自来水常规处理和深度处理工艺出水消毒副产物对比研究

自来水常规处理和深度处理工艺出水消毒副产物对比研究

祝克金

西宁供水（集团）有限责任公司  青海省西宁市  810001

摘要：随着时代的进步和江湖河岸工农业的发展，城镇化水平不断提高，水体污染物总量持续上升，水质状况不断下降，饮用水的安全性风险不断增大。主流常规制水工艺已不能完全保证制水厂出水的安全达标。近年来，各地制水厂在政府有关部门的指导和支持下逐渐升级改造，在常规处理工艺基础上根据各地原水水质特点，增加深度处理工艺，确保出厂水水质全面稳定达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749－2006)，保护群众的饮水安全和生命健康，其中最广泛使用的是在过滤工艺后消毒工艺前增加臭氧－生物活性炭深度处理工艺，该工艺不仅具有技术经济优势，还能有效降低卤代消毒副产物的前体物，有效提高出厂水水质。故此，在使用液氯消毒的前提下，对比常规处理工艺和深度处理工艺出水的卤代消毒副产物的变化具有十分重要的现实意义。

关键词：自来水常规处理；深度处理工艺；消毒副产物

引言

挥发性有机污染物(VOCs)主要来自农业废水、有机溶剂、固体废物、石油化学品等的饮用水中的有毒污染物。研究表明，大多数VOCs模型具有致癌、变形、有毒和难闻的气味。饮用水消毒过程中也产生了一些消毒副产物近年来不断受到用户关注。液氯消毒由于其效率和成本低，是国内外饮用水生产中常见的消毒剂。消毒副产物中的三卤甲烷为典型代表，例如三氯甲烷是氯制剂消毒产生的典型产物。消毒副产物的种类和数量也受到许多因素的影响，例如天然水中有机物的含量。近年来，臭氧-活性碳(O3-BAC)深度处理方法有效地消除了可被取代烃类物质的含量，提高了饮用水的品质。

1目前自来水常规生产工艺

自来水处理工艺主要可以分为传统处理工艺和深度处理工艺，受技术费用、改造成本的限制，目前我国大多数城镇自来水厂仍采用传统工艺，深度水处理工艺还需加大推广。传统自来水处理工艺主要通过混凝、沉淀、消毒等处理，原水经过与混凝剂、初凝剂、助滤剂、pH调节剂、氧化剂等药剂在混合设备的帮助下充分混合后进入絮凝池，混凝剂有吸附的作用，可以把水中不易沉淀的胶体颗粒和微小悬浮物脱稳，随后脱稳胶体相互聚集成大颗粒絮体，该过程为混凝过程。经过混凝处理过后的水进入沉淀池，混凝过程中形成的絮体依靠自身重力从水中分离的过程称为沉淀，该过程水流速很慢，絮体逐渐沉淀进入池底，和水体分离。目前我国水厂常用的沉淀池为平流沉淀池、辐流沉淀池和斜管沉淀池。通过沉淀池后的水，通过如石英砂等的粒状滤料层，截留水中悬浮颗粒、有机物、细菌、病毒等，该过程称为过滤。过滤是自来水净化过程中的关键工序，对出厂水质有着直接影响。水经过过滤后，加入消毒剂的过程称为消毒过程，消毒剂可以氧化细菌的酶，组织蛋白质合成而使细菌死亡，同时对病毒中的核酸产生致死性损害，使自来水达到饮用水细菌学指标要求。我国自来水厂目前主要采用液氯、二氧化氯、和氯胺作为消毒剂消毒。常规工艺对溶解在水中的有机物，特别是消毒产生消毒副产物的前体物无处理工艺。

2深度处理的常见技术

臭氧—生物活性炭工艺是将活性炭物理化学吸附、臭氧化学氧化、生物氧化降解及臭氧灭菌消毒四种技术合为一体的工艺。

2.1臭氧预氧化

利用臭氧预氧化作用，初步氧化分解水中的一部分简单的有机物及其它还原性物质，使之变为CO2和H2O，可以降低生物活性炭滤池的有机负荷，提高低量活性炭处理的平衡能力；同时，臭氧氧化能使水中难以生物降解的有机物转化成可生物降解的有机物，减少大分子极性污染物。臭氧氧化后生成的氧气，能在处理水中起到充氧作用，使生物活性炭滤池有充足的溶解氧（DO），为附着于活性炭上的好氧菌和硝化菌提供生长的营养源，创造好氧菌生长的环境，使好氧微生物活动增强，提高了微生物增长潜力，加快生物氧化和硝化作用，延长了活性炭的使用寿命，加快了有机物的生物降解，从而有效减少了消毒副产物前体物的浓度。

