（环境工程专业论文）成都市自来水六厂氯胺消毒运行方式研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 1 0 0 余年来，饮用水氯消毒为人类控制水致疾病、提高供水微生物安全性起到 了至关重要的作用，大大降低了水致疾病的发病率。但是氯消毒技术在降低了饮 用水微生物风险的同时，由于消毒副产物的形成提高了饮用水的化学物风险，消 毒剂本身对饮用水的安全性也有一定的影响。要保证饮用水的微生物安全性和化 学物安全性的统一，研究安全的消毒技术成为必然，即保证饮用水微生物安全性 的同时尽量降低化学物风险。 氯胺消毒工艺是一种使用时间较长的消毒方式，具有降低自来水中有机卤化 物及长时间维持管网系统中剩余消毒剂的特性，已逐渐成为替代传统液氯消毒工 艺的研究方向之一。但由于氯胺消毒的研究受原水水质、工艺条件、管网状况等 诸多因素的影响，目前对其适用性的研究还不够全面，不能满足各地实际应用的 需要。 本文在分析研究国内外氯胺消毒应用情况的基础上，结合成都市自来水公司 六厂( 三期工程) 的原水水质状况和生产实际，通过实验室试验和生产性试验对 使用氯胺消毒的效果及其对水质的影响进行了一些有益的探索。其主要研究工作 和结论如下： 1 、相对于先氯后氨和同时氯氨的消毒剂投加方式，先氨后氯的投加方式在降 低原水酚污染影响的作用更为有效。因此，氯胺消毒运行应采用的消毒剂投加方 式为：取消前加氯，在沉淀池集水槽加氨，在滤后水加氯。考虑到滤前加氨会导 致滤后水产生过多的亚硝酸盐氮，因此需要定期恢复前加氯。恢复前加氯的周期 为夏季3 0 天左右，冬季6 0 天左右。 2 、根据原水水质情况，当滤后水浊度小于o 5 n t u ，加氨量为0 3 0 4 m 虮， 氯氨比为4 ：1 ，总余氯达1 o m 虮以上时，2 小时即能达到现行国家标准要求的消 毒效果。 3 、通过对氯胺消毒与液氯消毒对比试验研究表明： ( 1 ) 氯胺消毒在管网中的持续消毒效果明显优于液氯消毒，更适用于中远距离 输水管线。 ( 2 ) 在保证饮用水微生物安全性的条件下，氯胺消毒相对于液氯消毒在降低三 氯甲烷、二氯乙酸和三氯乙酸这三种消毒副产物方面有明显的作用。 ( 3 ) 氯胺消毒在减小饮用水的致突变性即降低饮用水的毒副作用方面明显优 于氯消毒，对提高饮用水水质有很好的作用。 ( 4 ) 氯胺消毒对生物膜成长具有极好的抑制作用，在减少饮用水的a o c 含量、 重庆大学硕士学位论文中文摘要 提高饮用水的生物稳定性方面优于液氯消毒。 4 、氯胺消毒处理后的水与液氯消毒后的水在管网中混合达到一定比例，长时 间稳定接触，将会出现管网水余氯、总氯大幅度降低的现象。 本论文还研究了氯氨消毒的影响因素、氯胺消毒系统运行存在的问题及对策， 进行了两种消毒方式的技术经济比较，以及对后续研究工作进行了展望。 关键词：氯胺消毒，液氯消毒，消毒效果，消毒副产物 i l 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t o v e rt h ep a s tc e n t u r y , t h ec h l o r i n ed i s i n f e c t i o no fp o t a b l ew a t e rh a sp l a y e dav i t a l r o l ei n c o n t r o l l i n gt h ew a t e r c a u s i n gd i s e a s e s a n di m p r o v i n gt h es a f e t yo fw a t e r m i c r o o r g a n i s m ，t h u sc o n t r i b u t i n gl a r g e l yt ol o w e r i n gt h e r a t eo ft h ew a t e r - c a u s i n g d i s e a s e s b u tw i t ht h ea d v e n to fd i s i n f e c t e db yp r o d u c t s ，t h ec h l o r i n ed i s i n f e c t i o n l o w e r st h er i s ko fw a t e rm i c r o o r g a n i s m ，y e tr a i s e st h er i s ko fw a t e rc h e m i c a l s ，w h i c h a l s oh a ss o m ei m p a c t so nt h es a f e t yo fp o t a b l ew a t e r h e n c e ，i ti so fu r g e n tn e c e s s i t yt o s t u d yt h es a f e t yo nd i s i n f e c t i o nt e c h n o l o g ys oa st o a s s u r eb o t ht h es a f e t yo fw a t e r m i c r o o r g a n i s ma