引江原水不同預(yù)氧化和消毒條件下消毒副產(chǎn)物生成對(duì)比研究

董 捷，張怡然*，方自毅，李 晨，馬文紅

(1.天津泰達(dá)水業(yè)有限公司 天津 300457；2.天津泰達(dá)津聯(lián)自來水有限公司 天津 300457)

水資源短缺和水源水污染日益嚴(yán)重是當(dāng)前世界最重大的資源環(huán)境問題之一，我國的供水行業(yè)面臨著水源水體污染、供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高的雙重壓力。近年來，隨著水源水質(zhì)的惡化，常規(guī)混凝工藝難以滿足水處理要求。為進(jìn)一步優(yōu)化出水水質(zhì)，預(yù)氧化常被用作水廠水源水的一種前處理方式。目前采用的氧化劑主要有氯氣、次氯酸鈉、臭氧等[1]。預(yù)氯化很長時(shí)間以來在很多水廠得到應(yīng)用，預(yù)氯化工藝處理以地表水為水源的原水后，原水中的有機(jī)污染物會(huì)和高濃度的氯發(fā)生反應(yīng)，可能生成較高濃度的氯化消毒副產(chǎn)物(disinfection by-products，DBPs)，如三鹵甲烷(Trihalomethanes，THMs)和鹵乙酸(Haloacetic acids，HAAs)等，這些鹵化有機(jī)化合物中有許多被推測是致癌物質(zhì)[2-3]，對(duì)飲用水的水質(zhì)安全構(gòu)成了極大的威脅。

次氯酸鈉是一種高效、廣譜、安全的強(qiáng)力滅菌、殺病毒藥劑[4]。它與水的親和性很好，能與水以任意比互溶，操作安全，使用方便，易于儲(chǔ)存，投加環(huán)境要求低。而且次氯酸鈉消毒液在水中不會(huì)產(chǎn)生游離態(tài)分子氯，所以在消毒過程中發(fā)生因存在分子氯而引發(fā)的氯代化合反應(yīng)的可能性低，一般不會(huì)生成不利于人體健康的有毒有害物質(zhì)[5-6]。目前京津冀等地區(qū)出于安全考慮，已陸續(xù)以次氯酸鈉代替液氯作為消毒劑進(jìn)行消毒，而采用次氯酸鈉代替液氯進(jìn)行預(yù)加氯，可進(jìn)一步減少處理水中 DBPs的產(chǎn)生。與預(yù)氯化相比，無論在控制消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生方面，還是在使用安全方面，次氯酸鈉預(yù)氧化都具有實(shí)際的意義[1]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原水水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)用原水為南水北調(diào)引江原水，實(shí)驗(yàn)期間原水部分水質(zhì)參數(shù)見表1。由表1可見，原水 pH值穩(wěn)定在 8左右，濁度、耗氧量(CODMn)等指標(biāo)均較低，水質(zhì)較好。

表1 原水部分水質(zhì)參數(shù)Tab.1 Water quality parameters of the raw water portion

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

本研究以引江原水和混凝+脈沖澄清+過濾工藝的濾后出水(以下簡稱濾后水)為實(shí)驗(yàn)原水，分別加入適量液氯和次氯酸鈉(控制出水余氯相同)進(jìn)行預(yù)氧化和消毒實(shí)驗(yàn)，測定不同實(shí)驗(yàn)條件下出水的 THMs、二氯乙酸(DCAA)和三氯乙酸(TCAA)等消毒副產(chǎn)物指標(biāo)，完成引江原水、濾后水分別在液氯、次氯酸鈉預(yù)氧化和消毒條件下消毒副產(chǎn)物生成的對(duì)比分析。

