|
|
氯胺消毒在给水中的应用& z* P% Y4 F) h; q' E" p
刘兆民，展宗城6 L6 b% O* \7 l" }& M* b$ u' w1 K
(西北民族大学化工学院，甘肃兰州 兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州)
" m0 A t7 z; d$ h. s［摘要］液氯消毒是目前应用较广泛的饮用水消毒剂，人们发现经过液氯消毒过的水中含有三卤甲烷、卤乙酸及其他大量的饮用水消毒副产物7三卤甲烷是一种环境激素物质可以致癌致突变,经氯化消毒的饮用水中还含有一定量的有机溴代物和碘代物，这些物质给人们健康造成威胁,相对液氯消毒、氯胺消毒是利用氯胺在水中缓慢释放的次氯酸进行消毒的，这样可以大大减少三卤甲烷和其他消毒副产物的生成量，消毒效果好、持续时间长,出厂水和管网水的微生物指标可低于国家饮用水卫生规范的最高限制7采用氯胺消毒能够很好地控制氯化消毒副产物的生成量.) e$ I6 h& [% G; s! y
［关键词］氯胺；次氯酸；氯化消毒；DBPs；THMs;& u9 j& {" a _/ v, v" B
引言8 F; {. w2 ]! r# D& f1 x. F
给水消毒的目的是利用所投加的消毒物质杀灭水中的病原体和有害细菌，预防水媒传播疾病.目前，人们普遍采用液氯作为给水中的消毒剂,国家规定，饮用水细菌总数小于100个／mL，大肠菌群数小于3个／mL，出厂水中还需要有一定的余氯量，以保证杀灭水中持续时间比较长的微生物和消毒作用的持续时间.人们发现，采用氯化消毒的饮用水中，含有一些对人体有害的物质，这种物质被定义为饮用水消毒副产物（DBPs），这些物质给人们的健康造成威胁.在这些物质中，目前人们研究比较多的是三卤甲烷（THMs）.自1974年ROOK发现源水经过氯化后会产生THMs;，人们对水氯化消毒后产生的DBPs开始重视.氯氨作为给水中的消毒剂，在其消毒的同时可以抑制或减少DBPs的产生.4 i" w6 X5 E% ]3 k2 s+ |
1 氯化消毒的原理和缺点. ]; [6 j9 a( q9 g- T1 \
1.1氯化消毒的原理* a8 c1 H# r& `1 k
饮用水氯化消毒起消毒作用的是投入到水中的氯化消毒剂与水作用形成的次氯酸，次氯酸分子扩散到细菌表面，并穿透细胞膜，使细菌的蛋白质组分发生变性，从而达到杀菌消毒的目的.液氯是目前应用比较广泛的氯化消毒剂，与水发生如下反应：
+ A- i" A( w" c" T; lCI2＋H2O＝HCIO＋HCI（6）5 t( ?5 a9 T9 T& @4 {1 N8 b
1.2 氯化消毒剂的缺点
2 D) C. e6 d# d# k) |1 A我们进行消毒，就是保证杀灭水中的有害细菌和保证饮用水安全，而氯化消毒剂自身却有一定缺点.
/ X" ~; I. H) K* z8 X2 n9 `. w* ~1.2.1易挥发、不稳定、维持时间短氯化消毒的持续时间短是氯化消毒剂自身最明显的缺点.出水管网中自来水要有一定的余氯量并且维持一定的时间，用以杀灭水中一些持续时间比较长的微生物.采用液氯消毒时,当出水中的余氯量控制在0.3mg/L，在4h之后，给水管网中就很难检测出余氯，管网末端的余氯量一般在0.05mg/L之下，不能满足要求.另外若是在敞开水池或光照条件下，水中的余氯容易挥发和分解，影响消毒效果.+ J: ]2 S0 Y8 k( l' x
1.2.2 受源水pH值影响较大当氯化消毒剂与水发生反应生成次氯酸的同时还伴有酸或碱的生成.因此，次氯酸的生成量要受pH的影响.当采用液氯消毒时，伴有盐酸的生成，pH增大有利于反应向生成次氯酸的方向进行，但碱性不能太强，否则HCIO会被中和CIOˉ，影响消毒效果!当采用漂白粉和次氯酸纳消毒时，pH增大反而不利于次氯酸生成的反应发生.