n dl o w e r i n gc h e m i c a lr i s k st ot h el a r g e s te x t e n t a sak i n do fl o n g t i m ea p p l i e dd i s i n f e c t i o nm e a n s ，t h et e c h n o l o g yo fc h l o r a m i n e s d i s i n f e c t i o nh a sg r a d u a l l yb e c o m eo n eo ft h er e s e a r c hs u b j e c t st or e p l a c et h et r a d i t i o n a l l i q u i dc h l o r i n ed i s i n f e c t i o n ，w i t hr e g a r d st oi t sf e a t u r eo fl o w e r i n gt h eo r g a n i ch a l i d ei n t h ep i p e dw a t e ra n dm a i n t a i n i n go r i g i n a ld i s i n f e c t i o np r o p e r t i e si nt h ep i p e ds y s t e m o w i n gt os om a n yf a c t o r s ，s u c ha sw a t e rq u a l i t y , c r a f tc o n d i t i o n sa n dp i p e ds y s t e m c o n d i t i o n s ，t h er e s e a r c ho ni t sa p p l i c a t i o ni sn o tc o m p l e t ea n dc a n tm e e tt h en e e do f p r a c t i c a lu s e si ne v e r yf i e l d b a s e do nt h es t u d yo fa p p l i c a t i o no fc h l o r a m i n e sd i s i n f e c t i o na th o m ea n da b r o a d ， l o c a lw a t e r q u a l i t y a n d p r a c t i c e s ，t h i sp a p e r m a k e ss o m e i m p l i c a t i o n s o nt h e r e l a t i o n s h i p sb e t w e e nc h l o r a m i n e sd i s i n f e c t i o na n dw a t e rq u a l i t ya sf o l l o w e d 1 i ti sm o r ee f f e c t i v et od i s i n f e c tw a t e rb ym e a n so f “f i r s tc h l o r a m i n e s ，t h e n a m m o n i a ”i nl o w e r i n gp o l l u t i o n t h e r e f o r e ，c h e n g d un o s i xp o t a b l ef a c t o r yu s e st h i s w a yt od i s i n f e c tw a t e lc o n s i d e r i n gt h a tt h i sw a ym a yr e s u l tm o r en i t r i t en i t r o g e n ，i t r e a l t yn e e d st oa d dc h l o r i n e sr e g u l a r l yb e f o r er e c o v e r yw i t hd u r a t i o n3 0d a y si ns u m m e r a n d6 0d a y si nw i n t e r 2 b a s e do ni t sl o c a lw a t e rq u a l i t yo fc h e n g d un o s i xp o t a b l ef a c t o r y , a f t e r p u r i f i e d ，w a t e rt u r b i dl o w e r i n gt o0 5n t u ，t h ea m o u n to fa d d i n ga m m o n i ar e a c h i n g 0 3 0 4 m 如c h l o r a m i n e sr a t i o nb e i n g4 ：1a n dt h et o t a lr e m a i n e dc h l o r i n eo v e r1 0 m g l ， p e rh o u r , i t sd i s