中小水厂消毒工艺优化及副产物控制技术

谢娟娟

摘要：确保饮用水的安全是最大的民生问题之一,在中国的经济和社会发展密切相关的大多数居民的生命和健康,和中国的一个主要问题的努力实现城市化、现代化和全面建设小康社会。饮用水消毒是保证饮用水安全的重要环节。对于我国中小型水厂来说，如何减少消毒副产物的产生，保证饮用水的安全仍有很长的路要走。

关键词：中小水厂；消毒工艺；副产物；控制技术

一、研究内容与结果

1、中小水厂消毒技术与消毒副产物特征分析

1.1中小水厂消毒技术与消毒副产物调研

课题开展初期，通过资料查阅、电话和网络等形式对全国30个中央直辖市、自治区和省份的1195座中小水厂(300家水司)进行调研，结果表明:我国中小水厂消毒工艺主要是二氧化氯消毒和氯消毒，其中复合二氧化氯消毒占比为49．32%，高纯二氧化氯占比为28．83%，氯消毒占比为21．85%。为确保有效开展中小水厂消毒技术及副产物超标风险水平研究，选择126座水厂(涵盖7大流域、22个省份/自治区/直辖市)进行了实地问卷及水样分析调研，调研水厂分布情况如图1所示。本次调研掌握了我国中小水厂消毒工艺占比及消毒副产物超标风险水平，完成了中小水厂标准内消毒副产物分布地图(图2)，提出了典型中小水厂消毒工艺选择与优化的技术方案，明确了典型中小水厂氯消毒新型副产物优先控制清单，编制了《我国重点流域及典型区域中小水厂消毒副产物调研报告》。

图1我国中小水厂调研样本分布情况

图2中小水厂标准内消毒副产物分布地图

1.2不同消毒方式的风险评估

通过制定标准化的样本选择、采集、运输及检测方法，对我国126座氯消毒和二氧化氯消毒中小水厂进行实地水质监测，并将水质超标情况进行风险评估，分析结果如下。采用二氧化氯消毒，水厂中余氯、微生物以及氯酸盐、亚氯酸盐有机副产物均出现了不同程度的超标现象，将各水质指标超标次数加和，发现检测水质指标总体不合格率为9.9%；其中，微生物超标率为2.5%，余氯不达标率为4.2%。氯酸盐及亚氯酸盐超标率分别为1.6%。采用氯消毒，水厂中余氯、微生物以及三氯甲烷、三氯乙醛、三氯乙酸等副产物均出现了不同程度的超标现象，水质指标总体不合格率为7.0%；其中，微生物超标率为1.5%，余氯不达标率为5.0%，三氯甲烷、三氯乙醛、三氯乙酸分别超标0.4%、2.4%、0.4%。联合消毒对消毒副产物的生成具有一定的控制效果，具体表现为:采用氯/二氧化氯消毒，所生成消毒副产物超标风险较低；氯/氯胺联合消毒可降低含碳消毒副产物的生成，但同时会生成一些毒性较高的含氮消毒副产物；臭氧消毒方式可能会导致部分消毒副产物超标风险提高，采用紫外/氯或紫外/氯胺消毒可以通过减少氯或氯胺的投加量，减少消毒副产物的生成。

2、二氧化氯消毒工艺优化及副产物控制技术

2.1二氧化氯及其副产物厂级检测方法的开发

课题针对我国中小水厂运行过程中面临的二氧化氯应用与管理问题，研究优化了二氧化氯及其副产物的厂级检测方法，研发了多款便携式测定仪器；基于丽丝胺绿B(LGB)能够被二氧化氯氧化褪色、亚氯酸盐能够被辣根过氧化酶(HRP)催化转化为二氧化氯，建立了厂级同步检测二氧化氯、亚氯酸盐LGB-HRP的分光光度法，检出浓度为0.20～2.20mg/L；基于联苯胺在酸性条件下与氯酸盐结合生成黄色醌类化物，建立了联苯胺分光光度法检测氯酸盐，检出浓度为0.20～2.00mg/L。

