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        飲用水中消毒副產(chǎn)物及其消除技術(shù)研究進展

        2017-12-19 07:58:17范寧偉翦英紅辛丙靖佟亮亮
        科技創(chuàng)新與應用 2017年35期

        范寧偉+翦英紅+辛丙靖+佟亮亮

        摘 要:飲用水消毒過程中,所采用的消毒劑會與水中的有機物反應,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。文章主要對飲用水消毒過程中不同消毒劑所產(chǎn)生的DBPs進行了闡述和比較,并對DBPs的消除技術(shù)進行了介紹。

        關(guān)鍵詞:飲用水;消毒副產(chǎn)物;消除技術(shù)

        中圖分類號:R123.6 文獻標志碼:A 文章編號: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,保證人類的飲水安全。但是在消毒過程中,所使用的消毒劑除了能消毒滅菌外,還會與水中存在的天然有機物、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)用氯消毒后會產(chǎn)生一類特殊的化合物三鹵甲烷(THMs)[1]。1976年美國國家環(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,針對飲用水中DBPs的監(jiān)測和研究,也相繼展開。1989年和1998年[2]美國相繼兩次開展了全國范圍內(nèi)飲用水中DBPs污染狀況的調(diào)查,監(jiān)測的指標除三鹵甲烷外,增加了鹵乙酸、鹵乙腈、鹵代酮類、三鹵乙醛、氯化苦、氯酚以及無機副產(chǎn)物。澳大利亞[3]對典型DBPs分布情況進行了分析,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。國內(nèi)目前為止有關(guān)DBPs的監(jiān)測資料主要為THMs成分的研究。清華大學李爽等人[4]1998~2000年對西南L市和北京五個水廠的出廠水和管網(wǎng)末梢水進行了HAAs的調(diào)查,均檢出含有HAAs。越來越多的DBPs被發(fā)現(xiàn)和證實。到目前為止,已發(fā)現(xiàn)的飲用水DBPs已達600多種。而許多消毒副產(chǎn)物現(xiàn)已證實,具有致畸、致突以及致癌的性質(zhì),嚴重威脅人類的健康[5]。為保障人類飲用水安全,控制飲用水DBPs已成為人們關(guān)注的焦點。

        2 常用的消毒劑及相應消毒副產(chǎn)物種類

        目前,常用的消毒劑主要有氯類消毒劑、氯胺、二氧化氯、臭氧等。

        氯類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物作用產(chǎn)生DBPs。經(jīng)過多年的研究發(fā)現(xiàn)[6],在氯類消毒劑消毒過程中,目前已檢測到多達數(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DBPs,以及氯酸鹽(ClO3-)、亞氯酸鹽(ClO2-)、溴酸鹽(BrO3-)等無機DBPs。其中THMs、HAAs、HANs為主要的DBPs。

        為了控制飲用水中DBPs的種類和含量,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種類少,二氧化氯也被認為是一種安全、高效、低毒的新型消毒劑。但最近的研究報道表明[7],二氧化氯在消毒過程中也會產(chǎn)生DBPs,但有機DBPs很少,主要為無機DBPs,如亞氯酸鹽(ClO2-)和氯酸鹽 (ClO3-)等。若飲用水中若有Br-存在,可能會產(chǎn)生溴酸鹽(BrO3-)。

        臭氧也作為一種新型消毒劑,越來越多的使用于飲用水的消毒過程中。但研究發(fā)現(xiàn),臭氧也可以氧化水中的有機物產(chǎn)生非鹵代DBPs[5],如酮類、羧酸和醛類化合物,以甲醛為主,它還可以直接與溴離子反應產(chǎn)生BrO3-,如果水中同時存在有機物和溴離子時,臭氧可以氧化溴離子為次溴酸,而導致溴代DBPs的生成。

        飲用水消毒過程中,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程中產(chǎn)生的典型DBPs種類及其化合物見表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。并且,消毒過程中產(chǎn)生的其他DBPs種類,還有待進一步確認。

        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物等前體物質(zhì),二是化學消毒劑的使用。為了進一步保護人類健康,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。主要是通過改進傳統(tǒng)氯化工藝、強化混凝和活性炭組合工藝、膜分離技術(shù)等方法,在處理過程中,盡量減少DBPs的產(chǎn)生。(2)去除前體物質(zhì)。采用物理去除法、化學氧化法、納米技術(shù)、多種消毒法協(xié)同組合工藝等,提高對消毒副產(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進行消除,以改善飲用水的質(zhì)量。

        參考文獻:

        [1]Rook J. Formation of haloform during chlorination of natural waters[J]. Water Treat Exam,1974,23(2):234-243.

        [2]Boorm an G A, Dellarco V, Dunnick J K, et al. Drinking ion byproducts:review and approach to toxicity evaluation[J]. Environ Health Perspect, 1999, 107(Supp 11):207-217.

        [3]Richardson S D, Plewa M J, Wagner E D, et a1. Occurrence, genotoxicity, and carcinogenicity of regulated and emerging disinfection by production drinking water:A review and roadmap for research[J]. Mutation Research,2007,636(113):178-242.

        [4]李爽,張曉健.兩個中心城市飲用水中消毒副產(chǎn)物的調(diào)查[J].中國給水排水,2000,16(10):25-27.

        [5]趙玉麗,李杏放.飲用水消毒副產(chǎn)物:化學特性與毒性[J].環(huán)境化學,2011,30(1):20-29.

        [6]葛飛,舒海民.飲用水中氯化消毒副產(chǎn)物的研究進展[J].凈水技術(shù),2006,25(1):34-38.

        [7]鐘格梅,唐振珠.二氧化氯消毒飲用水的研究進展[J].環(huán)境與健康雜志,2010,27(8):742-744.

        [8]高超,王啟山,夏海燕.飲用水消毒副產(chǎn)物控制工藝的國內(nèi)外研究動態(tài)[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2010,144(9):96-97.endprint

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