i n f e c t i o nw i l lm e e tt h ei n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d si nt w oh o u r s 3 b yc o m p a r i n gt h et w od i f f e r e n tw a y so fd i s i n f e c t i o n ，t h es t u d ys h o w sa st h e f o l l o w i n g s ： 1 ) m o r ee f f e c t i v ea n db e t t e rd i s i n f e c t i o nr e s u l t sw i l lb eo b t m n e db ym e a n so f c h l o r a m i n e sd i s i n f e c t i o n ( w h i c hi sm o r es u i t a b l ef o rm e d i u m l o n gd i s t a n c ep i p e d 1 1 1 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 s y s t e m 、i nt h ep i p e ds y s t e mt h a nt h o s eb yl i q u i dc h l o r i n ed m i n f e c t i o n ( 2 ) c h l o r a m i n e sd i s i n f e c t i o nc a l ll o w e rd i s i n f e c t i o nb y p r o d u c t sg r e a t l yo l lt h eb a s i s o fg u a r a n t e e i n gt h es a f e t yo fm i c r o o r g a n i s m s ( 3 ) c h l o r a m i n e sd i s i n f e c t i o nc a nd om u c hb e t t e ri ni m p r o v i n gp o t a b l ew a t e r q u a l i t ya n dr e d u c i n gi t sb a de f f e c t st h a nw h a tl i q u i dc h l o r i n ed i s i n f e c t i o nc a nd o “)c h l o r a m i n e sd i s i n f e c t i o n c a n e f f e c t i v e l y c o n t r o it h e g e n e r a t i o n s o f m i c r o o r g a n i s ma n dh a sm o r ea d v a n t a g e so v e rl i q u i dc h l o r i n ed i s i n f e c t i o ni nr e d u c i n gt h e a m o u n to fa o c ( a s s i m i l a b i l i t yo r g a n i cc a r b o n ) i np o t a b l ew a t e ri m p r o v i n gi t ss t a b i l i t y o fm i c r o o r g a n i s m 4 w h e nt h ec h l o r a m i n e sd i s i n f e c t i o nw a t e ri sc o m b i n e dw i t ht h el i q u i dc h l o r i n e d i s i n f e c t i o nw a t e ra n dr e a c h e ss o m es t a b l er a t i of o ral o n gt i m e ，t h eg r e a tr e d u c t i o no f t h em m a m e da n dt o t a lc h l o r i n e si nt h ep i p e ds y s t e mw i l lb eo b t a i n e d ( i na d d i t i o nt ot h ea b o v em e n t i o n e d ，t h i sp a p e ra l s om a k e st h er e s e a r c ho nt h ef a c t o r s w h i c hc a na f f e c tc h l o r a m i n e sd i s i n f e c t i o n ，e x i s t i n g p r o b l e m ，i t s s o l u t i o n sa n d c o m p a r i s o n so ft w ow a y so fd i s i n f e c