2.2二氧化氯投加前馈控制技术

课题形成了以UV254、叶绿素a为在线监测指标，亚铁、二价锰离子为输入指标的二氧化氯投加前馈控制技术(图3)。该系统根据原水指标自动运行，与现有厂级控制系统及投加系统结合使用，满足消毒要求的同时，可及时预测副产物生成趋势，指导最优投加量，提高中小水厂消毒工艺的管控水平。相对人工投加，前馈系统可以有效降低二氧化氯投加量5%～10%。

图3二氧化氯投加前馈控制装置

2.3二氧化氯发生器残液无害化处理及亚氯酸盐控制技术

课题开发了基于零价铁还原的二氧化氯残液处理处置技术与装置(图4)，该技术控制反应pH值为2.0、铁粉投加量为10g，当氯酸钠溶液初始浓度为2g/L时，铁粉对氯酸根的去除率达99%。连续使用时，由于铁粉钝化，氯酸根去除率降低，用0.3mol/L的硫酸溶液对钝化态铁粉进行处理可增强去除效果并延长使用周期。二氧化氯发生器残液中存在酸性和共存氯离子以及氯酸盐过量问题，经铁粉还原，消毒副产物超标风险极大的降低，有效降低了发生器残液对环境的污染，具有较高的社会效益。同时，研究验证了活性炭吸附、亚铁盐还原的预氧化副产物亚氯酸盐控制技术，结果表明:亚铁盐与二氧化氯投加比在2.61、亚铁初始投加量为4.59mg/L、pH值=8.18、亚铁迟于二氧化氯投加点后11min时投加，可得到理想的去除率，保障出水总铁的安全。

图4发生器残液处理一体化装置

2.4评价方法及应用指南的编制

3、氯消毒新型副产物生成特征与控制技术

3.1三氯乙醛预警技术

基于氯化前后265nm波长处紫外差分吸收的氯化消毒副产物三氯乙醛预警技术，主要是利用氯化前后

265nm处紫外吸光度差值与三氯乙醛生成量之间的关系，同时考虑不同水处理工艺对三氯乙醛前体物的去

除效果，形成不同的折算系数α，从而通过原水氯化前后的ΔA265，预测出厂水的三氯乙醛生成量，判断三氯

乙醛风险等级，进而为控制措施的应用提供参考。试验中，预测的准确性达80%以上。

3.2氯消毒新型副产物的定量分析与潜能测定技术

选用更加合适的脱氯试剂来替代常规的亚硫酸钠、硫代硫酸钠、抗坏血酸等常用脱氯试剂，并采用弱酸或弱酸盐调节pH，保障DIAcAm的稳定性，形成了DIAcAm等碘代含氮消毒副产物的水样保存方法。同时，开发了检测水中微量含氮消毒副产物的吹扫捕集高效浓缩(P＆T)-GC-MS联用技术(检测限在0.1μg/L以下)、用于检测水中痕量碘代消毒副产物的顶空固相微萃取(HS-SPME)-GC-MS联用技术(检测限在10ng/L以下)；掌握了二氯化氯与氯气/氯氨联合消毒对氨基酸前体物生成含氮消毒副产物的控制规律:水中氨氮含量较低时(＜0.5mg/L)，宜采用单独自由氯消毒或高纯二氧化氯消毒；水中氨氮含量较高时(＞0.5mg/L)，宜采用复合二氧化氯消毒。

结束语：

中小水厂安全消毒是保证城市水质的重要环节。有专业技能的从业人员进行消毒操作是必要的。通过专业消毒技术、操作技能和管理手段的培训，提高水厂安全消毒的监控力度。在研究的过程中,有关消毒技术培训,可以进一步增强依赖中国城市供水和排水协会和其他组织,以促进全国安全消毒技术成就浇花,把它们变成实际生产效益。

参考文献：

［1］张念华，鲁翌，汪亚洲，等．二氧化氯与氯联合控制水中消毒副产物生成量［J］．中国公共卫生，2006，22(3):299－301．

［2］张海燕，娜仁高娃，宋彩军．生活饮用水中消毒副产物的危害及其检测方法探讨［J］．中国卫生检验杂志，2012，22(3):263－264，268．