飲用水中氯胺消毒的應(yīng)用

飲用水中氯胺消毒的應(yīng)用

0飲用水消毒副產(chǎn)物消毒的目的是利用所需的消毒物質(zhì)在水中殺死病原體和有害的細(xì)菌，并防止水媒傳播疾病?，F(xiàn)在，人們經(jīng)常使用溶液作為飲用水的消毒手段。國家要求飲用水中的細(xì)菌總數(shù)小于100個(gè)細(xì)菌，腸菌群小于3個(gè)。為了確保微孔和消毒在水中的長期作用，必須在水中使用一定的氯含量。根據(jù)人們的發(fā)現(xiàn)，在水中使用消毒藥物后，有一些對人類有害的物質(zhì)被定義為飲用水消毒的輔助產(chǎn)品（生物多樣性-產(chǎn)品）。這些物質(zhì)對人類的健康有威脅，在這些物質(zhì)中，自1973年以來，人們研究了三氟甲烷（thms）。當(dāng)收集源水時(shí)，thms被認(rèn)為是水中的消毒劑，它可以抑制或減少dap引起的疾病。1氯消毒的原理和缺點(diǎn)1.1氯化消毒法飲用水氯化消毒起消毒作用的是投入到水中的氯化消毒劑與水作用形成的次氯酸,次氯酸分子擴(kuò)散到細(xì)菌表面,并穿透細(xì)胞膜,使細(xì)菌的蛋白質(zhì)組分發(fā)生變性,從而達(dá)到殺菌消毒的目的.液氯是目前應(yīng)用比較廣泛的氯化消毒劑,與水發(fā)生如下反應(yīng):Cl2+H2O→HClO+HCl(1)Cl2+Η2Ο→ΗClΟ+ΗCl(1)1.2氯試劑的缺點(diǎn)我們進(jìn)行消毒,就是保證殺滅水中的有害細(xì)菌和保證飲用水安全,而氯化消毒劑自身卻有一定缺點(diǎn).1.2.1控制好水中余氯的量氯化消毒的持續(xù)時(shí)間短是氯化消毒劑自身最明顯的缺點(diǎn).出水管網(wǎng)中自來水要有一定的余氯量并且維持一定的時(shí)間,用以殺滅水中一些持續(xù)時(shí)間比較長的微生物.采用液氯消毒時(shí).當(dāng)出水中的余氯量控制在0.3mg/L,在4h之后,給水管網(wǎng)中就很難檢測出余氯,管網(wǎng)末端的余氯量一般在0.05mg/L之下,不能滿足要求.另外若是在敞開水池或光照條件下,水中的余氯容易揮發(fā)和分解,影響消毒效果.1.2.2ph的影響當(dāng)氯化消毒劑與水發(fā)生反應(yīng)生成次氯酸的同時(shí)還伴有酸或堿的生成.因此,次氯酸的生成量要受pH的影響.當(dāng)采用液氯消毒時(shí),伴有鹽酸的生成,pH增大有利于反應(yīng)向生成次氯酸的方向進(jìn)行,但堿性不能太強(qiáng),否則HClO會被中和ClO-1,影響消毒效果.當(dāng)采用漂白粉和次氯酸納消毒時(shí),pH增大反而不利于次氯酸生成的反應(yīng)發(fā)生.1.2.3容易產(chǎn)生二次廢物dbps氯化消毒劑在消毒的同時(shí),會產(chǎn)生一定量的游離氯,游離氯可與多種有機(jī)物發(fā)生氯化反應(yīng)、生成三氯甲烷等致癌物質(zhì),危害人們的健康.2氯消毒有機(jī)鹽代代相傳的生成和性質(zhì)2.1揮發(fā)性鹵代烴大量飲用水源中含有腐殖質(zhì),藻類及其代謝有機(jī)物等,在一般的水體中腐殖酸占有機(jī)物總量的一半左右,有的可達(dá)80%左右,分析這些物質(zhì)的有機(jī)官能團(tuán),其中脂肪占35%,芳香結(jié)構(gòu)占21%.研究表明,這些物質(zhì)都是形成揮發(fā)性鹵代烴(VOH)的主要前驅(qū)物質(zhì).水氯化消毒產(chǎn)生的游離氯可與這些物質(zhì)作用形成VOH,我們可以用下式表示有機(jī)鹵代物質(zhì)的生成.