t i o n f u r t h e r m o r e ，i tm a k e s s o m ep r o s p e c t sf o rt h e f u t u r ew o r k ) k e y w o r d s ：c h l o r a m i n e sd i s i n f e c t i o n ，c h l o r i n ed i s i n f e c t i o n ，d i s i n f e c t i o ne f f e c t s ， d i s i n f e c t e dp r o d u c t s 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 国内外自来水消毒的现状及研究意义 饮用水微生物安全性直接关系到人民的身体健康。由于饮用水水源容易受到 粪便和生活污水等的污染，管网水在输送过程中也可能由于各种原因受到污染， 会使水中微生物增加，其中的致病菌可能引起多种水致疾病，如贾第虫病、隐孢 子虫病、肝炎、脊髓灰质炎、细菌性痢疾等等，一旦失控，便会引起疾病在某个 地区的爆发性流行，涉及人数多，影响大。 给水处理中消毒的目的就是为了降低微生物风险。消毒一般是指将灭活水中 绝大部分病原体，使水的微生物水平满足人类健康要求的技术，其含义为：清除 或杀灭病原微生物及其它有害微生物，使其达到无害的程度。 1 0 0 多年来，饮用水消毒为人类控制水致疾病、提高供水微生物安全性起到了 至关重要的作用，大大降低了水致疾病的发病率。除原虫包囊外，良好的饮用水 消毒完全能防止极大多数水致传染病的传播。由于氯消毒在控制传染病的流行方 面获得了无可非议的成效，世界各国普遍用氯来消毒饮用水和处理后的污水。 随着研究的不断深入，消毒可能造成的问题也逐渐引起了人们的注意。 1 1 现代 工农业的迅猛发展使人工合成的化学物质越来越多，自然水体污染状况令人忧虑。 水中的微量有机污染物主要来源有：降水径流。汽车尾气排放的碳氢类污染物 参与光化学反应产生光化学烟雾，生成一些对人体有害的有机污染物，随降雨等 途经进入地表水体；城市地表径流会将城市的一些有机污染物带入；工业废 水；固体废弃物：农田径流会将农药和化肥等成分引入水体；水土流失严 重则使地表的腐殖物质随地面径流进入水体，致使地表水中天然有机物浓度普遍 偏高。微量有机物虽然浓度很低( 一般在ug l m g l 范围内) ，仅占水中有机物 总量的很小一部分( 以总有机碳或高锰酸盐指数等综合指标计，一般小于1 0 ) ， 但是种类繁多，具有较高的致突变活性。而且这些物质在水中仅部分挥发散失， 且无分解能力，难降解，常规水处理工艺不能有效地去除以溶解状态存在的微量 有机污染物。此外水中的各种有机污染物( 包括人工合成的和自然界存在的) 在 消毒过程中，有可能和消毒剂发生反应生成消毒副产物。 从1 9 7 4 年发现氯消毒会产生具有致突变和致癌性的三氯甲烷以来，国际饮用 水界研究消毒副产物已经将近4 0 年。目前，已知消毒副产物在5 0 0 种以上，集中 研究的有2 1 种 2 1 。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 重庆大学硕士学位论文1 绪论 症的危险。2 0 世纪8 0 年代中期，发现了另一类非挥发性的氯化消毒副产物卤乙酸 ( h a a s ) ，与低沸点的挥发性三卤甲烷相比，具有沸点高、不可吹脱、致癌风险 大的特点，二氯乙酸( d c a a ) 和三氯乙酸( t c a a ) 的致癌风险分别是三氯甲烷 的5 0 倍和1 0 0 倍【3 l 。 另一方面，消毒剂本身是具强氧化性的化学药剂，对生物体肯定会造成某些 不利影响，不同消毒剂可能形成的影响是不同的。例如，二氧化氯会抑制甲状腺 素的分泌，氯胺可能引起肝脏细胞有丝分裂形式异常，氯会影响血清胆固醇的含 量【4 】等等。 由此看来，消毒技术在降低了饮用水微生物风险的同时，由于消毒副产物的 形成提高了饮用水的化学物风险，消毒剂本身对饮用水的安全性也有一定的影响。 要保证饮用水的微生物安全性和化学物安全性的统一，安全的消毒技术已成为研 究的重点技术之一氯化消毒工艺的地位开始受到挑战。 目前，我国水环境污染严重。在1 0 万k m 的评价河段中，水质为类及以上 的占4 7 。北方辽、黄、海、淮等流域，污水与地表径流比1 ：1 4 。1 ：6 。全国7 5 以上湖泊水域，5 3 以上近岸海域受到显著污染。9 0 城市地面水受到污染f 5 】。对 1 1 8 座大城市调查，城市的浅层地下水9 7 1 5 受到污染，其中4 0 受到严重污染 1 5 1 。造成的损失不低于洪涝灾害，被称为水质灾害。各城市的水源水质数据表明， 我国9 0 以上城市水源受到严重污染，水中有机物含量提高，不少水库富营养化 加剧，季节性藻类繁殖。水厂原有的处理工艺无法净化已恶化的水源，尤其在消 毒工艺上，不少旧水厂面临着改造的问题，各地水厂不得不在消毒过程中增加氯 的投加量，虽杀死了各种病菌，却导致饮用水中的消毒副产物含量升高。可见， 传统的水处理工艺对浊度、细菌是有效的，但对大量有机污染物和消毒副产物却 无能为力。