图1工艺流程图.pdf

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1、图1工艺流程图F i g.1 T e c h n o l o g i c a l p r o c e s s?V?!#$%&?(?)*+,-.?/?0?12?3456?7-?84-56?V?!9$%:;?(?)*+,-.在饮用水处理中，普遍采用的是混凝、沉淀、过滤和氯化消毒等常规水处理工艺，其主要作用是去除水中的悬浮固体、胶体及杀灭细菌，但对水中的溶解性有机物无明显去除，导致在氯化过程中形成对人体健康危害更大的有机氯化物。1 9 7 4 年美国发现饮用水氯化消毒将生成具有致癌、致畸、致突变作用的三卤甲烷（T H Ms），并将 T H Ms 列入水中优先控制的污染物黑名单。我国建设部 2 0 0

2、 5 年最新颁布的饮用水卫生标准 1 中规定三卤甲烷的最高允许浓度为 6 0 g/L。近年来对水处理过程中 T H Ms 的生成及变化开展了进一步的研究。对加拿大 5 3 个水厂水处理工艺中消毒副产物（D B P s）的测定发现 2，水中 D B P s的变化与季节、水处理工艺及取样点距水厂的距离等因素有关；对管网系统 T H Ms 的监测发现 3，季节对 T H Ms 生成量的影响很大，夏季管网 T H Ms 浓度是出厂水的 1.2 1.8 倍；对国内两个中心城市的调查发现 4，常规处理工艺对 T H Ms 的去除仅为 2 0%左右，甚至根本没有去除效果 5。因此如何降低水处理过程中 T H

3、 Ms 的生成量或提高其去除率成为水厂面临的研究课题。本文主要通过对西安市曲江水厂、南郊水厂水处理工艺中有机物、T H Ms 及其前体物的变化情况分析测试，探讨水处理过程中影响 T H Ms 生成的主要因素，为水厂有效控制 T H Ms 的生成提供参考。1 水质分析与测试西安市曲江水厂、南郊水厂均以地表水为水源，分别于 1 9 9 0 年和 2 0 0 1 建成投产，供水能力分别为6 0 万 m3/d 和 5 0 万 m3/d，占总供水量的 7 0%以上，是西安市两座规模最大的地表水厂，其水源来自黑河引水工程，采用常规水处理工艺（见图 1），液氯水厂水处理过程中消毒副产物变化的研究黄廷林1，张

4、晋珠1，邸尚志2，阎晓芸2，周军2，曹乐卫2（1.西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西 西安 7 1 0 0 5 5；2.西安市自来水总公司，陕西 西安 7 1 0 0 8 2)摘要:以西安市曲江、南郊水厂为监测对象,对水处理过程中有机物、三卤甲烷(T H Ms)及其前体物的变化情况进行了分析研究。结果表明:水源水中未检出三卤甲烷,经处理后出厂水中三卤甲烷总量为4 1 7 g/L,主要为三氯甲烷和二氯一溴甲烷;预氯化对出厂水消毒副产物(D B P s)的贡献率为5 0%;预氯化、后氯化及停留时间是影响水处理过程中D B P s生成量的主要因素;常规水处理工艺对T H Ms前体物的去除率为4

5、 0%左右。关键词:消毒副产物;三卤甲烷;三卤甲烷前体物;常规水处理工艺中图分类号:T U 9 9 1.2文献标识码:A文章编号:1 0 0 0-3 7 7 0(2 0 0 7)0 8-0 2 6-0 4收稿日期：2 0 0 6-0 9-0 3基金项目：陕西省自然科学基金项目（2 0 0 2 E21 4）；北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室开放课题作者简介：黄廷林（1 9 6 2-），男，博士，教授，博士生导师，研究方向为水资源保护与水质控制、水处理技术及水环境修复联系电话：0 2 9-8 2 2 0 1 5 1 4；E-m a i l：h u a n g t i n g l i n x

6、 a u a t.e d u.c n。第 3 3 卷 第 8 期2 0 0 7年 8月水处理技术T E C H N O L O G YO FWA T E RT R E A T ME N TV o l.3 3 N o.8A u g.,2 0 0 72 6消毒，由水库至水厂和水厂至城市输配水管网均为重力自流输水。1.1工艺流程两座水厂采用的常规水处理工艺流程见图 1（曲江水厂目前正在改造中，局部工艺有所调整）。1.2取样点的选取根据水厂的工艺流程，取样点选取为：曲江、南郊水厂的进厂原水、预加氯（未加混凝剂）水、反应池出水、沉淀池出水、滤池出水和清水池出水。1.3水质监测指标及其测定T O C：1

