自來水二氧化氯消毒控制三氯甲烷研究
自來水氯消毒會(huì)產(chǎn)生三氯甲烷等消毒副產(chǎn)物。美國環(huán)保局已將二氧化氯、臭氧和氯胺作為替代氯的消毒劑來控制消毒副產(chǎn)物。國內(nèi)外有很多關(guān)于二氧化氯消毒滅菌方面的研究,其消毒效果好于氯消毒,二氧化氯與有機(jī)物反應(yīng)不會(huì)生成氯代有機(jī)物,有研究者認(rèn)為,二氧化氯預(yù)氧化會(huì)抑制三氯甲烷的形成,能有效控制氯代消毒副產(chǎn)物的形成。但是,二氧化氯自身不穩(wěn)定,需與其他消毒劑聯(lián)合使用來保證管網(wǎng)中持續(xù)滅菌能力。目前市售的二氧化氯發(fā)生器制備出來的二氧化氯含有氯,因此,研究二氧化氯與氯聯(lián)合消毒有實(shí)際意義。有研究采用高錳酸鉀預(yù)氧化后氯化消毒可以控制三氯甲烷的形成,本文作者研究了二氧化氯預(yù)消毒后氯化消毒水中三氯甲烷形成情況及其影響因素,以及二氧化氯和氯配制成混合消毒劑使用時(shí)三氯甲烷的形成情況。
1 試驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方法
1.1 試驗(yàn)用水樣
水樣取自錢塘江,水樣經(jīng)預(yù)消毒,絮凝,取上清液,后氯化,終止反應(yīng)后測定三氯甲烷。預(yù)消毒用二氧化氯和有效氯進(jìn)行對(duì)照。二氧化氯和氯消毒過程均在閉光、恒溫條件下進(jìn)行。
1.2 儀器及操作條件
三氯甲烷測定:島津2010氣相色譜,ECD檢測器,高純氮載氣,石英毛細(xì)管柱(SE-30:30 m×0.32mm×0.25μm),采用氣液平衡-頂空進(jìn)樣法測定。試驗(yàn)過程中所用試液均用去離子水配制。二氧化氯采用化學(xué)法,氯酸鈉滴加濃硫酸用亞硫酸鈉還原制備,二氧化氯濃度與純度采用碘量法測定,制備的二氧化氯純度為98%。次氯酸鈉儲(chǔ)備液市售購得,試驗(yàn)前稀釋到500 mg/L(以有效氯計(jì))備用。二氧化氯與次氯酸鈉儲(chǔ)備液每次使用前均用碘量法標(biāo)定其濃度。測定三氯甲烷之前用硫代硫酸鈉溶液終止消毒反應(yīng)。用硫酸鋁進(jìn)行絮凝試驗(yàn)。pH計(jì)測定pH值,重鉻酸鉀法測定COD。恒溫箱YamatoIL-82。
2 結(jié)果與討論
2.1 二氧化氯預(yù)消毒減少三氯甲烷的形成
兩組水樣分別用次氯酸鈉溶液和二氧化氯進(jìn)行預(yù)消毒,然后經(jīng)絮凝,取上清液后再用次氯酸鈉進(jìn)行后氯化消毒,反應(yīng)一段時(shí)間后滴加硫代硫酸鈉溶液終止反應(yīng),測定水中的三氯甲烷。水中三氯甲烷的形成隨預(yù)消毒階段二氧化氯和次氯酸鈉(以有效氯計(jì))投加量變化見圖1,后氯化中次氯酸鈉(以有效氯計(jì))投加量為4 mg/L。
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二氧化氯預(yù)消毒水樣中,隨二氧化氯投加量增加,三氯甲烷有所降低,而次氯酸鈉預(yù)消毒水樣中,隨有效氯投加量增加,三氯甲烷會(huì)明顯增加。二氧化氯預(yù)消毒水樣中三氯甲烷產(chǎn)生量要少于次氯酸鈉預(yù)消毒水樣,以二氧化氯替代次氯酸鈉進(jìn)行預(yù)消毒可以有效地降低水中的三氯甲烷。水中三氯甲烷的產(chǎn)生量與水樣中三氯甲烷前體物的含量和總有效氯含量有關(guān)。二氧化氯作為氧化劑可與有機(jī)物反應(yīng),去除部分三氯甲烷前體物,同時(shí)二氧化氯的氧化作用可強(qiáng)化絮凝效果,提高絮凝過程對(duì)前體物的去除,也使得水中的三氯甲烷前體物降低。二氧化氯替代次氯酸鈉進(jìn)行預(yù)消毒減少了有效氯的投加量也是三氯甲烷減少的原因。