當(dāng)源水pH值接近7時(shí),THMs的生成量及生成速度與投氯量,接觸反應(yīng)時(shí)間和被處理水中前驅(qū)物質(zhì)濃度有關(guān).黃君禮指出,當(dāng)兩個(gè)以上的-OH自由基之間含有一個(gè)活性空位或三個(gè)活性空位碳原子的物質(zhì),是造成氯仿最大效的前驅(qū)物質(zhì),如苯二酸等.氯(鹵素離子)+前驅(qū)物質(zhì)有機(jī)鹵代物2.2飲用水中thms含量的研究三鹵甲烷是鹵素類有機(jī)鹵代物,包括氯仿(TCM)、溴仿(TBM)、一溴二氯甲烷(BDCM)、二溴一氯甲烷(DBCM).在我國各大城市飲用水普查中均查出了THMs的存在.人們已經(jīng)鑒定出THMs是一種環(huán)境激素物質(zhì),其具有致癌和致突變作用,對人體健康有害.近年來國內(nèi)外大量研究表明THMs與直腸、結(jié)腸等消化系統(tǒng)的癌癥有關(guān),飲用水中THMs含量越高,飲用的時(shí)間越長對人體健康的損害也就越大,致癌的危險(xiǎn)程度越高,因此對飲用水中THMs的含量作了規(guī)定,我國為小于100μg/L.鹵乙酸(HAAs)包括二氯乙酸(DCAA)、三氯乙酸(TCAA)等,是DBPs的一種.其毒性比較高,是一種高風(fēng)險(xiǎn)的致癌物質(zhì),可以引起代謝紊亂和神經(jīng)中毒.國內(nèi)外對此的研究比較少,原水有機(jī)物中疏水性有機(jī)酸(腐殖質(zhì)類)是鹵乙酸形成的主要前驅(qū)物質(zhì),其產(chǎn)生的HAAs約占全部有機(jī)物氯化后生成鹵乙酸總量的80%左右.研究表明:水中有機(jī)物生成DCAA的活性比生成TCAA的高.因此對飲用水中HAAs的含量也作了規(guī)定,我國為小于60μg/L.2.3子br-和碘離子i-氯化消毒不僅生成了有機(jī)氯代物,還伴有有機(jī)溴代物和碘代物的生成,水體中含有溴離子(Br-)和碘離子(I-),氯和水中的有機(jī)物發(fā)生氯化反應(yīng)的同時(shí),也和水中的Br-和I-發(fā)生氧化還原反應(yīng),把水中的Br-和I-氧化成單質(zhì)溴和碘,這兩種物質(zhì)是一種很強(qiáng)的親核試劑,易和有機(jī)物發(fā)生加成或取代反應(yīng)生成有機(jī)溴代物和碘代物.2.4氯化消毒副產(chǎn)物飲用水氯化消毒可生成很多種DBPs,其中大多數(shù)還沒有鑒定出其毒性,不過人們對THMs的研究比較多,其可與其他副產(chǎn)物的較高的水平存在,氯代酸類,醛類物質(zhì)的含量比三氯甲烷低,但其在毒性上卻是三氯甲烷的8倍和3倍,HAAs的毒性是THMs的50～100倍.一些氯化消毒副產(chǎn)物的毒理作用見表1.經(jīng)過處理后飲用水中DBPs物質(zhì)的多少成為評價(jià)消毒劑的一個(gè)主要指標(biāo),氯胺可以不斷釋放具有殺菌作用的次氯酸,同時(shí)可以抑制DBPs的生成.3氯胺的消毒原理和優(yōu)點(diǎn)3.1cl2和nhcl3的存在對消毒的控制氯氣加到水中,生成次氯酸,次氯酸可以與氨氣反應(yīng)生成氯胺,反應(yīng)如下:Cl2+H2O?HClO+HCl(1)Cl2+Η2Ο?ΗClΟ+ΗCl(1)NH3+HClO?NH2Cl+H2O(2)ΝΗ3+ΗClΟ?ΝΗ2Cl+Η2Ο(2)NH2Cl+HClO?NHCl2+H2O(3)ΝΗ2Cl+ΗClΟ?ΝΗCl2+Η2Ο(3)NHCl2+HClO?NCl3+H2O(4)ΝΗCl2+ΗClΟ?ΝCl3+Η2Ο(4)由上面的反應(yīng)式可以看出,這些反應(yīng)均存在一個(gè)動態(tài)平衡.氯胺消毒起消毒作用是其緩慢釋放的HClO.