溴酸鹽新的產生途徑及深思

孫婷 徐慧

關鍵詞：鳳凰路水廠;臭氧氧化;溴離子;溴酸鹽

臭氧作為一種強氧化劑，被廣泛應用于現代水處理工藝，最常與其聯用的生物活性炭技術在水處理中發揮了巨大作用。臭氧將大分子有機物氧化分解成小分子有機物進入水體，可作為底物被生物生長代謝利用，提高水體的可生化性，剩下的小分子有機物由生物活性炭吸附降解。臭氧催化氧化及其聯用技術在兼顧有機物去除與氧化副產物含量控制方面具有明顯的優勢。

含溴離子的原水在臭氧化過程中會生成許多消毒副產物，臭氧可將溴離子氧化為亞溴酸鹽（BrO2-）、溴酸鹽（BrO3-）、溴仿、二溴乙腈、二溴乙酸、溴化氰以及一些尚未確定的溴化有機副產物[3]。其中，人們最關注的是具有致癌和致突變性的溴酸鹽，世界衛生組織對溴酸鹽的暫行準則值為10 μg/L[4]，這與我國現行標準一致[5]。溴離子質量濃度作為臭氧化過程中溴酸鹽生成的重要影響因素，國家對其沒有嚴格的限值標準。在整個水處理過程中，溴離子作為生成溴酸鹽的前驅體，轉化途徑多種多樣。本研究根據溴離子各質控點走勢動態及去除機理進行追蹤，提出新的溴酸鹽轉化途徑，為日后水廠處理工藝中溴酸鹽的規避提出建議。

1 實驗過程及機理分析

濟南市鳳凰路水廠引用黃河水（未受到咸潮影響和溴離子污染），采用臭氧活性炭高級氧化深度處理工藝，旨在應對水源中大分子有機物增多的情況。目前，鳳凰路水廠采用的工藝是“進場原水+高密度沉淀池（混凝沉淀）+臭氧接觸池+活性炭濾池+V型砂濾池+加氯+清水池+出廠水”。本研究對鳳凰路水廠進行為期3個月的溴離子和溴酸鹽跟蹤實驗，結果如圖1所示。

實驗發現，溴離子在進場原水、高密池出水、臭氧接觸池出水、活性炭池出水以及砂濾池出水階段均無明顯減少現象（見圖1）。但是到了出廠水階段，溴離子質量濃度大幅度降低，分6個時間段進行為期兩個月的重復性實驗，出現同樣的情況。在這一階段，去除率為76.5%～86.6%，出廠水的溴離子質量濃度在0.020 mg/L以下。這與尢志磊等的實驗結果一致。

在加氯階段，溴離子的去除率達到最高，推測除溴反應方程式如下。

當溴離子過量時，發生反應（3），但是如果水廠不受咸潮影響和溴離子污染且正常加氯，反應（3）發生的可能性很小。

需要注意的是反應（4），這也是水廠處理最常見的情況，加氯必然使ClO^-過量，生成BrO^-，而BrO^-是形成溴酸鹽的中間體：

從化學反應方程式可以看出，氯在水中反應釋放出ClO^-，由于ClO^-的氧化性很強，可以在水中氧化溴離子，達到去除溴離子的效果。當ClO^-過量時（此為常見情況，水廠加氯操作必然使ClO^-過量），生成BrO^-，BrO^-與臭氧發生反應生成溴酸鹽[反應（5）]，這就出現了溴酸鹽的新轉化途徑。下面針對反應（5）產生溴酸鹽和溴離子作深入思考。

針對產物溴酸鹽可以作如下思考：一方面，采取鳳凰路水廠的無前處理工藝時，需要明確出廠水中是否還有臭氧殘存、是否會發生副反應（5）產生溴酸鹽，污染出廠水，因此，需要實時跟蹤溴酸鹽質量濃度。經過各質控點跟蹤實驗發現，溴酸鹽均無超標現象（低于檢出限0.005 mg/L），這與水源中溴離子質量濃度（0.063～0.085 mg/L）不高有關。另一方面，當水廠采用前處理方案，比如采取預氯化時，需要控制加氯量，因為過量的氯與水反應產生ClO^-，ClO^-與水中溴離子發生反應產生BrO^-，BrO^-作為溴酸鹽的中間體進入臭氧活性炭池，臭氧氧化形成溴酸鹽，活性炭池會去除一部分溴酸鹽，但是溴酸鹽的國家標準僅為10 μg/L，這就要求提高警惕，時刻關注各質控點溴酸鹽的變化，避免超標導致水污染。

針對產物溴離子可以作如下思考：當水廠采用預氯化工藝，出現溴離子季節性增多的情況時，預加氯產生的次氯酸能氧化溴離子生成次溴酸鹽，進入下一步預臭氧接觸池時，發生反應（5），生成溴酸鹽、溴離子，混凝沉淀結束后，進入臭氧接觸池，沒有反應的溴離子以及上一步生成的溴離子會二度產生溴酸鹽，污染水，這就需要關注原水季節性變化、適時調整水處理工藝。

2 結語

在整個實驗過程中，通過研究溴離子質量濃度的走勢，推出溴離子的去除過程和機理，找到溴酸鹽的新轉化途徑。由此可以得到啟示：當水源中存在溴離子時，向水中加入強氧化性物質，例如次氯酸鹽，都會產生次溴酸鹽[反應（4）]，采用臭氧高級氧化工藝時，臭氧的強氧化作用會使次溴酸鹽被氧化成溴酸鹽[反應（5）]，提高溴酸鹽質量濃度。在整個水處理過程中，溴元素在溴酸鹽和次溴酸鹽中不斷轉化，并且由于不同轉化過程的動力學影響因素不同，要全過程掌控溴離子和溴酸鹽的質量濃度，確保水體安全。