2.2 增加二氧化氯投加量降低三氯甲烷的形成
二氧化氯預(yù)消毒替代預(yù)氯化會(huì)降低水中的三氯甲烷,在絮凝之前投加二氧化氯,二氧化氯會(huì)對(duì)絮凝效果有影響,另外,后氯化過程有效氯投加量也會(huì)影響三氯甲烷的形成(見圖2)。水樣經(jīng)絮凝,取上清液,經(jīng)二氧化氯預(yù)消毒30 min后,再用次氯酸鈉消毒,滴加硫代硫酸鈉溶液終止反應(yīng)后測定水中的三氯甲烷。
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后氯化有效氯投加量增加,三氯甲烷產(chǎn)生量明顯增加。在同一有效氯投加量下,水中的三氯甲烷隨二氧化氯投加量增加而下降,圖2表明,二氧化氯預(yù)消毒對(duì)水樣中后氯化產(chǎn)生三氯甲烷有控制作用。減少后氯化有效氯投加量也是控制水中三氯甲烷的有效方式。從自來水消毒滅菌角度看,增加預(yù)消毒處理工藝可以減少后續(xù)消毒過程消毒劑的投加量,那么增加預(yù)消毒中二氧化氯的投加量可以減少后氯化消毒中有效氯的投加量,從而也可以減少水中三氯甲烷的產(chǎn)生量。在絮凝過程之后投加二氧化氯,與圖1中在絮凝過程之前投加二氧化氯相似,水中三氯甲烷的產(chǎn)生量隨二氧化氯投加量增加而下降,圖1、圖2表明,二氧化氯可與有機(jī)物發(fā)生氧化反應(yīng)能去除部分三氯甲烷前體物,使得水中三氯甲烷降低。
2.3 二氧化氯和氯配制混合消毒劑消毒時(shí)三氯甲烷產(chǎn)生情況
將二氧化氯和氯配制成混合消毒劑,以二氧化氯和有效氯質(zhì)量百分含量表示其含量。水樣經(jīng)絮凝,取上清液,投加混合消毒劑,終止反應(yīng)后測定三氯甲烷,混合消毒劑投加量為5 mg/L,不同二氧化氯含量的混合消毒劑消毒時(shí)水中的三氯甲烷產(chǎn)生量不同,三氯甲烷產(chǎn)生情況見圖3；旌舷緞┨幚淼乃畼又腥燃淄殡S二氧化氯含量增加有明顯的下降,水中三氯甲烷是由于其中的有效氯與有機(jī)物發(fā)生氯代反應(yīng)而形成的,水樣中三氯甲烷隨二氧化氯含量變化趨勢主要是由于混合消毒劑中氯含量減少而引起的。圖3中混合消毒劑中有效氯含量是逐漸減小的。
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為研究混合消毒劑中的二氧化氯對(duì)生成三氯甲烷反應(yīng)的影響,混合消毒劑中有效氯含量相同而增加其中二氧化氯含量。配制的混合消毒劑中有效氯含量分0 mg/L、2 mg/L和5 mg/L三組,水樣經(jīng)絮凝,取上清液,投加混合消毒劑,終止反應(yīng)后測定三氯甲烷,結(jié)果如圖4所示。
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在混合消毒劑中有效氯含量相同的情況下,水樣中三氯甲烷產(chǎn)生量隨二氧化氯含量變化趨勢不明顯,與二氧化氯含量為零的情況相比,三氯甲烷產(chǎn)生量隨二氧化氯含量增加有所增加,二氧化氯與天然有機(jī)質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)不會(huì)生成三氯甲烷,表明混合消毒劑中二氧化氯不能夠抑制三氯甲烷的生成。另外,二氧化氯也不會(huì)與三氯甲烷反應(yīng)。