2.2生物活性炭

活性炭作为一种多孔物质，能够吸附水中浓度较低、其它方法难以去除的物质，同时，还可以去除水中的浊度、嗅味、色度，改善水的口感，而且能够有效地吸附合成洗涤剂、阴离子表面活性剂等活性物质。活性炭空隙多，比表面积大，能够迅速吸附水中的溶解性有机物。粒状活性炭吸附水中溶解有机物，但对一些挥发性较低，难以生物降解，分子量在10000以上的高分子有机物不易吸附去除，而且吸附性能还受有机物所带官能团及分子结构的影响。利用臭氧电位高的特点，易将许多不易生物降解的有机物分解成许多更易生物降解的较小的或充氧较多的低分子有机物，从而改变了有机物的结构形态和性质，使其易被活性炭吸附去除，而被吸附的溶解性有机物也为维持炭床中微生物的生命活动提供营养源。同时，由于臭氧供氧充分，炭床中大量生长繁殖好氧菌，有足够时间来生物降解所吸附的低分子有机物，这样，也就在炭床中形成生物膜。该生物膜具有生物氧化降解和生物吸附的双重作用，而活性炭孔隙中的有机物被分解后，经过反冲洗，活性炭孔隙腾出吸附位置，恢复了对有机物与溶解氧的吸附能力。活性炭对水中有机物的吸附和微生物的氧化分解是相继发生的，微生物的氧化分解作用，使活性炭的吸附能力得到恢复，而活性炭的吸附作用又使微生物获得丰富的养料和氧气，两者相互促进，形成相对稳定状态，得到稳定的处理效果，从而大大地延长了活性炭的再生周期。目前主要采用液氯消毒。将液氯汽化后通过加氯机投入水中完成氧化和消毒的方法。处理水量较大时，单位水体的处理费用较低，水体氯消毒后能长时间地保持一定数量的余氯，从而具有持续消毒能力；单液氯消毒方法会产生如三卤甲烷等致癌、致基因畸变的副产物。臭氧作为消毒剂的水处理技术。与加氯消毒相比，臭氧消毒剂用量小、作用快、消毒效果更佳，同时可以改善水的口感和观感，但是，投资大，应用的设备复杂，水中臭氧不稳定，需要第二消毒剂，操作及管理要求较高，一般在大中型的自来水厂中才会应用。在水处理工艺中，臭氧更多的应用于氧化而不是消毒。

3结果与讨论

卤代消毒副产物主要是三卤甲烷和卤乙酸等，其中常规跟踪的项目主要为三卤甲烷，其定义为三氯甲烷、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷和三溴甲烷各自测定值与其限值的比值之和，是水源水中的溶解性有机质在给水工艺氯消毒过程中产生的卤代烃类消毒副产物(DBPs)，对人体有三致作用，威胁饮用水的卫生与安全。传统的处理工艺对消毒副产物前驱物去除效果不佳，大量研究表明，深度处理工艺可有效去除水中消毒副产物前驱物，从而降低出厂水卤代烃类消毒副产物的生成风险。试验通过对深度处理工艺出水三卤甲烷各单体物质进行测定，发现各单体含量均满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749－2006)的要求，三卤甲烷总量明显优于该常规处理工艺的同期平均水平。

结束语

总之，人们的日常生活和工作与水是分开的，供水的安全性和质量关系到人们的健康。因此，为了保证饮用水的质量，必须高度重视水源水和水处理过程中面临的水质风险，科学有效的应对各类污染物的困扰，提供清洁健康的饮用水是各地供水企业的头等大事。

参考文献

[1]肖锦.对我国城镇自来水水质及深度处理问题的评述[C]//.2019中国环境科学学会科学技术年会论文集（第二卷）.,2019

[2]西鹏.安徽地表水自来水厂处理工艺设计研究[J].江西化工,2019(03)

[3]吴艺芳.漳州市某自来水厂深度处理方案设计[J].山西建筑,2018,44(13)

[4]陈锡超,罗茜,陈虎,魏孜,王子健,许科文.自来水常规和深度处理工艺中挥发性有机物的变化规律[J].环境科学,20138

[5]康雅,韩海燕,沈磊,苏喆,杨葳,王鹏,祝丹丹,许登阁.自来水厂深度处理改造中活性炭的比选试验研究[J].中国给水排水,2018