)病率分別下降了90％、80％和50％ttl。但是．從20世紀70年代起，由于氯氣消毒副產(chǎn)物(DBPs)不斷在飲用水中檢出．氯消毒的安全性受到了質(zhì)疑，其它消毒技術(shù)開始逐漸得到應(yīng)用和發(fā)展。美國于1944年就開始在飲用水中應(yīng)用二氧化氯(CIO：)進行自來水消毒，美國的Niagara Falls水廠使用C10，控制水中因藻類繁殖與酚污染所產(chǎn)生的氣味．取得良好的效果。但是CIO，在水中溶解度小．易分解。穩(wěn)定性差，一般為現(xiàn)場制取，且成本較高，在大中型水廠的使用受到一定限制。膜技術(shù)是近30年迅速發(fā)展的一項新技術(shù)．是水處理行業(yè)一項革命性的突破。早在“二戰(zhàn)”時期．德軍就用膜過濾被彈藥污染的水源以獲取飲用水。1957年．美國公共衛(wèi)生協(xié)會及水工業(yè)協(xié)會同意將膜用于水中大腸桿菌的去除．這是膜技術(shù)在水工業(yè)中的首次正式應(yīng)用【2]。2飲用水的消毒方式及其消毒副產(chǎn)物(1)氯消毒。氯氣溶于水后產(chǎn)生的次氯酸具有很好的微生物殺滅作用．消毒機理是通過穿透細胞壁，破壞細菌和病毒的細胞膜、蛋白質(zhì)、核酸致其死亡。氯消毒以其價格低廉、來源廣、具有余氯持續(xù)作用等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于飲用水深度處理工藝中．也是我國多年來在給水處理中一直沿用的消毒手段。但是，近幾十年來人們逐漸發(fā)現(xiàn)，氯作為消毒劑在殺死致病菌的同時．會與水中某些有機、無機成分發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)．產(chǎn)生對人體健康有害的物質(zhì)一消毒副產(chǎn)物。氯消毒副產(chǎn)物一般可歸結(jié)為4類：三鹵甲烷(THMs)、鹵代乙酸(HAAs)、鹵代乙腈(HANs)和致誘變化合物(MX)。氯消毒副產(chǎn)物主要是在預(yù)氧化和后消毒過程中產(chǎn)生的，而相對后消毒來說．預(yù)氧化產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物的量相對多一些，另一方面，為了保證水在管網(wǎng)中的生物穩(wěn)定性．進入管網(wǎng)的水中應(yīng)存在余氯。大量流行病學(xué)調(diào)查證明。長期飲用氯消毒的水會增加人們得癌癥的危險。(2)氯胺消毒。氯胺消毒作用機理與氯氣相近，通過穿透細胞膜．使核酸變性。阻止蛋白質(zhì)的合成來達到殺滅微生物的目的。一些能被氯胺滅活的病菌所需氯胺的濃度較高，接觸時間也需要更長。但是近些年來．研究人員檢測出了危害性更大的含氮消毒副產(chǎn)物——亞硝胺、鹵代硝基甲烷、鹵代乙腈[3]．這些物質(zhì)在氯胺消毒過程中的生成量遠高于氯氣消毒法．因此氯胺消毒的安全性和實用性也開始受到質(zhì)疑。也有研究表明．鹵代消毒副產(chǎn)物的生成量直接與游離氯有關(guān)。如果投加化合態(tài)氯．可以使鹵代消毒副產(chǎn)物的生成量明顯減少．同時還可以增加配水管網(wǎng)中剩余消毒劑的穩(wěn)定性。但是，氯胺消毒的殺菌效果不如氯．所以．一般它不能用作單一的消毒劑。(3)CIO：消毒。C10，是一種較好的飲用水消毒劑。這是由于C10，具有高效廣譜的殺菌效果、作用持久、在水中的擴散速度與滲透能力均比氯快。所以C10，消毒已受到國內(nèi)外環(huán)境工作者的普遍關(guān)注。CIO：在我國的應(yīng)用時間不長，關(guān)于它的消毒機理與反應(yīng)性質(zhì)等方面的問題有待于進一步在實踐和理論上探討。與氯消毒相比。C10：消毒產(chǎn)生的有機消毒副產(chǎn)物較少．CIO，的消毒副產(chǎn)物主要是無機消毒副產(chǎn)物：CIO：一和ClO，一。這2種消毒副產(chǎn)物毒理學(xué)影響較大，可能會抑制人體甲狀腺素分泌．引起胎兒小腦發(fā)育不正常、神經(jīng)行為遲緩等癥狀。所以，采用ClO：消毒應(yīng)嚴格控制管網(wǎng)水中C10：、C102-和C103-的含量。有關(guān)這方面的文獻資料不多，但它在水處理方面初步顯示出的卓越性能以及國內(nèi)外工程實踐證明．它是一種充滿希望的新型消毒劑和廢水處理劑。(4)臭氧消毒。臭氧消毒相對于氯消毒、CIO：消毒和氯胺消毒．它的的消毒能力最強。