圖4中混合消毒劑處理水樣中三氯甲烷產(chǎn)生量隨二氧化氯含量增加而不會(huì)減少,這與圖1和圖2中隨二氧化氯投加量增加三氯甲烷產(chǎn)生量減少的趨勢不同,可能是由于圖1、圖2中先加入二氧化氯反應(yīng)一段時(shí)間后再加入氯進(jìn)行后氯化消毒,二氧化氯可先與水樣中天然有機(jī)質(zhì)反應(yīng),去除部分三氯甲烷前體物,從而使得后氯化產(chǎn)生的三氯甲烷量下降;而混合消毒劑處理水樣時(shí),其中的二氧化氯和氯同時(shí)與有機(jī)物反應(yīng),其與有機(jī)物反應(yīng)過程與先后投加2種消毒劑的情況不同,而二氧化氯本身不能夠抑制三氯甲烷的生成,使得在有效氯含量相同的混合消毒劑處理的水樣中三氯甲烷產(chǎn)生量并沒有隨著二氧化氯含量的增加而減少,這也表明混合消毒劑處理的水樣中三氯甲烷的降低主要是由于有效氯含量的減少。
2.4 二氧化氯預(yù)消毒對(duì)三氯甲烷形成的影響因素
自來水用氯消毒時(shí),氯化作用生成三氯甲烷的反應(yīng)受溫度、pH值、反應(yīng)時(shí)間以及有機(jī)物濃度和有效氯投加量的影響,二氧化氯預(yù)消毒水樣之后進(jìn)行氯化消毒,三氯甲烷的形成也會(huì)受以上因素影響。
2.4.1 反應(yīng)溫度
水樣經(jīng)絮凝后取上清液,二氧化氯預(yù)消毒一段時(shí)間之后進(jìn)行氯化消毒,終止反應(yīng)后測定三氯甲烷,并與不進(jìn)行二氧化氯預(yù)消毒只進(jìn)行氯化消毒的水樣對(duì)照。三氯甲烷的形成受溫度影響見圖5,二氧化氯投加量為5 mg/L,有效氯投加量均為4 mg/L。溫度對(duì)兩組水樣三氯甲烷形成的影響趨勢相似,溫度升高,三氯甲烷產(chǎn)生量增加。二氧化氯預(yù)消毒水樣中三氯甲烷低于氯化處理的水樣,與圖2結(jié)果一致。
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2.4.2 反應(yīng)時(shí)間
處理過程與上同,三氯甲烷的形成受反應(yīng)時(shí)間的影響見圖6,二氧化氯預(yù)消毒水樣中三氯甲烷隨氯化時(shí)間的變化趨勢與只進(jìn)行氯化消毒水樣變化趨勢相同,二氧化氯預(yù)消毒水樣中三氯甲烷低于只進(jìn)行氯化消毒的水樣,與圖2結(jié)果一致。二氧化氯預(yù)消毒后水樣中三氯甲烷形成仍受反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間的影響,而且經(jīng)過二氧化氯預(yù)消毒處理的水樣中三氯甲烷比只進(jìn)行氯化消毒的水樣中的三氯甲烷低。水樣是經(jīng)過絮凝后取其上清液,所以沒有考慮預(yù)消毒對(duì)絮凝效果的影響。
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3 結(jié) 論
(1)二氧化氯預(yù)消毒可降低三氯甲烷的產(chǎn)生量,以二氧化氯預(yù)消毒替代預(yù)氯化消毒可減少水中三氯甲烷的形成。
(2)使用二氧化氯和氯的混合消毒劑消毒時(shí),隨二氧化氯含量增加,三氯甲烷產(chǎn)生量明顯降低,三氯甲烷產(chǎn)生量的降低主要是因?yàn)橛行群康慕档?而二氧化氯不能抑制三氯甲烷的形成。
(3)水樣經(jīng)二氧化氯預(yù)消毒處理,后氯化消毒三氯甲烷的形成受氯化溫度和氯化時(shí)間的影響,其所產(chǎn)生的三氯甲烷比只進(jìn)行氯化消毒的水樣低。
(4)二氧化氯與氯聯(lián)合消毒既可減少三氯甲烷的形成,又可保證管網(wǎng)中的持續(xù)消毒能力。
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