范寧偉+翦英紅+辛丙靖+佟亮亮
摘 要:飲用水消毒過(guò)程中,所采用的消毒劑會(huì)與水中的有機(jī)物反應(yīng),產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物(DBPs),且消毒劑不同,產(chǎn)生的DBPs也有差別。文章主要對(duì)飲用水消毒過(guò)程中不同消毒劑所產(chǎn)生的DBPs進(jìn)行了闡述和比較,并對(duì)DBPs的消除技術(shù)進(jìn)行了介紹。
關(guān)鍵詞:飲用水;消毒副產(chǎn)物;消除技術(shù)
中圖分類(lèi)號(hào):R123.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):2095-2945(2017)35-0171-02
1 概述
飲用水消毒的主要目的是控制水中致病菌,保證人類(lèi)的飲水安全。但是在消毒過(guò)程中,所使用的消毒劑除了能消毒滅菌外,還會(huì)與水中存在的天然有機(jī)物、溴化物、碘化物等其他物質(zhì),生成大量的消毒副產(chǎn)物(DBPs)。1974年,Rook發(fā)現(xiàn)用氯消毒后會(huì)產(chǎn)生一類(lèi)特殊的化合物三鹵甲烷(THMs)[1]。1976年美國(guó)國(guó)家環(huán)保局調(diào)查發(fā)現(xiàn),THMs普遍存在于氯消毒的飲用水中,之后,氯消毒的安全性,引起了人們的普遍關(guān)注,針對(duì)飲用水中DBPs的監(jiān)測(cè)和研究,也相繼展開(kāi)。1989年和1998年[2]美國(guó)相繼兩次開(kāi)展了全國(guó)范圍內(nèi)飲用水中DBPs污染狀況的調(diào)查,監(jiān)測(cè)的指標(biāo)除三鹵甲烷外,增加了鹵乙酸、鹵乙腈、鹵代酮類(lèi)、三鹵乙醛、氯化苦、氯酚以及無(wú)機(jī)副產(chǎn)物。澳大利亞[3]對(duì)典型DBPs分布情況進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)液氯消毒方式中THMs、HAAs的含量分別占DBPs的46%、42%;氯胺消毒分別為24%、54%,也就是說(shuō)加氯消毒主要的副產(chǎn)物是 THMs和HAAs,兩者含量之和占全部DBPs的80%以上。國(guó)內(nèi)目前為止有關(guān)DBPs的監(jiān)測(cè)資料主要為T(mén)HMs成分的研究。清華大學(xué)李爽等人[4]1998~2000年對(duì)西南L市和北京五個(gè)水廠的出廠水和管網(wǎng)末梢水進(jìn)行了HAAs的調(diào)查,均檢出含有HAAs。越來(lái)越多的DBPs被發(fā)現(xiàn)和證實(shí)。到目前為止,已發(fā)現(xiàn)的飲用水DBPs已達(dá)600多種。而許多消毒副產(chǎn)物現(xiàn)已證實(shí),具有致畸、致突以及致癌的性質(zhì),嚴(yán)重威脅人類(lèi)的健康[5]。為保障人類(lèi)飲用水安全,控制飲用水DBPs已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
2 常用的消毒劑及相應(yīng)消毒副產(chǎn)物種類(lèi)
目前,常用的消毒劑主要有氯類(lèi)消毒劑、氯胺、二氧化氯、臭氧等。
