淺談飲用水加氯消毒副產(chǎn)物及其控制途徑

淺淺談飲談飲用水加用水加氯氯消毒副消毒副產(chǎn)產(chǎn)物及其控制途徑物及其控制途徑 摘要摘要 本文論述了飲用水加氯消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生 危害及其目前 用于控制飲用水消毒副產(chǎn)物的方法 并指出了今后在這一領(lǐng)域的發(fā)展 方向 長期以來飲用水一直采用傳統(tǒng)的投氯消毒工藝 但自 1974 年 在自來水中發(fā)現(xiàn)三鹵甲烷與它們的不良影響以來 飲用水消毒副產(chǎn)物 及其控制技術(shù)一直是水處理領(lǐng)域的熱門課題 隨著人們研究的不斷深 入在該領(lǐng)域取得了一系列令人矚目的成果 本文以下對其進(jìn)行簡要的 介紹 1 消毒副消毒副產(chǎn)產(chǎn)物的物的產(chǎn)產(chǎn)生機(jī)理生機(jī)理 消毒副產(chǎn)物是在消毒過程中 水中的氯和溴與水中的有機(jī)物發(fā)生 化學(xué)反應(yīng)而生成的化合物 水中的氯一般是人為投加的消毒劑 而溴 是水中已存在的溴離子 在許多飲用水水源中含有低濃度溴化物 而 在沿海地區(qū) 則顯得相對較高 它們在消毒過程中對副產(chǎn)物的產(chǎn)生起 著一定的作用 能形成消毒副產(chǎn)物的前體物是來自天然水源中的腐殖 質(zhì) 它主要是以腐殖酸和富里酸的形式大量存在于水體中 在水處理 過程中 氯與三鹵甲烷的前驅(qū)物質(zhì)腐殖酸和富里酸反應(yīng)所生成的三鹵 甲烷量 同如反應(yīng)時間 溫度 pH 值 初始 TOC 及氯的濃度等因素有 關(guān) 氯和溴與水中的有機(jī)物化學(xué)反應(yīng)機(jī)理基本相同 以下以氯為例對 其的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行簡要介紹 從氯氣與有機(jī)物的反應(yīng)機(jī)理上看 氯氣 和有機(jī)物的作用除發(fā)生氧化還原外還發(fā)生氯的親電取代反應(yīng) 生成大 量的三鹵甲烷及致突變有機(jī)物 以間苯二酚為例 氯與間苯二酚首先 發(fā)生親電取代生成 2 4 6 三氯間苯二酚 其進(jìn)一步與氯加成形成環(huán)己 二酮中間產(chǎn)物 然后在 C2處水解氧化成酮羧酸 再與 HOCl 氧化成酮 這些三氯單酮經(jīng)堿催化水解成三鹵甲烷 2 消毒副消毒副產(chǎn)產(chǎn)物的種物的種類類及及對對健康的影響健康的影響 近年來 國內(nèi)外已從氯消毒的自來水中鑒定出 1000 余種有機(jī)物 其中有 20 種為確認(rèn)致癌物 23 種為可疑致癌物 18 種為促癌物 56 種為致突變物 在這些對人和動物產(chǎn)生不利影響的副產(chǎn)物中主要是三 鹵甲烷 鹵代乙酸和高溴根離子 三鹵甲烷中 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 根據(jù)美國國家 癌病研究所對有機(jī)物的致癌性和致突變性的研究結(jié)果 三氯甲烷對大 鼠 小鼠致癌 四氯化碳對大鼠 小鼠 倉鼠致癌 Ames 致突變性試 驗 一溴二氯甲烷對 TA98 TA100菌株顯陽性 三溴甲烷對 TA98 S9 TA100 S9菌株顯陽性 二溴一氯甲烷對 TA100菌株顯陽性 鹵 代乙酸主要由五種化合物組成 它們是一氯乙酸 二氯乙酸 