" s8 n5 b6 C+ p- Y8 Q1 X2 K$ f/ t7 o1.2.3容易产生DBPs二次污染物氯化消毒剂在消毒的同时，会产生一定量的游离氯，游离氯可与多种有机物发生氯化反应、生成三氯甲烷等致癌物质，危害人们的健康.: F* ~) U6 A3 o% B4 j
2氯化消毒有机卤代物的生成及性质,: k7 }1 l$ f5 K. {
2.1氯化消毒有机卤代物的生成
9 X) s- n/ y7 G% g% a# A大量饮用水源中含有腐殖质，藻类及其代谢有机物等，在一般的水体中腐殖酸占有机物总量的一半左右，有的可达80%左右，分析这些物质的有机官能团，其中脂肪占35%，芳香结构占21%研究表明，这些物质都是形成挥发性卤代烃（VOH）的主要前驱物质.水氯化消毒产生的游离氯可与这些物质作用形成VOH，我们可以用下式表示有机卤代物质的生成!当源水pH值接近7时，THMs的生成量及生成速度与投氯量，接触反应时间和被处理水中前驱物质浓度有关.黄君礼指出，当两个以上的.传H自由基之间含有一个活性空位或三个活性空位碳原子的物质，是造成氯仿最大效的前驱物质，如苯二酸等.
7 J) o+ e. T6 \氯（卤素离子）＋前驱物质有机卤代物5 s) ~9 S* w p. I; N
2.2 三卤甲烷（THMs）和卤乙酸（HAAs）的性质, Y) N4 u% l, A/ `2 q3 o
三卤甲烷是卤素类有机卤代物，包括氯仿（TCM）、溴仿（TBM）、一溴二氯甲烷（BDCM）、二溴一氯甲烷（DBCM）.在我国各大城市饮用水普查中均查出了THMs的存在.人们已经鉴定出THMs是一种环境激素物质，其具有致癌和致突变作用，对人体健康有害.近年来国内外大量研究表明;THMs与直肠、结肠等消化系统的癌症有关，饮用水中;THMs含量越高，饮用的时间越长对人体健康的损害也就越大，致癌的危险程度越高，因此对饮用水中THMs的含量作了规定，我国为小于100ug/L.. F1 V+ Z# B4 u/ l1 L: c
卤乙酸（HAAs）包括二氯乙酸（DCAA）、三氯乙酸（TCAA）等，是DBPs的一种.其毒性比较高，是一种高风险的致癌物质，可以引起代谢紊乱和神经中毒!国内外对此的研究比较少，原水有机物中疏水性有机酸（腐殖质类）是卤乙酸形成的主要前驱物质，其产生的HAAs约占全部有机物氯化后生成卤乙酸总量的80%左右.研究表明：水中有机物生成DCAA的活性比生成TCAA的高.因此对饮用水中HAAS的含量也作了规定，我国为小于60ug/L.
( R$ b* O B7 Y6 ?2.3氯化消毒对有机卤代物的影响
, f# v `2 V' [氯化消毒不仅生成了有机氯代物，还伴有有机溴代物和碘代物的生成，水体中含有溴离子（Brˉ）和碘离子（Iˉ），氯和水中的有机物发生氯化反应的同时，也和水中的Brˉ和Iˉ发生氧化还原反应，把水中的Brˉ和Iˉ氧化成单质溴和碘，这两种物质是一种很强的亲核试剂，易和有机物发生加成或取代反应生成有机溴代物和碘代物.' ]$ M x4 ]+ L# D, p3 e& u
2.4 DBPs的环境毒理$ z+ I% Q5 a& R, b- m e3 H
饮用水氯化消毒可生成很多种DBPs，其中大多数还没有鉴定出其毒性，不过人们对;DBPs的研究比较多，其可与其他副产物的较高的水平存在，氯代酸类，醛类物质的含量比三氯甲烷低，但其在毒性上却是三氯甲烷的8倍和3倍，HAAs的毒性是THMs的50～100倍.一些氯化消毒副产物的毒理作用见表1.
8 H, O3 [4 ^( G4 F" v1 j5 Y; i2 M. @3 A* f1 p
经过处理后饮用水中DBPs物质的多少成为评价消毒剂的一个主要指标，氯胺可以不断释放具有杀菌作用的次氯酸，同时可以抑制DBPs的生成.
: t* [) k9 j0 S3 氯胺的消毒原理及优点: h3 w4 `( }; g
3.1 氯胺的消毒原理; ?7 t' H2 z0 J' \: c$ L' G- z
氯气加到水中，生成次氯酸，次氯酸可以与氨气反应生成氯胺，反应如下：5 o, d) P+ ^8 n) i, h0 K
CI2＋H2O＝HCIO＋HCI（1）
" u# A/ H0 e3 v4 tNH3＋HCIO→ＮＨ２ＣＩ＋Ｈ２Ｏ （2）8 }: ^8 Y0 ]% {" z
ＮＨ２ＣＩ＋ＨＣＩＯ→ＮＨＣＩ２＋Ｈ２Ｏ（3）1 s- X8 a4 N2 R$ p i7 u7 Y
ＮＨＣＩ２＋ＨＣＩＯ→ＮＣＩ３＋Ｈ２Ｏ（4）
* [ a, N# {* n7 C) N由上面的反应式可以看出，这些反应均存在一个动态平衡(氯胺消毒起消毒作用是其缓慢释放的ＨＣＩＯ.因消耗而减少时，NHCI2按逆反应方向生成HCIO，从而实现消毒的目的，当CI2和NH3的物质量化为（15～２０）：１时，才有显著的ＮH３存在NH3存在和含量在消毒中的影响不大，并且有明显的气味，一般不希望其生成.在实际生产中，在将CI2和NH3的物质的量比控制在3～5之间，以保证在正常pH值下一氯胺是主要生成物,当pH太低，CI2和NH3的比值越高，对生成较不稳定的氯胺有利，当Ph＝5～８时，ＮＨ２ＣＩ和NHCI2共存,它是一种比(NH2CI)更强的消毒剂，但不稳定，有明显的气味.6 h5 M* ~, j& W% a
3.2氯胺的优点
5 x- S3 N. d% {9 T) X氯胺用于给水消毒的优点.