當(dāng)HClO因消耗而減少時(shí),NHCl2按逆反應(yīng)方向生成HClO,從而實(shí)現(xiàn)消毒的目的,當(dāng)Cl2和NH3的物質(zhì)量化為(15～20)∶1時(shí),才有顯著的NCl3存在.NCl3存在和含量在消毒中的影響不大,并且有明顯的氣味,一般不希望其生成.在實(shí)際生產(chǎn)中,在將Cl2和NH3的物質(zhì)的量比控制在3～5之間,以保證在正常pH值下一氯胺是主要生成物.當(dāng)pH太低,Cl2和NH3的比值越高,對生成較不穩(wěn)定的氯胺有利,當(dāng)pH=5～8時(shí),NH2Cl和NHCl2共存.它是一種比NH2Cl更強(qiáng)的消毒劑,但不穩(wěn)定,有明顯的氣味.3.2消毒-殺菌法-n-b/c氯胺用于給水消毒的優(yōu)點(diǎn).1)由于氯胺可以避免或減緩水中一些有機(jī)污染物發(fā)生氯化反應(yīng),因此氯胺消毒一般很少產(chǎn)生三鹵甲烷(THMS)和鹵乙酸(HAAs),產(chǎn)生致癌致突變的化合物也比較少.2)氯胺的穩(wěn)定性好,在管網(wǎng)中的持續(xù)時(shí)間長,可以有效控制管網(wǎng)中的有害微生物的繁殖和生物膜的形成,殺菌持久性強(qiáng),更可以保證管網(wǎng)余氯量的要求.3)氯氨消毒是由緩慢釋放出的HClO發(fā)生作用,故氧化能力相對比較弱,可以大大減緩液氯消毒殘留的臭味.4)氯胺消毒對供水管網(wǎng)的腐蝕性比較小.4回用氯胺消毒的出水管網(wǎng)余氯及管網(wǎng)余氯下的氯胺用量鑒于氯氨消毒的一系列優(yōu)點(diǎn),南方很多自來水廠采用氯消毒,在保證出水水質(zhì)的同時(shí),可以有效抑制DBPs的生成,取得了比較好的效果.上海威立雅自來水公司浦東水廠自采用氯胺消毒以來,其出水的各項(xiàng)控制指標(biāo)均滿足目前的國家飲用水質(zhì)的規(guī)定,我們得到了2004年5月～12月的一些生產(chǎn)數(shù)據(jù),見表2.從該水廠中的生產(chǎn)和檢驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出,采用氯胺消毒其出水管網(wǎng)余氯達(dá)標(biāo)率比較好,出廠水和管網(wǎng)水氯仿含量均比較低,能夠滿足國家現(xiàn)行飲用水標(biāo)準(zhǔn),并且消毒效果比較好,在消毒的同時(shí)對DBPs的產(chǎn)生有較明顯的抑制作用.在實(shí)際生產(chǎn)中,使用氯胺重要的一點(diǎn)是加強(qiáng)生產(chǎn)管理,控制氯和氨的投加比例,一般投氯1.3～1.4mg/L,投氨0～0.3mg/L.并且要嚴(yán)格控制投氨量,避免過多的氨引起出水中亞硝酸鹽和氨氮的超標(biāo).5消毒活性的影響盡管氯胺消毒存在一系列優(yōu)點(diǎn),使越來越多被用于水廠消毒中,但也有一定的局限性.1)氯胺消毒是通過緩慢釋放的HClO作用的,其消毒的持久力比較強(qiáng),但是消毒能力比較弱,殺菌作用不及自由氯.2)如果控制不好的投加量,會激活水中的氨氧化細(xì)菌,而使轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽和氨氮,從而使出水中亞硝酸鹽和氨氮超標(biāo).3)氯氨消毒需要專門設(shè)加氨間和加氯間,氨氣泄漏事件的防治目前還沒有比較完善的措施.6+氯胺消毒1)采用氯胺進(jìn)行消毒,出廠水的各項(xiàng)控制指標(biāo)均可達(dá)到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn),