浅谈饮用水加氯消毒副产物及其控制途径

浅浅谈饮谈饮用水加用水加氯氯消毒副消毒副产产物及其控制途径物及其控制途径 摘要摘要 本文论述了饮用水加氯消毒副产物的产生 危害及其目前 用于控制饮用水消毒副产物的方法 并指出了今后在这一领域的发展 方向 长期以来饮用水一直采用传统的投氯消毒工艺 但自 1974 年 在自来水中发现三卤甲烷与它们的不良影响以来 饮用水消毒副产物 及其控制技术一直是水处理领域的热门课题 随着人们研究的不断深 入在该领域取得了一系列令人瞩目的成果 本文以下对其进行简要的 介绍 1 消毒副消毒副产产物的物的产产生机理生机理 消毒副产物是在消毒过程中 水中的氯和溴与水中的有机物发生 化学反应而生成的化合物 水中的氯一般是人为投加的消毒剂 而溴 是水中已存在的溴离子 在许多饮用水水源中含有低浓度溴化物 而 在沿海地区 则显得相对较高 它们在消毒过程中对副产物的产生起 着一定的作用 能形成消毒副产物的前体物是来自天然水源中的腐殖 质 它主要是以腐殖酸和富里酸的形式大量存在于水体中 在水处理 过程中 氯与三卤甲烷的前驱物质腐殖酸和富里酸反应所生成的三卤 甲烷量 同如反应时间 温度 pH 值 初始 TOC 及氯的浓度等因素有 关 氯和溴与水中的有机物化学反应机理基本相同 以下以氯为例对 其的反应机理进行简要介绍 从氯气与有机物的反应机理上看 氯气 和有机物的作用除发生氧化还原外还发生氯的亲电取代反应 生成大 量的三卤甲烷及致突变有机物 以间苯二酚为例 氯与间苯二酚首先 发生亲电取代生成 2 4 6 三氯间苯二酚 其进一步与氯加成形成环己 二酮中间产物 然后在 C2处水解氧化成酮羧酸 再与 HOCl 氧化成酮 这些三氯单酮经碱催化水解成三卤甲烷 2 消毒副消毒副产产物的种物的种类类及及对对健康的影响健康的影响 近年来 国内外已从氯消毒的自来水中鉴定出 1000 余种有机物 其中有 20 种为确认致癌物 23 种为可疑致癌物 18 种为促癌物 56 种为致突变物 在这些对人和动物产生不利影响的副产物中主要是三 卤甲烷 卤代乙酸和高溴根离子 三卤甲烷中 90 是三氯甲烷 其次 是四氯化碳 一溴二氯甲烷 三溴甲烷 二溴一氯甲烷 根据美国国家 癌病研究所对有机物的致癌性和致突变性的研究结果 三氯甲烷对大 鼠 小鼠致癌 四氯化碳对大鼠 小鼠 仓鼠致癌 Ames 致突变性试 验 一溴二氯甲烷对 TA98 TA100菌株显阳性 三溴甲烷对 TA98 S9 TA100 S9菌株显阳性 二溴一氯甲烷对 TA100菌株显阳性 卤 代乙酸主要由五种化合物组成 它们是一氯乙酸 二氯乙酸 三氯乙 酸 一溴乙酸 三溴乙酸 Ames 致突变性试验中 卤代乙酸是 TA1535 TA92 TA98 TA100及 TA102菌株的直接致突变剂 溴酸根离子 BrO 3 1990 年被确定为对人体有害的副产物 据 Meier 的动物试验 证明 溴酸根离子可诱发中国地鼠卵巢细胞染色体畸变 另据国际流 行病调查结果显示 饮用氯消毒水居民的消化系统 泌尿系统肿瘤发 病率明显高于引用地下水 不氯化 的居民 3 相关水相关水质质指指标标的制定的制定 随着当今人们生活水平不断提高和饮用水水源的污染 人们迫切 需要饮用安全优质的水 因此各国都制定了严格的饮用水标准 目前 美国通过了消毒副产物规定 将饮用水中三卤甲烷和卤代乙酸最高允 许浓度标准分两阶段降低 第一阶段三卤甲烷从目前的 100 g L 降 为 80 g L 卤代乙酸定为 60 g L 第二阶段将分别进一步降为 40 g L 和 30 g L 我国饮用水卫生标准中 对三卤甲烷和卤代乙酸没有明确 要求 只要求饮用水中的三氯甲烷最大允许含量为 60 g L 1993 年 世界卫生组织把高溴酸根离子作为饮用水水质标准 其最大允许浓度 为 25 g L 美国环境保护局将其最大允许浓度定为 10 g L 4 消毒副消毒副产产物控制技物控制技术术 控制消毒副产物目的是尽量减小其在饮用水中的存在量 最大限 度地降低其对人体的不良影响 本文就现在的主要控制技术作一简要 的介绍 4 1 替替换传统换传统消毒消毒剂剂 传统消毒剂为氯气 次氯酸钠和次氯酸钙 它们在水中主要依靠 HClO 和 ClO 的消毒作用 其中 HClO 的消毒作用为 ClO 的消毒作用 的 40 至 80 倍 氯消毒具有对细菌杀伤力大 在水中较稳定和使用费 用低等优点 但她也具有与有机物反应生成有害副产物的缺点 因此 在饮用水消毒领域 人们正在使用或研究其它消毒方法 以满足人们 对饮用水安全性要求 目前 研究较多的消毒药剂有臭氧 二氧化氯 紫外光等 臭氧技术的研究是从 1886 年起在法国开始的 用于给水处理的 第一例是 1906 年投入运转的法国 Bon Voyage 水厂的臭氧消毒设备 近年来 针对常规处理所不能凑效的微量有机污染问题 臭氧除了更 加广泛地用于代替氯气作为水的消毒剂以外 还越来越多地被用于上 面所述的三卤甲烷前驱物质去除 水的除臭 除色和病原性寄生虫 如贾第虫 隐孢子虫 的去除等领域 实用事例已充分展示了臭氧在 自来水深度处理中所起的重要作用和应用前景 用臭氧处理来去除水 中的三卤甲烷前驱物质的功效有两个方面 一是通过臭氧对有机物的 直接氧化来削减三卤甲烷生成能 二是通过臭氧氧化改善有机物的生 化降解性 从而通过后续处理工艺来降低三卤甲烷生成能 1894 年 美国首次将二氧化氯用于消除水中由于藻类繁殖所产 生的气味 二氧化氯是一种黄绿色带有刺激性气味的高效氧化剂 在 水处理领域 用亚氯酸钠和氯为原料 通过反应生成二氧化氯 二氧 化氯消毒剂具有较强的消毒效果 其消毒机理一般认为是二氧化氯对 细胞壁有较强的吸附和穿透能力 能穿过细胞壁与含巯基的酶反应 从而使细胞死亡 并且可以很快地抑制蛋白质的合成 因此 二氧化 氯除对一般的细菌有杀灭作用外 对孢子 病毒 藻类 铁细菌 硫酸 盐还原菌 真菌等均有杀灭作用 同时 纯二氧化氯不会与腐殖酸或 富里酸反应生成致癌 致突变 致畸等物质 紫外光 UV 对细菌具有 较大的杀伤力 并且在消毒过程中极少产生消毒副产物 因而是一种 较为安全的消毒技术 紫外光的消毒效果与紫外线对水透射能力有关 水中的悬浮浓度高时 它的消毒效果不很理想 在给水处理中 一般 都与其它消毒剂 如臭氧 双氧水等联合采用 4 2 水水处处理工理工艺艺的加的加强强与改善与改善 通过强化混凝方法去除水体中消毒副产物的前驱物质 强化混凝 法是指在常规处理工艺流程下 加入超量的混凝剂以提高原水中有机 物的去除率 强化混凝有两个目的 第一个目的是达到消毒 消毒副产 物条例所要求的总有机物 TOC 去除率 第二个目的是充分去除消毒 副产物的前驱物质 大量的研究表明 采用强化混凝方法可以有效地 提高 TOC 的去除率 减少消毒副产物的产生 废除水处理工艺中的预氯化法 当水源受到污染 原水中含有大 量的氨时 水厂通常在处理设备前投氯进行去除 这种水处理工艺虽 然使水中氨与氯化合 达到除氨的目的 但由于造成投氯量加大 与 有机物作用时间加长而使得三卤甲烷的生产量增加 因此 为避免饮 用水中三卤甲烷的生成 应废除净水工艺中的预氯化工艺 采用如预 投高锰酸钾或二氧化氯等工艺来代替 在原水或滤后水中含有三卤甲 烷的前驱物质较多时 可采用二次氯化法来减少氯的投加量及氯在管 路中的停留时间 即在管路起点可减少投氯量 是水中残留氯浓度较 低 同时在中途配水池处再二次投加适量的氯量 以保证管网末梢出 水中的余氯要求 4 3 居民可采用加居民可采用加热热煮沸法去除一定的三煮沸法去除一定的三卤卤甲甲烷烷 三卤甲烷中除溴仿外 其余的沸点均较低 据此 饮用水中若含 有以氯仿为主的三卤甲烷时 居民可采用煮沸法 即将水煮沸 3 5 分 钟便可去除 60 以上的三卤甲烷类物质 今后在消毒副产物控制方面所需做的研究有 在氯消毒作为饮用 水的最终处理的前提下 研究去除消毒副产物前提物质方法 研究消 毒新工艺 使饮用水的化