另外，随着水源不断受到各种化学物质的污染，水中出现病原菌的种 类和数量也在不断增多，一些在水中新出现的病原菌用传统的消毒方法已无法杀 灭，这也要求寻求新的消毒方法。 在水质标准方面，欧盟、加拿大、日本制定的水质标准都达到8 0 余项1 6 1 。世界 卫生组织w h 0 1 9 9 3 年公布的水质标准共有1 5 1 项，美国环保局d s e p a 每半年修 订一次水质标准，1 9 9 6 年共2 5 2 项，其中w h o 和d s e p a 均提出了水中污染物致 癌危险等级i6 1 。我国目前执行的生活饮用水水质标准仍是1 9 8 5 年制定的，同发达 国家相比差距较大，水质检测项目共3 5 项，其中有机物仅6 项，而一些重要的致 癌物质如卤乙酸并未列入水质标准中。如果我国水质标准进一步提高，目前的氯 化消毒工艺无法满足要求，必须寻求新的消毒工艺。 2 重庆大学硕七学位论文1 绪论 1 2 国内外寻求替代消毒剂的研究进展 选择饮水消毒剂时应考虑六个因素n 杀灭病原体的效果及其对生物膜的控 制能力；是否有剩余消毒剂及剩余消毒剂的稳定性；对水质感官性状会造成 什么影响：消毒剂及消毒副产物的毒理学影响，如对人体健康可能造成的影响 及预防或消除不利影响的可能性；工程实践中控制和监测的难易程度；经济 和技术上的可行性。化学性质稳定、有一定的持续作用、毒副作用小、能有效控 制生物膜、生成消毒副产物少的消毒剂是水处理工作者的理想选择。 2 0 世纪7 0 年代中期至8 0 年代开始，普遍采用氯胺代替氯作为第二消毒剂维 持配水管网中的消毒作用，因为氯胺形成的三卤甲烷量大大少于氯。之后，对二 氧化氯、臭氧、紫外线等各种替代消毒剂的研究也逐渐展开。至今为止，对于不 同消毒剂在实验室和现场条件下的消毒效果、消毒副产物的形成状况等问题都有 了一定的了解。国内外的实验室研究和给水实践经验证明，采用氯胺、二氧化氯、 臭氧、紫外线等消毒时，形成的副产物较氯消毒时少。组合消毒工艺常常能达到 较好的效果。 1 2 1 氯胺 氯胺消毒的有效成分一氯胺在水中衰减慢，分散性好，穿透生物膜能力较强； 能很好地控制军团菌的生长，军团菌有时能从氯消毒后的水中恢复，但不能从氯 胺消毒的水中恢复，可以减少9 0 的军团菌发病者【8 】；引起的管网腐蚀少于连续 氯消毒。 改变预先配制的氯胺溶液的p h 值、氯氮的重量比和溴化物的浓度，研究这些 因素对氯胺消毒过程中溶解性有机卤化物( d o x ) 、三卤甲烷( t h m s ) 、卤乙酸 ( h a a s ) 和卤化腈( c n x ) 四类消毒副产物的形成特点。结果表明1 9 】低d h 值、 高c 1 2 ：n 比的条件下，总指标d o x 和具体的副产物指标d b p s 均较高，且随p h 值的升高和a 2 ：n 比的下降而降低：溴化物浓度的增加会提高溴代副产物和d o x 的生成量。由于二卤乙酸的形成，氯胺消毒中卤乙酸的问题比三卤甲烷的问题更 为突出；而且t h m s 、六种h a a s 和卤化腈所占比例不到总溶解性有机卤化物的 3 5 。所以，采用氯胺消毒的水厂在确定适宜的工艺条件时应该考虑d b p s 和d o x 两个指标，才能全面反映消毒副产物的状况。 1 2 2 二氧化氯 c 1 0 z i 加1 是较强的一种氧化剂，能氧化有机结合铁、锰，能有效地控制生物膜 的蓄积，并能将附着在其上的细菌暴露在消毒剂前，有利于杀灭细菌。在饮用水 条件下，不会形成氯酚。c 1 0 2 可以单独使用，也可以与其他消毒剂联合使用。例 3 重庆大学硕士学位论文1 绪论 如，前处理中用c 1 0 2 作为主消毒剂和氧化剂，在滤后水中加氯或氯胺，既能防止 t h m s 的形成，又能避免管网水中c 1 0 2 、c 1 0 2 一和c 1 0 3 一的总量过高，威胁用户健 康。也可以采用氯作为主消毒剂，在滤后水中加c 1 0 2 ，这种方法较单独使用c 1 0 2 的成本低，体现出c 1 0 2 的稳定性，而且可以防止氯臭。 值得注意的是，二氧化氯的消毒副产物c 1 0 2 和c 1 0 3 一毒理学影响较大【1 1 1 ，可 能会抑制人体甲状腺素的分泌，引起胎j r , d , 脑重量下降、神经行为作用迟缓或细 胞数下降，还可能造成婴儿大脑重量下降、神经系统作用迟缓或皮肤增生。所以， 采用二氧化氯消毒应该严格控制管网水中c 1 0 2 、c 1 0 2 一和c 1 0 3 的含量。 1 2 3 臭氧 于臭氧的强氧化作用、良好的消毒效果，欧美及加拿大的很多水厂都采用它 作为消毒剂或替代氯应用于前处理中：相应的，对臭氧消毒的副产物研究也日渐 深入。实验表明1 1 2 1 ，预臭氧化后氯消毒产生的t h m s 和h a a s 都减少了。与没有 预臭氧化的纯氯消毒过程相比，d b p s 减少了2 8 _ 3 ，水中的致突变物质减少了5 4 7 。醛类是臭氧消毒的普遍副产物，如氯醛水合物；臭氧化会将一部分t o c 转换 为a o c ，增加水的生物不稳定性。研究还发现，预臭氧化一后氯化系统中氯醛水 合物的生成较氯化消毒系统少。 因为臭氧不够稳定，容易自行分解，半衰期短，应就地生产使用：消毒设备 复杂，对操作人员的技术水平要求高；投资大，电耗高；当水质水量变化时，调 节投加量比较困难；在水中的溶解度低，尾气处理不当会形成空气污染；若作为 最终消毒对水源及管网要求高。