引江原水不同預氧化和消毒條件下消毒副產物生成對比研究

董 捷，張怡然*，方自毅，李 晨，馬文紅

(1.天津泰達水業有限公司 天津 300457；2.天津泰達津聯自來水有限公司 天津 300457)

水資源短缺和水源水污染日益嚴重是當前世界最重大的資源環境問題之一，我國的供水行業面臨著水源水體污染、供水水質標準不斷提高的雙重壓力。近年來，隨著水源水質的惡化，常規混凝工藝難以滿足水處理要求。為進一步優化出水水質，預氧化常被用作水廠水源水的一種前處理方式。目前采用的氧化劑主要有氯氣、次氯酸鈉、臭氧等[1]。預氯化很長時間以來在很多水廠得到應用，預氯化工藝處理以地表水為水源的原水后，原水中的有機污染物會和高濃度的氯發生反應，可能生成較高濃度的氯化消毒副產物(disinfection by-products，DBPs)，如三鹵甲烷(Trihalomethanes，THMs)和鹵乙酸(Haloacetic acids，HAAs)等，這些鹵化有機化合物中有許多被推測是致癌物質[2-3]，對飲用水的水質安全構成了極大的威脅。

次氯酸鈉是一種高效、廣譜、安全的強力滅菌、殺病毒藥劑[4]。它與水的親和性很好，能與水以任意比互溶，操作安全，使用方便，易于儲存，投加環境要求低。而且次氯酸鈉消毒液在水中不會產生游離態分子氯，所以在消毒過程中發生因存在分子氯而引發的氯代化合反應的可能性低，一般不會生成不利于人體健康的有毒有害物質[5-6]。目前京津冀等地區出于安全考慮，已陸續以次氯酸鈉代替液氯作為消毒劑進行消毒，而采用次氯酸鈉代替液氯進行預加氯，可進一步減少處理水中 DBPs的產生。與預氯化相比，無論在控制消毒副產物的產生方面，還是在使用安全方面，次氯酸鈉預氧化都具有實際的意義[1]。

1 實驗部分

1.1 原水水質

實驗用原水為南水北調引江原水，實驗期間原水部分水質參數見表1。由表1可見，原水 pH值穩定在 8左右，濁度、耗氧量(CODMn)等指標均較低，水質較好。

表1 原水部分水質參數Tab.1 Water quality parameters of the raw water portion

1.2 實驗方案

本研究以引江原水和混凝+脈沖澄清+過濾工藝的濾后出水(以下簡稱濾后水)為實驗原水，分別加入適量液氯和次氯酸鈉(控制出水余氯相同)進行預氧化和消毒實驗，測定不同實驗條件下出水的 THMs、二氯乙酸(DCAA)和三氯乙酸(TCAA)等消毒副產物指標，完成引江原水、濾后水分別在液氯、次氯酸鈉預氧化和消毒條件下消毒副產物生成的對比分析。

1.3 分析項目與方法

實驗測定的指標為 pH 值、濁度、CODMn、色度、THMs、DCAA、TCAA 等。

pH值：采用Mettler Toledo 320型pH計，玻璃電極法測定。

濁度：采用 HACH 2100N 濁度儀，分光光度法測定。

CODMn：采用酸性高錳酸鉀滴定法(GB/T 5750.7—2006)測定。

色度：采用鉑-鈷標準比色法(GB/T 5750.4—2006)測定。

THMs：采用測定頂空氣相色譜法測定。

DCAA和TCAA：采用氣相色譜法測定。

2 結果與討論

次氯酸鈉的分子式是 NaClO，是一種強堿弱酸鹽，它是一種清澈透明且能與水完全互溶的液體。在消毒方面，次氯酸鈉的優勢十分明顯，次氯酸鈉親水性極好，能和水以任意比互溶。更加值得肯定的是，次氯酸鈉在水中不產生游離分子氯，不會發生氯代反應產生對人體有害的物質；次氯酸鈉也不會對管道構成腐蝕作用。

在原水氨氮含量高時，NaClO能與氨氮發生反應，生成具有消毒作用的NH2Cl和NHCl2，氨氮濃度降低，符合折點加氯曲線原理，折點出現在加氯量為氨氮濃度 9倍左右(7.6～10.6倍)的位置，折點之后出現自由性余氯，消毒效果最好[7]。從成本考慮，次氯酸鈉的消毒成本費用較低，次氯酸鈉和氯氣的成本比大約是 1.05∶l[8]。無論是作為消毒劑還是預氧化劑使用，次氯酸鈉代替液氯都是可行且具有實際意義的。

按1.2節的安排進行小試實驗，測定不同實驗條件下出水的 THMs、DCAA和 TCAA等消毒副產物指標，結果見表2。

表2 實驗室小試消毒副產物檢測結果Tab.2 Test results of small test disinfection byproduct in laboratory

由表2所示實驗結果可知，在控制出水余氯相同的情況下，引江原水分別采用液氯和次氯酸鈉進行預氧化時，出水的THMs、DCAA、TCAA等主要消毒副產物指標均低于國標限值，可以推測是由于引江原水中含有的有機物較少而出現這個結果。但對比采用液氯和次氯酸鈉進行預氧化生成的三鹵甲烷量來看，前者明顯高于后者，且前者比后者出水的三鹵甲烷生成量高 48.2%。這表明，采用次氯酸鈉進行預氧化可以大幅避免因預氯化而產生三鹵甲烷的風險。

在控制出水余氯相同的情況下，取中試水廠的濾后水，分別采用液氯和次氯酸鈉進行消毒時，出水的THMs、DCAA、TCAA等主要消毒副產物指標均低于國標限值，兩種消毒劑條件下消毒副產物生成量差別不大。

3 結 論

在控制出水余氯相同的情況下，引江原水分別采用液氯和次氯酸鈉進行預氧化時，出水的 THMs值、DCAA、TCAA等主要消毒副產物指標均低于國標限值；采用液氯進行預氧化生成的三鹵甲烷明顯高于次氯酸鈉，前者比后者出水的三鹵甲烷生成高 48.2%,。在控制出水余氯相同的情況下，引江原水分別采用液氯和次氯酸鈉進行消毒時，出水的 THMs、DCAA、TCAA等主要消毒副產物指標均低于國標限值，兩種消毒劑條件下消毒副產物生成量差別不大。經過對比，次氯酸鈉作為氧化劑進行預氧化較預氯化可大幅度降低生成消毒副產物的風險，作為消毒劑時效果與液氯相似。