7、0 1 0 型 T O C测定仪；D O C：水样 0.4 5 m滤膜过滤后测得的 T O C；U V2 5 4:U V-2 5 0 1 P C型紫外分光光度计；溶 U V2 5 4：水样经 0.4 5 m滤膜过滤后测得的溶解性 U V2 5 4；C O DM n：酸性高锰酸钾法测定；余氯：哈希(H A C H)便携式余氯仪现场测定；T H Ms：采用吹扫捕集-气相色谱/质谱联用（P&T-G C/MS）法测定；T H MF P：在水样 p H为 7，投氯量 2 0m g/L，2 0 0.5 培养 1 2 0 h，采用 P&T-G C/MS测定水样中生成三卤甲烷的量，间接反映 T H Ms 前体

8、物的含量。分析测试分别安排在 2 0 0 6 年 4 月、6 月和 7 月进行，对水处理工艺中有机物、余氯及 T H Ms 的变化进行了监测。对分析测试数据按月取平均值，分析水质监测指标在不同季节水处理过程中的变化。2 结果与讨论2.1有机物在水处理过程中的变化T O C、D O C、U V2 5 4、溶解性 U V2 5 4、C O DM n、T H MF P（三卤甲烷生成潜能）等水质指标均能从不同的角度反映水样中有机物的含量。2.1.1 T O C、D O C测定结果表明，水处理过程中 T O C、D O C总体上呈下降趋势（见图 2）。原水 T O C浓度为 2 3 m g/L。在预氯化

9、后南郊水厂对 T O C、D O C的去除率分别为 6.6%、7.9%，曲江水厂仅为 0.8%、1.3%。去除率存在有较大差别的原因主要是两座水厂预加氯后的混合方式不同，曲江为明渠流跌水混合，南郊为管道静态混合器混合，后者的混合效果优于前者。但经混凝反应后有机物的去除率前者在 1 2%左右，后者在 4.7%左右。在后续的沉淀、过滤过程中，有机物均有一定的去除。在加氯消毒后，有机物去除率约为6%。在常规水处理工艺中，T O C、D O C的总去除率约为2 2%2 4%。2.1.2 U V2 5 4、溶解性U V2 5 4由图 3 可以看出，在两个水厂水处理过程中紫外吸光值总体呈下降趋势。U V2

10、 5 4在常规处理工艺中的去除均较明显。溶解性含芳香环或共轭双键的有机物在沉淀池前基本去除，沉淀、过滤工艺对这部分有机物去除效果不明显。出厂水中的有机物已基本是溶解性有机物。在常规水处理工艺中 U V2 5 4的总去除率约为 4 0%4 7%。2.1.3 C O DM n表征有机物及还原性无机物的 C O DM n值在水处理过程中逐渐降低（见图 4）。西安市地表水源水中的 C O DM n浓度为 2.8 3.7 m g/L，其中在预加氯后水中 C O DM n去除 1 0%2 5%。在反应池和清水池中基本无去除，在沉淀池和滤池中分别有 2 2%和 1 1%的 C O DM n被去除。在常规水处

11、理工艺中 C O DM n的去除率为 4 0%5 0%，说明该水源水中高分子有机物图3 U V2 5 4、溶U V2 5 4的变化F i g.3 T h e c h a n g e s o fU V2 5 4a n d d i s s o l v e dU V2 5 4?0.020.030.040.050.060.070.08?图4 C O DM n的变化F i g.4 T h e c h a n g e s o f C O DM n?1.21.51.82.12.42.73.03.33.6?1.82.02.22.42.6?图2 T O C、D O C的变化F i g.2 T h e c h a

12、 n g e s o f T O Ca n d D O C黄廷林等，水厂水处理过程中消毒副产物变化的研究2 7所占比重较大。2.1.4 T H MF PT H MF P所表征的前体物主要以腐殖酸和其它小分子有机物为主，如酚类、苯胺、1，3 环已酮等。T H MF P 在水处理过程中的变化如图 5、图 6 所示。可以看出，西安市饮用水中主要的三卤甲烷前体物是三氯甲烷前体物和二氯一溴甲烷前体物。其中三氯甲烷前体物约占 9 5%左右。在水处理过程中，T H MF P总体呈下降趋势，说明常规水处理工艺对 T H MF P有一定的去除作用。曲江水厂预氯化水样中三卤甲烷前体物的去除率约为总量的 1 1%，

