飲用水管網中的消毒副產物生成與控制措施

摘 要：隨著城市化進程的飛速發展以及人們對飲用水安全要求的不斷提高，飲用水管網的重要性日益凸顯。然而，在飲用水消毒過程中，容易產生消毒副產物，給飲用水安全帶來潛在風險。這些消毒副產物的生成受多種因素影響，如水源水質、消毒劑種類與劑量、水的pH值和溫度等。基于此，本文深入探討消毒副產物的生成機制、影響因素及危害，提出優化消毒工藝、預處理減少副產物前體物以及加強管網運行管理等措施，以期達到有效控制消毒副產物生成、保障飲用水安全、提升飲用水品質的目的，為飲用水管網的科學管理提供理論支持與實踐指導。

關鍵詞：飲用水管網；消毒副產物；生成機制；控制措施；飲用水安全

Generation and Control Measures for Disinfection

By-Products in Drinking Water Pipeline Network

Abstract： With the rapid development of urbanization and the increasing demand for drinking water safety， the importance of the drinking water pipeline network is becoming increasingly prominent. However， during the disinfection process of drinking water， disinfection by-products are easily generated， posing potential risks to drinking water safety. The generation of these disinfection by-products is influenced by various factors， such as water source quality， disinfectant type and dosage， water pH value， and temperature. Based on this， this article deeply explores the generation mechanism， influencing factors， and hazards of disinfection by-products， proposes measures to optimize disinfection processes， reduce precursor substances of by-products through pretreatment， and control strategies for pipeline operation management， in order to effectively control the generation of disinfection by-products， ensure drinking water safety， and improve drinking water quality. This provides theoretical support and practical guidance for the scientific management of drinking water pipelines.

Keywords： drinking water pipeline network; disinfection by-products; generation mechanism; control measures; drinking water safety

水是生命之源，確保飲用水的安全至關重要。在飲用水的供應過程中，消毒是必不可少的環節，它能有效殺滅水中的致病微生物，保障公眾健康。然而，在消毒的同時，也可能會產生一些對水體有影響的消毒副產物[1-2]。消毒副產物的存在不僅可能對人體健康產生潛在危害，而且可能給飲用水的安全保障帶來新的挑戰[3-4]。因此，深入研究飲用水管網中的消毒副產物生成機制以及探索有效的控制措施具有重要的現實意義。本文將圍繞飲用水管網中的消毒副產物展開深入分析，旨在為提高飲用水質量、保障公眾飲水安全提供科學依據和可行方案。

1 飲用水管網消毒副產物的生成機制

1.1 消毒過程中化學反應分析

在飲用水消毒過程中，消毒劑會與水中的天然有機物（Natural Organic Matter，NOM）、無機物等發生一系列化學反應，從而生成消毒副產物。例如，在使用氯消毒時，氯會與NOM中的腐殖酸、富里酸等發生取代、加成等反應，生成三鹵甲烷（Trihalomethanes，THMs）和鹵乙酸（Haloacetic Acid，HAAs）等副產物。這些反應通常較為復雜，涉及多個中間產物和反應步驟。同時，不同的消毒劑與不同的物質反應會產生不同類型的副產物，其生成機制也各有特點[5]。

1.2 不同消毒方式對副產物生成的影響

目前，常用的消毒方式有氯消毒、二氧化氯消毒、紫外線消毒等。氯消毒是傳統的消毒方式，但容易產生THMs和HAAs等副產物。二氧化氯消毒產生的副產物相對較少，但也可能生成亞氯酸鹽和氯酸鹽等。紫外線消毒本身不產生化學副產物，但如果后續沒有適當的輔助消毒措施，可能會導致微生物在管網中重新生長。不同的消毒方式在消毒效果、副產物生成種類和數量等方面存在差異，選擇合適的消毒方式對于控制消毒副產物的生成至關重要[6]。飲用水消毒流程見圖1。

2 影響消毒副產物生成的因素

2.1 水源水質特性

水源水質對消毒副產物的生成有著重要影響。如果水源中含有較高濃度的天然有機物，如腐殖質、富里酸等，在消毒過程中就更容易生成消毒副產物。這是因為天然有機物可以作為消毒副產物的前體物質，與消毒劑發生反應。此外，水源中的氨氮、鐵、錳等無機物含量也會影響消毒副產物的生成。例如，氨氮會與氯反應生成氯胺，減少自由氯的含量，從而影響三鹵甲烷等副產物的生成。不同地區的水源水質差異較大，了解水源水質特性對于預測和控制消毒副產物的生成至關重要[7-8]。

2.2 消毒劑種類與劑量

消毒劑的種類和劑量是影響消毒副產物生成的關鍵因素之一。不同的消毒劑具有不同的消毒機理和副產物生成特性。例如，氯消毒容易產生三鹵甲烷和鹵乙酸等副產物，而二氧化氯消毒則主要生成亞氯酸鹽和氯酸鹽等副產物。消毒劑的劑量也會影響副產物的生成量。一般來說，隨著消毒劑劑量的增加，消毒副產物的生成量也會相應增加。因此，在保證消毒效果的前提下，應合理選擇消毒劑種類、控制消毒劑劑量，以減少消毒副產物的生成。