所以，以我国现有情况看，大量使用臭氧消毒的 可行性不高。 1 2 4 紫外线 其主要优点是：处理后的水无味无色，不会产生有害副产物。但是其消毒效 力受水中悬浮物含量影响大，无消毒余量，且消毒费用较高。目前我国的紫外线 消毒一般用于少量水处理，如高级宾馆或饮料业。 1 2 5 多种消毒剂组合 表1 1 列出某研究使用不同消毒剂组合工艺时消毒副产物浓度的变化情况 ”1 ， 可以看出臭氧一氯胺工艺中产生的三卤甲烷、总有机卤化物( t o x ) 、卤乙酸、卤 乙腈几乎都是下降的，百分比从7 9 8 不等，但对于卤化酮、三氯硝基甲烷、水 合氯醛和氯化腈浓度的影响比较微弱。 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 表1 1 各种消毒条件下的消毒副产物形成浓度 氯消毒改为臭氧氯胺消毒改为臭氧一氯胺氯消毒改为臭氧 一氯胺消毒消毒一氯胺消毒 试验项目及试验厂 a 厂d 厂b 厂c 厂d 厂b 厂d 厂 三卤甲烷 - 4 0 + 1 29 68 42 39 89 6 总有机卤 加一77 05 9- 88 18 1 浓度的 化物 变化 卤乙酸 5 01 38 16 59 0 9 0 ( 以 计) 卤乙腈 3 6 1 89 63 71 69 8 - 9 2 醛未测+ 1 1 7未测+ 4 5 9+ 3 4 0未测 + 6 7 卤化酮 + 0 2+ 1 0+ 0 1 4+ o 1 2+ o 6 8一o - 30 6 浓度的 三氯硝基 变化 + 0 4十0 3- o 0 8+ o 1 6+ 0 8 40十o 8 甲烷 f 以 m g ，l 水合氯醛 + 2 3+ 8 81 6 8- 0 3 4+ 2 5 6- 9 41 5 2 计) 氯化腈未测 o一0 2+ 0 2 8+ 1 _ 4o 3+ 2 9 二氧化氯一氯胺或二氧化氯一氯，氯一氯胺等组合对于降低消毒副产物浓度 是很有效的，均有给水实践证明。 1 3 本文研究的目的和研究内容 1 3 1 选题背景 成都市管网水中消毒副产物的主要危害来自卤乙酸，并且卤乙酸的致癌风 险( 占消毒副产物致癌风险的9 9 ) 大大高于三卤甲烷1 1 4 】。 5 重庆大学硕士学位论文l 绪论 成都市自来水六厂( 以下简称水六厂) 采用常规的氯消毒方式，因水厂距 成都市管网的管线约2 8 k i n ，输水时间约7 小时，且成都市管网分布面积较广，进 入管网后，随停留时间的延长，管网末梢水或二次供水设施中剩余氯的含量存在 低于国家生活饮用水卫生标准( 0 0 5 m 鲫) 的情况，在出厂水余氯控制较低时，管 网持续灭菌效果不易完全保证。随着城市建设的不断发展和企业经营战略的转变， 成都市的供水区域将逐步扩大，供水管线将不断延伸，上述问题将会更加突出和 严重。 成都市自来水六厂地处成都市饮用水水源上游，属岷江水系。取水点距城 区约2 7 k m ，原水水质大部分时间符合地表水二级质量标准。但近几年以来，由于 水六厂上游城市及工农业的发展，水体中有机物含量出现逐年增加的趋势，酚类 化合物也时有超标。1 9 9 7 年、1 9 9 8 年均出现过因原水酚超标导致管网水大范围的 氯酚臭味：2 0 0 1 年夏季原水污染，氨氮较高时，成都市部分鱼贩( 使用未处理自 来水) 出现的鱼类死亡现象，也不排除采用氯消毒方式导致水体中总氯过高的影 响。 水六厂是成都市主力水厂，其生产能力可达到成都市需水量的6 0 ，其水 质优劣有影响全局的作用。 由于上述原因，用传统的液氯消毒方式还不能确保出厂水及管网水的水质， 因此有必要研究更为安全可靠的消毒方式，以提高供水水质。 氯胺消毒工艺作为一种使用时间较长的消毒方式，与液氯消毒相比有以下优 点【1 5 】：氯首先与氨作用，这样会减少氯同水中腐殖物作用产生的对人体有害的 有机卤化物含量；在管网中的持续时间长，能更有效地控制管网中残余细菌的 繁殖；当水体中存在酚类化合物时，可以有效地避免生成氯酚而产生臭味。据 此，可以研究氯胺消毒工艺替代传统液氯消毒工艺的可行性。 1 3 2 本文研究的目的 氯胺消毒方式作为种较成熟的消毒工艺，在部分发达国家普遍使用。根据 美国水厂数据库统计资料，目前美国采用氨胺消毒的水厂占1 2 ，采用c 1 0 2 的为 6 ，采用k m n 0 4 的为1 8 ，氯消毒6 4 t 1 6 1 。 由于原水水质状况的不同，氯胺消毒使用的工艺条件、加氨量、总氯( 或一 氯胺) 控制要求、投加点、投加顺序、投加比例、消毒效果、消毒副产物的变化、 不同消毒方式在管网中混合水的变化将会有很大差异。以上内容将无法在资料中 获得，必须根据实际原水条件、工艺条件等方面，通过合理的实验予以确认，无 法直接套用。因此，有必要对水六厂氯胺消毒运行方式进行上述内容的具体研究， 才能得出科学的结论，最终实现提高水质的目的。 6 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 3 3 本文研究的主要内容 氯、氨的投加比例和投加量对消毒效果的影响； 氯胺消毒时间对消毒效果的影响； 原水水质对氯胺消毒的影响( 如p h 、有机物等) ： 氯胺消毒对降低酚污染影响的研究。 