13、南郊预氯化去除率约为 2 1%，预氯化对 T H MF P 的去除主要是由于预加氯后游离氯与水中有机物反应使水中有机物分解；沉淀池中曲江水厂斜管沉淀对三卤甲烷前体物的去除率为 2 3%，南郊水厂平流沉淀的去除率则仅为 1 4%，反应条件和混凝剂投量是造成这种差别的主要原因。滤池对三卤甲烷前体物的去除率约为 5%左右。在整个常规水处理工艺中，三卤甲烷前体物的总去除率约为 3 5%4 2%。2.2余氯在水处理工艺中的变化加氯量对 T H Ms 形成影响较大，且不同混合方式的混合效果不同，因此在反应池进水增加了余氯测定。由于原水中 N H3-N含量低于仪器检测限，可以认为不会对余氯量产生影响。测定结

14、果如图 7 所示。可以看出，在加氯后未加混凝剂前南郊水厂余氯增加迅速，而曲江水厂则在投加混凝剂并跌水混合后至反应池进水点的余氯和南郊水厂预氯化后的余氯浓度相当。氯的混合方式是造成这种差异的主要原因：曲江水厂的跌水混合效果较差，增大了氯的挥发，而南郊的管道静态混合器的封闭、高效混合方式效果较好，氯损耗少，加之接触反应时间长，余氯含量高，T H Ms 生成量相对较大。由此可以说明，对南郊水厂，相同条件下可以降低预氯化时氯的投加量。2.3 T H Ms在水处理过程中的变化T H Ms 的生成均要经过氧化、氯化、水解的过程，根据反应条件的不同主要发生取代反应和氧化反应。水厂水处理过程中 T H Ms

15、的监测结果如表 1 所示。可以看出，西安市原水中的 T H Ms 均低于检测限。经处理后水中的 T H Ms 最高为 7.6 4 g/L，远低于国家的水质标准限值。饮用水中的 T H Ms 主要是氯仿和二氯一溴甲烷，其中氯仿占 T H Ms 的 8 0%以上。图7余氯变化F i g.7 T h e c h a n g e s o f t h e r e s i d u a l c h l o r i n e?0.000.050.100.150.200.250.300.35?010203040506070?图5曲江水处理工艺中T H MF P的变化F i g.5T h e c h a n g e

16、 s o f T H MF P i n Q u j i a n g w a t e r t r e a t m e n t p r o c e s s图6南郊水处理工艺中T H MF P的变化F i g.6 T h e c h a n g e s o f T H MF P i n N a n j i a o w a t e r t r e a t m e n t p l a n t?0102030405060?表1氯化消毒副产物(平均值)的监测结果(g/L)T a b l e 1 D e t e c t e d r e s u l t s o fD B P s(a v e r a g e v

17、a l u e)(g/L)水厂监测指标反应池出水沉淀池出水滤池出清水池出水曲江氯仿二氯一溴甲烷T H Ms1.1 00.5 91.6 81.2 60.5 91.8 51.5 70.6 42.2 03.9 60.9 64.9 1南郊氯仿二氯一溴甲烷T H Ms1.4 10.6 92.0 92.6 00.8 83.4 72.8 61.0 53.9 06.2 21.4 27.6 4进厂水预加氯水N DN DN DN DN DN DN DN DN D0.1 70.2 50.4 2注：N D指低于检测限 0.0 0 9 g/L水处理技术第 3 3 卷 第 8 期2 8在水处理过程过程中，T H Ms 逐

18、渐提高，说明混凝、沉淀、过滤等常规水处理工艺对三卤甲烷无去除效果。原水中未检出三卤甲烷，预氯化初期三卤甲烷生成量也较小，但随着反应时间的延长，T H Ms 逐渐升高。沉淀池中南郊水厂 T H Ms 增长率为 2 2%，而曲江只有 3%，因为南郊水厂平流沉淀池停留时间长达 1 2 0 m i n，而曲江水厂仅为 5 5 m i n。滤池水力停留时间较短，对 T H Ms 贡献较小。清水池中由于二次加氯和较长的停留时间，使水中溶解性的小分子有机物，更易于氯化形成三卤甲烷，致使 T H Ms 增长率高达 4 7%5 5%。2.4预氯化对T H Ms生成量的影响为了说明预氯化对 T H Ms 生成量的

19、影响，对 7月初相邻两天（前一天有预氯化，后一天取消预氯化）曲江、南郊水厂的出厂水中的 T H Ms 进行了测定，结果见图 8。由图 8 可以看出，预氯化对 T H Ms 的生成有显著影响。曲江和南郊水厂无预氯化的 T H Ms 生成量分别降低了 6 0%和 4 4%，该结果与 6 月份的测定结果基本一致，说明取消预氯化或替代预氯化可以大幅度削减 T H Ms 的生成量。3 结论西安市水源水中未检出氯化消毒副产物，经水厂处理后水中可检出的氯化消毒副产物为三氯甲烷和二氯一溴甲烷，主要以三氯甲烷为主，占三卤甲烷总量的6 5%8 5%。出厂水三卤甲烷浓度为4 1 7 g/L，均低于国家饮用水卫生标准