三氯乙 酸 一溴乙酸 三溴乙酸 Ames 致突變性試驗中 鹵代乙酸是 TA1535 TA92 TA98 TA100及 TA102菌株的直接致突變劑 溴酸根離子 BrO 3 1990 年被確定為對人體有害的副產(chǎn)物 據(jù) Meier 的動物試驗 證明 溴酸根離子可誘發(fā)中國地鼠卵巢細(xì)胞染色體畸變 另據(jù)國際流 行病調(diào)查結(jié)果顯示 飲用氯消毒水居民的消化系統(tǒng) 泌尿系統(tǒng)腫瘤發(fā) 病率明顯高于引用地下水 不氯化 的居民 3 相關(guān)水相關(guān)水質(zhì)質(zhì)指指標(biāo)標(biāo)的制定的制定 隨著當(dāng)今人們生活水平不斷提高和飲用水水源的污染 人們迫切 需要飲用安全優(yōu)質(zhì)的水 因此各國都制定了嚴(yán)格的飲用水標(biāo)準(zhǔn) 目前 美國通過了消毒副產(chǎn)物規(guī)定 將飲用水中三鹵甲烷和鹵代乙酸最高允 許濃度標(biāo)準(zhǔn)分兩階段降低 第一階段三鹵甲烷從目前的 100 g L 降 為 80 g L 鹵代乙酸定為 60 g L 第二階段將分別進(jìn)一步降為 40 g L 和 30 g L 我國飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中 對三鹵甲烷和鹵代乙酸沒有明確 要求 只要求飲用水中的三氯甲烷最大允許含量為 60 g L 1993 年 世界衛(wèi)生組織把高溴酸根離子作為飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 其最大允許濃度 為 25 g L 美國環(huán)境保護(hù)局將其最大允許濃度定為 10 g L 4 消毒副消毒副產(chǎn)產(chǎn)物控制技物控制技術(shù)術(shù) 控制消毒副產(chǎn)物目的是盡量減小其在飲用水中的存在量 最大限 度地降低其對人體的不良影響 本文就現(xiàn)在的主要控制技術(shù)作一簡要 的介紹 4 1 替替換傳統(tǒng)換傳統(tǒng)消毒消毒劑劑 傳統(tǒng)消毒劑為氯氣 次氯酸鈉和次氯酸鈣 它們在水中主要依靠 HClO 和 ClO 的消毒作用 其中 HClO 的消毒作用為 ClO 的消毒作用 的 40 至 80 倍 氯消毒具有對細(xì)菌殺傷力大 在水中較穩(wěn)定和使用費 用低等優(yōu)點 但她也具有與有機(jī)物反應(yīng)生成有害副產(chǎn)物的缺點 因此 在飲用水消毒領(lǐng)域 人們正在使用或研究其它消毒方法 以滿足人們 對飲用水安全性要求 目前 研究較多的消毒藥劑有臭氧 二氧化氯 紫外光等 臭氧技術(shù)的研究是從 1886 年起在法國開始的 用于給水處理的 第一例是 1906 年投入運(yùn)轉(zhuǎn)的法國 Bon Voyage 水廠的臭氧消毒設(shè)備 近年來 針對常規(guī)處理所不能湊效的微量有機(jī)污染問題 臭氧除了更 加廣泛地用于代替氯氣作為水的消毒劑以外 還越來越多地被用于上 面所述的三鹵甲烷前驅(qū)物質(zhì)去除 水的除臭 除色和病原性寄生蟲 如賈第蟲 隱孢子蟲 的去除等領(lǐng)域 實用事例已充分展示了臭氧在 自來水深度處理中所起的重要作用和應(yīng)用前景 用臭氧處理來去除水 中的三鹵甲烷前驅(qū)物質(zhì)的功效有兩個方面 一是通過臭氧對有機(jī)物的 直接氧化來削減三鹵甲烷生成能 二是通過臭氧氧化改善有機(jī)物的生 