氯胺消毒与液氯消毒的对比试验，主要包括消毒副产物、饮用水的致突变 性和a o c 含量； 氯胺消毒的技术经济研究，其中包括氯胺消毒系统运行存在的问题及对策 研究、两种消毒方式经济比较。 7 重庆大学硕士学位论文2 试验方案 2 试验方案 2 1 试验方法 2 1 1 小试试验 采用水六厂原水，用混凝搅拌机及滤柱代替混凝、沉淀、过滤过程以减少处 理水量，缩短试验时间。试验主要研究： 氯、氨投加量与投加比例对消毒效果的影响； 氯、氨投加点、投加顺序对消毒效果的影响； 原水水质对氯胺消毒的影响( 如p h 、有机物等) ； 氯胺消毒对降低酚污染影响的研究。 2 1 2 中试试验 采用水六厂原水，关闭三期前加氯，选择沉淀池出水集水槽处恒速投加1 0 ( n i - h ) 2 s 0 4 溶液，并关闭第三期清水池与一、二期连通阀，关闭三期出厂水管道 在红光、犀浦连通阀，清波控流站阀门开启度恒定，以保证投加氯胺的三期与投 加氯的第一、第二期体系独立，从而判断消毒效果。试验主要研究： 氯、氨投加量与投加比例对消毒效果的影响； 氯胺消毒时间对其消毒效果的影响； 2 1 3 氯胺消毒系统生产试运行 在水六厂三期进行，工艺方案设置为： 一、二期依旧采用传统的液氯消毒，关闭三期清水池与一、二期连通阀， 关闭三期出厂水管道在红光、犀浦连通阀确保从水六厂出水至进入成都市管网 之前的氯胺水和液氯水是相互独立的。 三期氯胺消毒采取先氨后氯的投加方式，加氨点设在沉淀池出口处，加氯 点设在滤后。氯氮比( c l ：n ) 控制在4 ：1 。 以原水氨氮值为基值加氨，再以滤后水氨氮值反馈微调加氨量，控制滤后 水中氨氮值在0 3 0 5 m g l 范围内。 水六厂三期出厂水总氯控制在1 o 一1 5 m g c l 范围内。 试验主要研究： 氯胺消毒与液氯消毒的对比试验，主要包括消毒副产物、饮用水的致突变 性和a o c 含量； 氯胺消毒的可行性研究，其中包括氯胺消毒系统运行存在的问题及对策研 究、两种消毒方式经济比较。 垩垦盔堂堡主堂垡堡茎 ! 堕墅立窒 + 水六厂建设分为三期，文中期、二期、三期即分别指第一、第二、第三 期建设部分。 2 2 测试项目 浊度、p h 氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮含量 自由性余氯、总余氯 细菌总数、总大肠菌群 五氯酚 三氯甲烷、二氯乙酸、三氯乙酸 t a 9 8 和t a l 0 0 a o c p 1 7 和a o c n o x 2 3 试验安排 1 9 9 8 9 2 0 0 0 7 进行氯胺消毒的小试和中试试验。 2 0 0 0 7 2 0 0 2 7 水六厂三期氯胺消毒生产试运行，在春、夏、秋、冬各个季 节取水检测，并根据生产运行情况适时调整实验方案。 2 0 0 2 8 2 0 0 3 2 分析试验数据，提出对策，撰写研究论文。 9 重庆大学硕士学位论文3 试验水质分析与研究 3 试验水质分析与研究 3 1 成都第六水厂水源水质分析 3 1 1 原水水质依据资料 1 9 9 0 年6 月至1 9 9 8 年原水水质月度全分析监测资料及水六厂一、二、三期运 行资料。 3 1 2p h 值 原水p h 为：6 6 6 8 5 6 。 3 1 3 水温 多年1 月、2 月及1 2 月份的水温一般在1 5 。c 1 0 。c ，其中四个年份的水温小 于5 ，占总测年份的“，而三个月的平均温度为4 7 6 c ，故冬季原水属低温、 低浊。 3 1 4 浊度 根据运行资料，洪水期，特别是暴雨后，原水浊度为4 5 0 0 1 0 0 0 0 n t u ，1 9 9 2 年7 月2 6 日出现的原水最高浊度为1 3 0 0 0 n t u 。高浊度的持续时间短的几个小时， 长的1 3 天，全年总计约有半个月。高浊之后河水浊度一般又回落到1 0 0 n t u 左 右。而枯水期的浊度一般为i 1 0 n t u ，1 至3 月，1 l 至1 2 月5 个月的平均浊度 约5 0 n t u 。 1 9 9 0 年至1 9 9 8 年的平均浊度为2 6 4n t u 。 3 1 5 其他水质指标 根据水质分析资料，除大肠杆菌指标外，其他水质指标在一般月份都符合 表3 1 水六厂原水水质超标情况 项目标准值超标最高值 锰 0 1 m g l 0 1 2m g l 溶解性铁0 3 m g l0 3 5 m g l 总磷 0 1 m g l 0 2 1 m g l 高锰酸盐指数 4 m g l6 4 7 m g l 生化需氧量( b o d 5 )3 m g l5 1 7 m g l 化学需氧量( c o d 盯)1 5 m g l1 7 6 m g l 粪性大肠菌群2 0 0 0 个l1 6 0 0 0 个，l 氮氦 o 5 m g l 1 8 7 m g l 总氮 o 5 m g l 4 1 2 m g l 挥发性酚0 0 0 2m g l 0 0 1 6 m g i , 1 0 重庆大学硕士学位论文3 试验水质分析与研究 g b 3 8 3 8 2 0 0 2 地面水环境质量标准中i i 类标准。但细菌学指标、溶解性铁、锰、 总磷、氨氮、高锰酸盐指数、化学需氧量等，有时出现一定幅度的超标，特别是 酚的检出，说明原水水质有时会发生突发性污染。