氯類(lèi)消毒劑是最常用的消毒劑之一,主要包括液氯和漂白粉兩種,一般以次氯酸 (HOCl)或次氯酸鹽(OCl-)的形式存在。次氯酸或次氯酸鹽均可以與水中的有機(jī)物作用產(chǎn)生DBPs。經(jīng)過(guò)多年的研究發(fā)現(xiàn)[6],在氯類(lèi)消毒劑消毒過(guò)程中,目前已檢測(cè)到多達(dá)數(shù)百種的DBPs,主要包括三鹵甲烷(THMs)、鹵乙酸(HAAs)、鹵乙腈(HANs)、鹵代酮(HKs)、致誘變化合物(MX)、水合氯醛(CH)、氯化苦(CP)、鹵乙醛等有機(jī)DBPs,以及氯酸鹽(ClO3-)、亞氯酸鹽(ClO2-)、溴酸鹽(BrO3-)等無(wú)機(jī)DBPs。其中THMs、HAAs、HANs為主要的DBPs。
為了控制飲用水中DBPs的種類(lèi)和含量,氯胺逐漸被人們所熟知。與液氯相比,采用氯胺消毒,可以明顯的降低水中DBPs的生成,尤其是THMs的產(chǎn)量,明顯低于氯消毒的產(chǎn)生量。最近的研究表明[5],氯胺消毒可能產(chǎn)生某些具有更大潛在危害的含氮消毒副產(chǎn)物(N-DBPs),如氯化氰(CCN)、N-亞硝基二甲胺(NDMA)、鹵代硝基甲烷(HNMs)、鹵代乙酰胺(HAMs)等。
因產(chǎn)生的DBPs種類(lèi)少,二氧化氯也被認(rèn)為是一種安全、高效、低毒的新型消毒劑。但最近的研究報(bào)道表明[7],二氧化氯在消毒過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生DBPs,但有機(jī)DBPs很少,主要為無(wú)機(jī)DBPs,如亞氯酸鹽(ClO2-)和氯酸鹽 (ClO3-)等。若飲用水中若有Br-存在,可能會(huì)產(chǎn)生溴酸鹽(BrO3-)。
臭氧也作為一種新型消毒劑,越來(lái)越多的使用于飲用水的消毒過(guò)程中。但研究發(fā)現(xiàn),臭氧也可以氧化水中的有機(jī)物產(chǎn)生非鹵代DBPs[5],如酮類(lèi)、羧酸和醛類(lèi)化合物,以甲醛為主,它還可以直接與溴離子反應(yīng)產(chǎn)生BrO3-,如果水中同時(shí)存在有機(jī)物和溴離子時(shí),臭氧可以氧化溴離子為次溴酸,而導(dǎo)致溴代DBPs的生成。
飲用水消毒過(guò)程中,使用的消毒劑不同,所產(chǎn)生的DBPs也不同。四種消毒劑及其消毒過(guò)程中產(chǎn)生的典型DBPs種類(lèi)及其化合物見(jiàn)表1。從表中可以看到:選用合適的消毒劑,可以大大減少飲用水中的DBPs種類(lèi)。并且,消毒過(guò)程中產(chǎn)生的其他DBPs種類(lèi),還有待進(jìn)一步確認(rèn)。
3 DBPs的消除技術(shù)
DBPs產(chǎn)生的根本原因,一是水中存在大量的天然有機(jī)物等前體物質(zhì),二是化學(xué)消毒劑的使用。為了進(jìn)一步保護(hù)人類(lèi)健康,降低各種DBPs在飲用水中的含量及產(chǎn)生,依據(jù)DBPs產(chǎn)生的根本原因,消除飲用水中DBPs的方法目前主要有三種[8]:(1)優(yōu)化水處理工藝。主要是通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)氯化工藝、強(qiáng)化混凝和活性炭組合工藝、膜分離技術(shù)等方法,在處理過(guò)程中,盡量減少DBPs的產(chǎn)生。(2)去除前體物質(zhì)。采用物理去除法、化學(xué)氧化法、納米技術(shù)、多種消毒法協(xié)同組合工藝等,提高對(duì)消毒副產(chǎn)物前體物質(zhì)的去除,從源頭減少水中的其他物質(zhì),達(dá)到減少DBPs的產(chǎn)生和含量的目的。(3)副產(chǎn)物直接去除。主要采用活性炭吸附法、曝氣吹脫法、膜分離法等,將生成的DBPs進(jìn)行消除,以改善飲用水的質(zhì)量。
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