20、。常规水处理工艺中，水中有机物主要是通过混凝去除。对西安市原水水质而言，通过对常规混凝工艺的强化来提高有机物的去除率是可行的，也是降低 D B P s 生成量的有效途径。常规水处理工艺对消毒副产物前体物的总去除率为 4 0%左右。预氯化对出厂水 T H Ms 的贡献约为5 0%左右。预氯化、后加氯及停留时间是影响水厂工艺中消毒副产物生成量的主要因素。在满足藻类繁殖、微生物生长控制的前提下，建议水厂尽量降低预氯化的投氯量或取消预氯化，或者采用其他化学预氧化替代预氯化。参考文献:1 申石泉,叶恒朋,陆少鸣.“三氮”在深度处理中的去除与转化 J .中国给水排水,2 0 0 4,2 0(1):5 3-

21、5 4.2 G u y L L a b e l,F r a n k M,B e n o i t,e t a l.Ao n e-y e a r s u r v e y o f h a l o g e n a t e dd i s i n f e c t i o nb y-p r o d u c t si nt h ed i s t r i b u t i o ns y s t e m o f t r e a t m e n tp l a n t s u s i n g t h r e e d i f f e r e n t d i s i n f e c t i o n p r o c e s

22、s e s J .C h e m o s p h e r e,1 9 9 7,3 4(1 1):2 3 0 1-2 3 1 7.3 I T o r o z,VU y a k.S e a s o n a l v a r i a t i o n o f t r i h a l o m e t h a n e s(T H Ms)i nw a t e r d i s t r i b u t i o n n e t w o r k o f I s t a n b u l C i t y J .D e s a l i n a t i o n,2 0 0 5,1 7 6:1 2 7-1 4 1.4 李爽,张

23、晓健.两个中心城市饮用水中消毒副产物的调查 J .中国给水排水,2 0 0 0,1 6(1 0):2 5-2 7.5 王丽花,周鸿,张晓健,等.常规工艺对消毒副产物及前体物的去除 J .给排水,2 0 0 1,2 7(4):3 5-3 7.图8预氯化与T H Ms生成量关系F i g.8 T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n T H Ms a n d t h e r e s i d u a l c h l o r024681012?V A R I A T I O NO F D I S I N F E C T I O NB Y P R O D U

24、 C T S(D B P s)I NWA T E RT R E A T ME N TP L A N TH U A N GT i n g-l i n1,Z H A N GJ i n-z h u1,D I S h a n g-z h i2,Y A NX i a o-y u n2,Z H O UJ u n2,C A OL e-w e i2(1.S c h o o l o f E n v i r o n m e n t a n dM u n i c i p a l E n g i n e e r i n g,X i a nU n i v e r s i t y o f A r c h i t e c

25、t u r eT e c h n o l o g y,X i a n7 1 0 0 5 5,C h i n a;2.X i a nM u n i c i p a l Wa t e r S u p p l y C o m p a n y,X i a n7 1 0 0 8 2,C h i n a)Ab s t r a c t:As t u d y o f t h e v a r i a t i o n o f o r g a n i c m a t t e r、t r i h a l o m e t h a n e s(T H Ms)a n d T H Ms p r e c u r s o r s

26、 d u r i n g w a t e r t r e a t m e n t p r o c e s s w a s c a r r i e do u t i nQ u j i a n g a n d N a n j i a o w a t e r w o r k s o f X i a n C i t y o f C h i n a.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t T H Ms w a s u n d e t e c t e d i n X i a n s o u r c e w a t e r a n d T H Ms w a s a b

27、 o u t 4 1 7 g/Li n t r e a t e d w a t e r,b e i n g m a i n l y C H C l3a n d C H C l2B r i n i t.T h e C o n t r i b u t i o n r a t e o f p r e-c h l o r i n a t i o n t o D B P s i n t h e f a c t o r y s e f f l u e n t w a s 5 0%.P r e-c h l o r i n a t i o n、p o s t-c h l o r i n a t i o n a

28、 n d h y d r a u l i c r e s i d e n c e t i m e w e r e t h e m a i n f a c t o r s a f f e c t i n g D P B s g e n e r a t i o n i n t h e c o u r s e o f w a t e r t r e a t m e n t.T h er e m o v a l r a t e s o f T H Ms p r e c u r s o r s i n c o n v e n t i o n a l w a t e r t r e a t m e n t p r o c e s e s w a s a b o u t 4 0%.K e yw o r d s:D B P s;T H Ms;T H MF P;c o n v e n t i o n a l w a t e r t r e a t m e n t黄廷林等，水厂水处理过程中消毒副产物变化的研究2 9