臭氧消毒不僅可以去除飲用水中的色、嗅味，而且能殺死各種病菌、病毒和原蟲等微生物等。臭氧消毒能將有機物氧化成無機物，不會產(chǎn)生二次污染。但是臭氧不具有持續(xù)殺菌的能力，此外，臭氧還產(chǎn)生消毒副作者簡介：鄭德瑞(1989，)，男，山東建筑大學(xué)在讀碩士研究生。萬方數(shù)據(jù) 2014．N0．4．@產(chǎn)物。其副產(chǎn)物從起源來說可分成2種：①認為是由自然有機化合物(水中腐殖酸類)引起；②認為是由溴離子存在條件下生成的消毒副產(chǎn)物。其中臭氧與自然有機化合物(主要是腐殖酸)反應(yīng)生成的物質(zhì)主要是羰基化合物、含氧酸類、羰酸類等，并伴有水和CO：生成。臭氧消毒副產(chǎn)物中屬羰基化合物有甲醛、乙醛、乙二醛、甲基乙二醛等，已被證明有急性或慢性毒性．其中甲醛被國際癌癥研究機構(gòu)列為可疑致癌物．(5)紫外線消毒。紫外線消毒的優(yōu)點是管理簡單、殺菌速度快且效率高．紫外線在消毒劑量范圍內(nèi)不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，同時基本上不改變水的物理性質(zhì)：缺點是成本高．無持續(xù)殺菌能力．細菌可能在管網(wǎng)中再次繁殖．需與其他工藝聯(lián)合以彌補．一般僅在特殊情況下小規(guī)模使用。紫外線消毒技術(shù)已被認可為適合殺滅隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲消毒技術(shù)．特別適用于地表水和其他易受感染水源。紫外線消毒在國內(nèi)外得到了迅速發(fā)展．但仍是一項新技術(shù)，需投入更多的研發(fā)力量對紫外線及其組合消毒技術(shù)的特點和優(yōu)缺點進行充分研究．3 消毒副產(chǎn)物的控制工藝到目前為止，主要的控制消毒副產(chǎn)物的途徑有：①采用替代消毒劑和新的消毒方法：②去除消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物質(zhì)：③去除消毒過程中已產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物。(1)采用替代消毒劑和新的消毒方法。目前大部分依然在采用氯消毒劑進行消毒．但是氯消毒會生成有害消毒副產(chǎn)物，所以，為滿足對飲用水安全性的要求．已經(jīng)開始尋找能取代氯消毒劑的方法。利用CIO，和氯以1：1混合進行的水消毒實驗表明．飲用水消毒副產(chǎn)物的含量比單用氯消毒減少67％～75％㈧。此外．鄧正棟臣等人用三碘樹脂來處理飲用水。結(jié)果發(fā)現(xiàn)三碘樹脂具有良好的消毒效果．殺菌快速且持久，可作為便攜式凈水裝置的消毒劑使用。所以．應(yīng)根據(jù)實際的水質(zhì)及想達到的處理要求來選擇不同的消毒劑或消毒劑的組合。到且前為止還沒有一種消毒方法完美無缺．不同消毒技術(shù)配合使用往往能夠起到互補長短的效果．(2)去除消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物。降低源水中有機前體物的含量是減少飲用水消毒副產(chǎn)物的基礎(chǔ)。消毒副產(chǎn)物的前體物質(zhì)主要是天然有機物(NOM)和人工合成有機物．而天然有機物有腐殖質(zhì)和藻類有機物等。目前去除DBPs前體物的方法主要有強化混凝法、生物預(yù)處理、膜技術(shù)、化學(xué)預(yù)氧化法等：①有學(xué)者以強化混凝(Enhanced Coagulmion)來提高對于有機物的去除效率．而增進混凝來去除消毒副產(chǎn)品前驅(qū)物質(zhì)。劉海龍等【61對高藻原水預(yù)臭氧強化混凝除藻特性研究．其中研究了預(yù)臭氧強化混凝對水體中有機物和消毒副產(chǎn)物的控制．得出了預(yù)臭氧強化混凝對消毒副產(chǎn)物控制效果明顯優(yōu)于常規(guī)混凝；②生物預(yù)處理技術(shù)是加在常規(guī)處理工藝之前．利用微生物的新陳代謝的作用減少可生化總有機碳和消毒副產(chǎn)物前體物。覃操等[7]對水處理工藝中NDMA的生成與去除特性研究．得出了生物預(yù)處理技術(shù)能有效的去除NDMA的前體物；③膜技術(shù)通?？煞譃槲V、超濾、納濾和反滲透等。Siddiqui等[8]的研究表明，納濾膜對三鹵甲烷前體物和鹵乙酸前體物有較高去除率，分別達97％和94％：④對于化學(xué)預(yù)2014．NO．4．氧化法已有一些研究．