原水水质超标情况见表31 。 3 1 6 有机物的组成特性 六厂原水取自徐堰河，有机物的组成分布见图3 ，1 。 图3 1 六厂原水有机物的组成分布图 c h a r t3 1 d i s t r i b u t i n gc h a r to f o r g a n i s mo f n o 6w a t e rf 咖 由图3 1 可知，成都市第六水厂原水中有机污染物主要是疏水性有机酸( 腐殖 酸和富里酸) ，约占总有机物的6 2 ；这些有机物主要来自上游流域内土壤中有机 碎片的降解和渗沥，并通过地面泾流和浅层地下水带入水体中。 3 1 7 水六厂水源水水质的特点 水六厂的原水水质具有以下特点： 洪水期浊度高、浊度瞬时变化大，持续时间短； 枯水期浊度低、温度低，持续时问长，属低温低浊原水； 泥砂含量大、粒径大； 原水有时受到突发性污染。 有机污染物主要来源于天然有机物，主要是疏水性有机酸( 腐殖酸和富里 酸) ，约占总有机物的6 2 。 3 2 成都市管网水水质分析 3 2 1 管网水水质依据资料 1 9 9 0 年6 月至1 9 9 9 年管网水月度全分析水质监测资料及管网普查资料。 3 2 2p h 值、浊度 管网水的p h 为7 1 9 8 4 7 , 浊度一般控制在2 n t u 以下。 重庆大学硕士学位论文3 试验水质分析与研究 3 2 3 微生物指标 根据所设九个城市管网点的月度全分析水质监测和1 2 2 个管网点的常规四项 指标监测资料，管网水的水质超标项目集中在细菌总数、总大肠菌群、余氯和铁 四项指标上。主要原因在于随着城市建设的不断发展，成都市供水区域逐步扩大， 管线长度逐步延伸，导致自来水在管网中的滞留时间过长而水质超标。 根据对成都市二次供水水箱的水质监测，约占5 0 以上的二次供水水箱存在 细菌总数、总大肠菌群、余氯项目超标的情况。除部分水箱存在材质、内衬防护 涂料和清洗管理等问题外，主要由于自来水在水箱中的滞留时间过长而无剩余消 毒剂，导致细菌总数、总大肠菌群超标。 3 2 4 a o c 浓度 成都市管网水中a o c 浓度在9 0 2 8 0u 叽之间变化，春、冬季在9 0 1 6 0 u 乩，属于饮用水生物稳定性的l 临界区间：夏、秋季在1 6 0 2 8 0 u 玑之间，属 于不稳定的饮用水。 3 2 5 消毒副产物 一般情况下，水中三卤甲烷的浓度高于卤乙酸。但是在成都市管网水中，情 况正好相反，卤乙酸的浓度比三卤甲烷高，且卤乙酸的致癌风险( 占消毒副产物 致癌风险的9 9 ) 大大高于三卤甲烷，这就明确了成都市管网水中消毒副产物的 主要危害来自卤乙酸。 1 2 重庆大学硕士学位论文4 氯胺消毒试验研究 4 氯胺消毒试验研究 4 1 氯胺消毒的基本原理 根据相关文献资料f 2 1 ，当水中存在氨时，h o c i 与氨产生下列的逐步反应： h o c i + n h 3 = n h 2 c i + h 2 0( 4 1 ) h o a 4 - n i - - i z c l = n h c l 2 + h 2 0 ( 4 2 ) h o c l + n h c l 2 - - n c l 3 + h 2 0( 4 3 ) n h 2 c 1 、n h c l 2 和n c l 3 h 2 0 分别称一氯胺、二氯胺和三氯胺。上述反应主要 由p h 和氯氮重量比控制。 在水的氨氮含量、d h 值、温度和投加氯的接触时间固定的条件下，如果对水 中投加不同氯量再测经接触时间后水中的剩余氯，则可绘成如图4 1 1 1 7 】所示的氯化 折点曲线。图中的纵坐标和横坐标分别表示有效余氯量和氯投加量。从图中可以 看出，在c h n 值为5 ：1 时出现一峰值a ，在c h n 值为7 6 ：1 时出现折点b ，这 就是称为折点曲线的原因。峰值左边的直线o a 与横轴呈4 5 。的夹角，说明水中 的余氯量和投加量相等，水中的余氯以一氯胺的形式存在。从a 到折点b 的一段 余氯量的降低则是氯胺被破坏的结果。从折点b 起，水中出现自由性余氯量，其 值与相应超过b 点投氯量所增加的氯量基本相等，故b c 线与横轴的夹角又重新 接近4 5 。但在天然水中，除了含有图4 1 所示的氨外，还有许多其它能被氯氧化 3 苌 e 畦 氍 最 ； 加氯苴 m z j u 图4 1 理论折点氯化曲线 c h a r t4 1 t h e o r e t i c a l l y , c h l o r i n a t i o nc h i v e 拥氯置i m d u 图4 2 水中含有机氮及氨氮的理论折点氯化曲线 ( r - n c l y 代表有机氯胺) c h a r t4 2 c h l o r i n a t i o nc u i v c so no r g a n i c c h l o r i n e ，a m i n ea n dn i t r i cc o n t a i n e di nw a t e r 1 3 重庆大学硕士学位论文4 氯胺消毒试验研究 的无机物和有机物，但这部分消耗掉的氯量不能在余氯测定方法中得到反映，故 测得余氯量总是小于投加的氯量，两者之差称为需氯量，需氯量只能通过试验求 出，其大小与氯的投加量、接触时间、水温、余氯成分种类有关。余氯成分种类 指自由性余氯和化学性