1.3 分析項(xiàng)目與方法

實(shí)驗(yàn)測定的指標(biāo)為 pH 值、濁度、CODMn、色度、THMs、DCAA、TCAA 等。

pH值：采用Mettler Toledo 320型pH計(jì)，玻璃電極法測定。

濁度：采用 HACH 2100N 濁度儀，分光光度法測定。

CODMn：采用酸性高錳酸鉀滴定法(GB/T 5750.7—2006)測定。

色度：采用鉑-鈷標(biāo)準(zhǔn)比色法(GB/T 5750.4—2006)測定。

THMs：采用測定頂空氣相色譜法測定。

DCAA和TCAA：采用氣相色譜法測定。

2 結(jié)果與討論

次氯酸鈉的分子式是 NaClO，是一種強(qiáng)堿弱酸鹽，它是一種清澈透明且能與水完全互溶的液體。在消毒方面，次氯酸鈉的優(yōu)勢十分明顯，次氯酸鈉親水性極好，能和水以任意比互溶。更加值得肯定的是，次氯酸鈉在水中不產(chǎn)生游離分子氯，不會(huì)發(fā)生氯代反應(yīng)產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì)；次氯酸鈉也不會(huì)對(duì)管道構(gòu)成腐蝕作用。

在原水氨氮含量高時(shí)，NaClO能與氨氮發(fā)生反應(yīng)，生成具有消毒作用的NH2Cl和NHCl2，氨氮濃度降低，符合折點(diǎn)加氯曲線原理，折點(diǎn)出現(xiàn)在加氯量為氨氮濃度 9倍左右(7.6～10.6倍)的位置，折點(diǎn)之后出現(xiàn)自由性余氯，消毒效果最好[7]。從成本考慮，次氯酸鈉的消毒成本費(fèi)用較低，次氯酸鈉和氯氣的成本比大約是 1.05∶l[8]。無論是作為消毒劑還是預(yù)氧化劑使用，次氯酸鈉代替液氯都是可行且具有實(shí)際意義的。

按1.2節(jié)的安排進(jìn)行小試實(shí)驗(yàn)，測定不同實(shí)驗(yàn)條件下出水的 THMs、DCAA和 TCAA等消毒副產(chǎn)物指標(biāo)，結(jié)果見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)室小試消毒副產(chǎn)物檢測結(jié)果Tab.2 Test results of small test disinfection byproduct in laboratory

由表2所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在控制出水余氯相同的情況下，引江原水分別采用液氯和次氯酸鈉進(jìn)行預(yù)氧化時(shí)，出水的THMs、DCAA、TCAA等主要消毒副產(chǎn)物指標(biāo)均低于國標(biāo)限值，可以推測是由于引江原水中含有的有機(jī)物較少而出現(xiàn)這個(gè)結(jié)果。但對(duì)比采用液氯和次氯酸鈉進(jìn)行預(yù)氧化生成的三鹵甲烷量來看，前者明顯高于后者，且前者比后者出水的三鹵甲烷生成量高 48.2%。這表明，采用次氯酸鈉進(jìn)行預(yù)氧化可以大幅避免因預(yù)氯化而產(chǎn)生三鹵甲烷的風(fēng)險(xiǎn)。

在控制出水余氯相同的情況下，取中試水廠的濾后水，分別采用液氯和次氯酸鈉進(jìn)行消毒時(shí)，出水的THMs、DCAA、TCAA等主要消毒副產(chǎn)物指標(biāo)均低于國標(biāo)限值，兩種消毒劑條件下消毒副產(chǎn)物生成量差別不大。

3 結(jié) 論

在控制出水余氯相同的情況下，引江原水分別采用液氯和次氯酸鈉進(jìn)行預(yù)氧化時(shí)，出水的 THMs值、DCAA、TCAA等主要消毒副產(chǎn)物指標(biāo)均低于國標(biāo)限值；采用液氯進(jìn)行預(yù)氧化生成的三鹵甲烷明顯高于次氯酸鈉，前者比后者出水的三鹵甲烷生成高 48.2%,。在控制出水余氯相同的情況下，引江原水分別采用液氯和次氯酸鈉進(jìn)行消毒時(shí)，出水的 THMs、DCAA、TCAA等主要消毒副產(chǎn)物指標(biāo)均低于國標(biāo)限值，兩種消毒劑條件下消毒副產(chǎn)物生成量差別不大。經(jīng)過對(duì)比，次氯酸鈉作為氧化劑進(jìn)行預(yù)氧化較預(yù)氯化可大幅度降低生成消毒副產(chǎn)物的風(fēng)險(xiǎn)，作為消毒劑時(shí)效果與液氯相似。