2.3 水的pH值、溫度等條件

水的pH值和溫度等條件也會對消毒副產物的生成產生影響。pH值會影響消毒劑的活性及水中物質的存在形態，從而影響副產物的生成反應。例如，在堿性條件下，三鹵甲烷的生成量通常會增加。溫度則會影響化學反應速率，較高的溫度可能會加速消毒副產物的生成。此外，水的硬度、堿度等因素也可能對消毒副產物的生成產生一定的影響[9]。了解這些因素對消毒過程的影響規律，可以有效控制消毒副產物的生成。

3 消毒副產物的危害

3.1 對人體健康的潛在影響

飲用水中的消毒副產物可能對人體健康產生潛在危害。例如，三鹵甲烷和鹵乙酸具有致癌、致畸和致突變的風險。人們長期攝入含有這些消毒副產物的飲用水，可能會提高罹患癌癥、生殖系統疾病和神經系統疾病的概率。此外，一些消毒副產物還可能對人體的肝臟、腎臟等器官造成損害[10]。雖然目前對于消毒副產物的健康風險仍存在一定的爭議，但為了保障公眾的健康，必須對其潛在的危害給予足夠的重視。

3.2 對生態環境的影響

消毒副產物不僅對人體健康有潛在危害，還可能對生態環境產生影響。當含有消毒副產物的飲用水排放到自然環境中時，可能會對水生生物造成毒害。一些消毒副產物具有較高的生物毒性，可能會影響水生生物的生長、繁殖和生存。此外，消毒副產物還可能在環境中積累，對土壤、地下水等造成污染。

4 飲用水管網中消毒副產物的控制措施

4.1 優化消毒工藝

優化消毒工藝是控制飲用水管網中消毒副產物生成的重要措施之一。①采用多種消毒方式聯合使用的方法。例如，將氯消毒與二氧化氯消毒、紫外線消毒等結合起來，使其發揮各自的優勢，減少副產物的生成。應用過程中，可先采用紫外線消毒殺滅水中的微生物，再用少量的氯進行輔助消毒。這樣既可以保證消毒效果，又能降低三鹵甲烷等副產物的生成量。②改進消毒設備和操作參數，提高消毒效率，減少消毒劑的用量。例如，采用先進的自動加氯設備，根據水質變化實時調整消毒劑的投加量，避免過量投加。③探索新型的消毒技術，如臭氧-生物活性炭聯用技術、膜過濾消毒技術等。這些技術在消毒的同時能夠有效去除水中有機物和微生物，減少副產物的生成。

4.2 選擇合適的預處理方法

對水源進行預處理，可以有效降低水中消毒副產物前體物的含量。①采用強化混凝、沉淀、過濾等傳統的水處理工藝，去除水中天然有機物、氨氮等前體物質。例如，通過優化混凝劑的種類和投加量，提高混凝效果，去除更多的腐殖酸、富里酸等有機物。②采用生物預處理技術，利用微生物代謝作用去除水中有機物和氨氮。例如，在常規水處理工藝前設置生物濾池，讓微生物在濾池中生長繁殖，吸附和降解水中的有機物和氨氮，從而降低后續消毒過程中副產物的生成量。③采用活性炭吸附、膜分離等深度處理技術，進一步去除水中有機物和前體物質。

4.3 加強管網運行管理

在飲用水管網的運行管理中，可以采取一些控制策略來減少消毒副產物的生成。①加強管網水質監測，及時掌握水質變化情況，發現問題及時采取措施。可以在管網中設置多個監測點，定期對水質進行檢測，包括消毒劑殘留量、消毒副產物含量、微生物指標等。②合理控制管網中的水流速度和壓力，避免水流停滯和壓力波動過大，減少消毒劑與水中物質的反應時間和機會。例如，可以通過優化管網布局和調度，保證管網中的水流處于穩定的流動狀態。③對管網進行定期沖洗和維護，清除管網中的沉積物和生物膜，減少副產物的積累和微生物的生長。同時，要加強對二次供水設施的管理，確保二次供水的水質安全。

5 結語

飲用水管網中的消毒副產物問題關系到公眾的飲水安全和身體健康。本文通過對消毒副產物生成機制的深入研究，以及對影響因素的全面分析，提出了一系列控制措施，包括優化消毒工藝、預處理降低前體物含量以及加強管網運行管理等。這些措施可為保障飲用水安全提供重要的理論依據和實踐指導。然而，消毒副產物的控制仍然面臨諸多挑戰，需要持續關注和不斷探索新的技術和方法。未來，隨著科技的不斷進步，有望開發出更加高效、環保的消毒技術和水處理工藝，進一步降低消毒副產物的生成。相信在全社會的共同努力下，飲用水管網中的消毒副產物問題將得到有效解決。

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