- T( m1 Q3 |4 n* |(1）由于氯胺可以避免或减缓水中一些有机污染物发生氯化反应，因此氯胺消毒一般很少产生三卤甲烷（THMS）和卤乙酸（HAAs），产生致癌致突变的化合物也比较少.
6 j( k7 l5 h2 K8 _1 P G8 p r(2）氯胺的稳定性好，在管网中的持续时间长，可以有效控制管网中的有害微生物的繁殖和生物膜的形成，杀菌持久性强，更可以保证管网余氯量的要求.. k8 m4 b: H: L/ S
(3）氯氨消毒是由缓慢释放出的HCIO发生作用，故氧化能力相对比较弱，可以大大减缓液氯消毒残留的臭味.# S4 ^% C9 \7 e$ w# r
(4）氯胺消毒对供水管网的腐蚀性比较小.
, d! [: _+ |" I' K4.氯氨消毒效果的讨论
) u( m, c$ ]! s% U; v鉴于氯氨消毒的一系列优点，南方很多自来水厂采用氯消毒，在保证出水水质的同时，可以有效抑制DPBs的生成，取得了比较好的效果(上海威立雅自来水公司浦东水厂自采用氯胺消毒以来，其出水的各项控制指标均满足目前的国家饮用水质的规定，我们得到了2004年5月–12月的一些生产数据，见表1.
; ~( s3 I w e+ i
! U$ C: [+ |+ B7 L从该水厂中的生产和检验数据中可以看出，采用氯胺消毒其出水管网余氯达标率比较好，出厂水和管网水氯仿含量均比较低，能够满足国家现行饮用水标准，并且消毒效果比较好，在消毒的同时对DBPs的产生有较明显的抑制作用.
' }4 m1 A4 R2 P8 B0 R4 a" W在实际生产中，使用氯胺重要的一点是加强生产管理，控制氯和氨的投加比例，一般投氯1.3～1.4mg/L.，投氨0～0.3mg/L并且要严格控制投氨量，避免过多的氨引起出水中亚硝酸盐和氨氮的超标3
: ?% R0 o3 I& {: P7 s% u7 N5 氯胺消毒存在的缺点, d8 E- @0 |) m, W" `, b
尽管氯胺消毒存在一系列优点，使越来越多被用于水厂消毒中，但也有一定的局限性。2 ~- t/ d) `* i* c% b
（1）氯胺消毒是通过缓慢释放的HCIO作用的，其消毒的持久力比较强，但是消毒能力比较弱，杀菌作用不及自由氯。7 I% y c3 @3 G6 K/ w3 m
（2）如果控制不好的投加量，会激活水中的氨氧化细菌，而使转化成亚硝酸盐和氨氮，从而使出水中亚硝酸盐和氨氮超标。
4 J7 ~( Y9 g; w. |, ^% }/ n% m（3）氯氨消毒需要专门设加氨间和加氯间，氨气泄漏事件的防治目前还没有比较完善的措施。 A% A$ Y4 l/ q1 {
6 结论- a N' ?$ N/ V/ c: u! C: D9 I: U
（1）采用氯胺进行消毒，出厂水的各项控制指标均可达到国家规定标准，出水中微生物的指标也可以完全达到国家生活饮用水标准，还可以大大减少DBPs的生成。
) E- M ]* N( O（3）氯胺消毒用于供水管网较长的水厂和较多的高层建筑储水水箱，可以较好的保证管网水中的余氯量和持续时间，还可以有效抑制氯化消毒副产物的生成，是一种效果较好的消毒方法。& O4 F! c9 m3 X
（3）采用氯胺消毒时，只要严格控制工艺参数和定时检测余氯量及氨氮含量，就可以有效控制亚硝酸盐和氨氮的生成，使水质达标出厂。
0 h$ V; G' n S) x
$ O4 x9 m5 O1 }3 t. x0 _5 ]% i  该贴已经同步到 waterok的微博 |
|
|Archiver|手机版|小黑屋|水易网[水处理技术论坛]
( 京ICP备05078561号 )
发表于 2012-5-8 22:55
