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饮用水中二氧化氯消毒副产物的分布与控制对策
更新时间:2016-10-26 来源:《净水技术》 作者:朱慧峰,童俊,叶秋明,陈国光

摘要:该研究对饮用水中二氧化氯处理工艺过程中产生的消毒副产物亚氯酸盐、氯酸盐的分布情况进行了监测,对其可能产生的原因进行了分析,并对二氧化氯水处理工艺进行改进:控制二氧化氯投加量在0. 5 mg/ L 或滤后水的二氧化氯余量低于0. 1 mg/ L,采用二氧化氯次氯酸钠联用技术,可解决二氧化氯消毒副产物的问题;同时对二氧化氯消毒副产物的控制提出对策。

1 ClO2的应用及其存在的问题

二氧化氯(ClO2 )具有较强选择性氧化和广谱高效杀菌能力,因在净水过程中几乎不产生如THMs、MX 等氯气消毒有机副产物[1],已在很多国家的饮用水净化中生产应用,成为氯的最佳替代消毒剂之一。在美国有400 余家水厂在消毒工艺中增加了二氧化氯,自90 年代以来,我国也开始在一些中小型水厂应用二氧化氯对饮用水进行消毒[2]。

随着二氧化氯的广泛使用,采用二氧化氯水处理过程中的消毒副产物,也引起人们的较大关注。ClO2消毒副产物有Cl2、ClO -2 、ClO -3 、ClO2 等,具有氧化性的终产物对人体健康有威胁。亚氯酸盐被国际癌症研究所确定为致癌物类,有较大的毒理学影响[1],氯酸盐属于中等毒性的化合物,会引起肾功能衰竭;WHO 认为亚氯酸盐的毒性主要体现在氧化应激导致红细胞的改变,氯酸盐的主要毒性是红细胞的氧化损伤[3]。

鉴于ClO2消毒副产物对人体健康的危险,世界各国对消毒剂及其副产物的限值进行了规定,在新颁布的国标[4]中将ClO -2 、ClO -3 、ClO2 余量等列为水质常规指标,对其限值进行了规定,如表1 所示。据近年文献报道,我国有多个水处理厂使用二氧化氯消毒产生消毒副产物难以控制的案例[5],如某地采用二氧化氯消毒,25 家乡镇水厂亚氯酸盐、氯酸盐超标率76% ,亚氯酸盐最高2. 20 mg/ L,氯酸盐最高3. 42 mg/ L;2013 年科技部对全国各大中型城市使用二氧化氯水处理剂的水厂进行普查,发现较大比例的水厂,其主要的副产物氯酸盐与亚氯酸盐的含量均超过《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)0. 70 mg/ L 的限值要求,如何控制二氧化氯消毒副产物的含量是当前二氧化氯应用研究的一个主要方向。

2 某水厂二氧化氯水处理工艺概括

2.1 二氧化氯的制备

ClO2是一种活性气体,不易储存和运输,必须现场生产。在我国,目前主要生产制备二氧化氯的方法有以下几种。

(1)化学法

还原法,主要有硫酸法(Mathieson 法)、甲醇法、二氧化硫法(R1 法)、食盐法(R2 法)、食盐单容器法(R3 法)、盐酸法(Kesting 法、R5 法);氧化法,主要有:氯亚氯酸盐法,盐酸亚氯酸盐法(又称亚氯酸盐自身氧化法)。

(2)电化学法

食盐电解;氯化钠与氯酸钠电解;亚氯酸钠电解。

(3)其他方法

用紫外线辐射生产二氧化氯。某地两个小型水厂,供水能力2 000 m3 / d。由于地理位置偏僻,90 年代建厂之初,当时普遍采用液氯消毒,但氯气钢瓶运输不安全,所以就采用现场制备二氧化氯作为水处理剂。此两个水厂采用盐酸法[1](制备Kesting 法、R5法),常用NaClO3与酸反应,反应式如下。

2NaClO3 + 4HCl 2ClO2 + Cl2 + 2NaCl + 2H2O(1)

二氧化氯制备示意图,如图1 所示。2.2 二氧化氯消毒副产物的监测二氧化氯在碱性条件下发生歧化反应,如式

(2)所示。

2ClO2 + 2OH-  ClO-2 + ClO-3 + H2 O (2)

由式(1)、(2)可知,ClO2 消毒副产物有Cl2、ClO -2 、ClO -3 、ClO2,鉴于以往对二氧化氯消毒副产物的检测方法比较复杂,吸收光度法、示差光度法[1]、电流滴定法、流动注射法等对二氧化氯的检测无法在现场进行,检测限较高等缺点,本研究对检测方法进行了筛选和改进,二氧化氯采用现场检测法[3],N,N 二乙基对苯二胺(DPD)分光光度法,最低检测质量浓度为0. 01 mg/ L;亚氯酸盐、氯酸盐采用离子色谱法[5],最低检测质量浓度分别为0. 002 4 mg/L 和0. 005 0 mg/ L。

版权、出处:《净水技术》

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