化降解性 從而通過后續(xù)處理工藝來降低三鹵甲烷生成能 1894 年 美國首次將二氧化氯用于消除水中由于藻類繁殖所產(chǎn) 生的氣味 二氧化氯是一種黃綠色帶有刺激性氣味的高效氧化劑 在 水處理領(lǐng)域 用亞氯酸鈉和氯為原料 通過反應(yīng)生成二氧化氯 二氧 化氯消毒劑具有較強(qiáng)的消毒效果 其消毒機(jī)理一般認(rèn)為是二氧化氯對 細(xì)胞壁有較強(qiáng)的吸附和穿透能力 能穿過細(xì)胞壁與含巰基的酶反應(yīng) 從而使細(xì)胞死亡 并且可以很快地抑制蛋白質(zhì)的合成 因此 二氧化 氯除對一般的細(xì)菌有殺滅作用外 對孢子 病毒 藻類 鐵細(xì)菌 硫酸 鹽還原菌 真菌等均有殺滅作用 同時 純二氧化氯不會與腐殖酸或 富里酸反應(yīng)生成致癌 致突變 致畸等物質(zhì) 紫外光 UV 對細(xì)菌具有 較大的殺傷力 并且在消毒過程中極少產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物 因而是一種 較為安全的消毒技術(shù) 紫外光的消毒效果與紫外線對水透射能力有關(guān) 水中的懸浮濃度高時 它的消毒效果不很理想 在給水處理中 一般 都與其它消毒劑 如臭氧 雙氧水等聯(lián)合采用 4 2 水水處處理工理工藝藝的加的加強(qiáng)強(qiáng)與改善與改善 通過強(qiáng)化混凝方法去除水體中消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物質(zhì) 強(qiáng)化混凝 法是指在常規(guī)處理工藝流程下 加入超量的混凝劑以提高原水中有機(jī) 物的去除率 強(qiáng)化混凝有兩個目的 第一個目的是達(dá)到消毒 消毒副產(chǎn) 物條例所要求的總有機(jī)物 TOC 去除率 第二個目的是充分去除消毒 副產(chǎn)物的前驅(qū)物質(zhì) 大量的研究表明 采用強(qiáng)化混凝方法可以有效地 提高 TOC 的去除率 減少消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生 廢除水處理工藝中的預(yù)氯化法 當(dāng)水源受到污染 原水中含有大 量的氨時 水廠通常在處理設(shè)備前投氯進(jìn)行去除 這種水處理工藝雖 然使水中氨與氯化合 達(dá)到除氨的目的 但由于造成投氯量加大 與 有機(jī)物作用時間加長而使得三鹵甲烷的生產(chǎn)量增加 因此 為避免飲 用水中三鹵甲烷的生成 應(yīng)廢除凈水工藝中的預(yù)氯化工藝 采用如預(yù) 投高錳酸鉀或二氧化氯等工藝來代替 在原水或濾后水中含有三鹵甲 烷的前驅(qū)物質(zhì)較多時 可采用二次氯化法來減少氯的投加量及氯在管 路中的停留時間 即在管路起點可減少投氯量 是水中殘留氯濃度較 低 同時在中途配水池處再二次投加適量的氯量 以保證管網(wǎng)末梢出 水中的余氯要求 4 3 居民可采用加居民可采用加熱熱煮沸法去除一定的三煮沸法去除一定的三鹵鹵甲甲烷烷 三鹵甲烷中除溴仿外 其余的沸點均較低 據(jù)此 飲用水中若含 有以氯仿為主的三鹵甲烷時 居民可采用煮沸法 即將水煮沸 3 5 分 鐘便可去除 60 以上的三鹵甲烷類物質(zhì) 今后在消毒副產(chǎn)物控制方面所需做的研究有 在氯消毒作為飲用 水的最終處理的前提下 研究去除消毒副產(chǎn)物前提物質(zhì)方法 研究消 毒新工藝 使飲用水的化