如美國一項新的電化學(xué)法水處理工藝可以降低原水中溴化物濃度．從而可減少三鹵甲烷的生成[gJ。除了以上幾種可以去除消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物外還有一些別的方法。李春敏等[10j利用超濾膜技術(shù)組合工藝對飲用水氯消毒的生物穩(wěn)定性試驗研究．混凝沉淀～粉末活性炭～超濾組合工藝具有最佳的凈水效果．消毒副產(chǎn)物的生成量控制在101山g／L以下，對消毒副產(chǎn)物及其前體物的去除效果較好。(3)去除消毒過程中已產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物。這是去除消毒副產(chǎn)物最直接的方法，主要有活性炭吸附、吹脫法、膜法、光催化和高級氧化技術(shù)等。研究表明．在常規(guī)水處理工藝流程中投加粉狀活性炭．能吸附去除水中各種有機污染物(副產(chǎn)物前驅(qū)物和副產(chǎn)物本身)．使其致突變活性成陰性…]。鹵代有機物是消毒副產(chǎn)物的絕對主體．而在現(xiàn)有分析技術(shù)所能定量的鹵代有機物中60％以上是三鹵甲烷和鹵代乙酸．2者均具有揮發(fā)性．因此可采用吹脫法或曝氣法。Xu等【12嘲：究表明．紫外線也可以短時間內(nèi)有效的降解氯化消毒副產(chǎn)物．N一亞硝基吡咯烷和N一亞磺基哌啶在5rain內(nèi)降解率達到99％。零價鐵／TiO：對三氯甲烷也有較高的去除率，當(dāng)鐵屑與TiO：質(zhì)量之比為97：3，pH值為6．0時，水中三氯甲烷的去除率可以達到85％以上[13 7。4結(jié)語水源水的污染問題越來越嚴重．水中有機物質(zhì)逐漸增多．給飲用水安全帶來重大隱患。由于單獨的消毒工藝不能達到對出水水質(zhì)的要求．多級屏障組合工藝成為研究者目前研究和應(yīng)用的熱點m、。從目前的發(fā)展趨勢來看．采用組合工藝既可有效地去除水中DBPs的前體物質(zhì)．又能去除已生成的DBPs。要想徹底解決飲用水中消毒副產(chǎn)物的問題．除了上述措施之外．更重要的是要從水源保護人手．從源頭上控制污染物的排放．這才是控制消毒副產(chǎn)物的根本途徑。參考文獻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．飲水中有機物污染及其去除方法研究．中國公共衛(wèi)生．1996，12(11)5鄧正棟．張平．李紅新．三碘樹脂用于飲用水消毒的試驗研究．中國給水排水，2007，23(5)6劉海龍．楊棟．趙智勇．等．高藻原水預(yù)臭氧強化混凝除藻特性研究．環(huán)境科學(xué)，2009．30(7)7覃操．徐斌．夏圣驥．等．飲用水處理工藝中NDMA的生成與去除特性研究．中國給水排水，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)(下轉(zhuǎn)第73頁)萬方數(shù)據(jù)去除百分率／％ P————～＼．限量曝氣 限量曝氣 半限量曝氣圖l 不同進水方式下SBR處理污水的結(jié)果綜合去除率，％+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圖2不同曝氣時間下SBR處理污水的結(jié)果高．曝氣時間越長提供給脫氮反應(yīng)中硝化反應(yīng)的氧氣量更多．該反應(yīng)就能越充分地進行。(3)不同污泥濃度下SBR處理污水的結(jié)果見圖3。在不同污泥濃度下，COD。NH，一N、P的各項值基本在l／2～1／3濃度間．即2760～2053mg／L間達到最低，而去除率達到最大值。氨氮濃度基本沒有明顯變化。當(dāng)污泥負荷高時．活性污泥中的異氧菌將會成為絕對優(yōu)勢菌．而硝化菌、反硝化菌、聚磷菌的生命活動均會受到抑制。(4)不同進水時間下SBR處理污水的結(jié)果見圖4。在不同進水時間下．去除率基本上是隨著進水時間的增加而升高。進水?dāng)嚢?．5h和lh時3者去除率是升高的。進水?dāng)嚢枋且粋€厭氧的過程．適當(dāng)延長進水時間會增強反硝化作用．只要有足夠的碳源就可以促進反硝化作用．硝酸鹽可以被厭氧菌作用而被還原成氮氣．從而達到脫氮目的。(5)不同C／N比下SBR處理污水的結(jié)果見表3。C／N比下．NH3-N去除率在C／N=5．0時最大。。 ／<夕夕><泌。5950></夕夕>

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