饮用水氯消毒副产物控制技术研究进展

依据新颁布的《生活饮用水卫生标准》对饮用水氯消毒副产物控制技术进行了具体的论述,介绍了替代消毒剂、前体物去除和副产物去除等控制技术的应用效果和局限性,分析了安全高效的多级屏障组合消毒工艺在控制消毒副产物中的应用前景。     

南方某水源水中天然有机物的特点及氯胺对氯化消毒副产物的控制

在对天然有机物分类的基础上进行了水体中有机物的特性研究，并采用氯胺对不同特性有机物的氯化消毒副产物进行了控制研究。结果表明，疏水酸占有机物总量的24％，疏水中性物质占41％，疏水性有机物占67％；对于三卤甲烷类消毒副产物生成势，疏水酸所产生的最多，疏水碱次之，亲水酸最少；对于卤乙酸类消毒副产物生成势，疏水碱产生的三卤乙酸最多，其次为疏水酸，亲水酸最少。氯胺对不同类有机物氯化消毒副产物控制程度不同，氯胺对疏水中性物质控制三卤甲烷类消毒副产物最好，其次是疏水碱和亲水碱；对疏水酸的三卤甲烷生成量控制较弱，对亲水酸的控制效果最差；氯胺对亲水碱氯化产生卤乙酸的控制效果最好，其次是疏水碱，控制效果最差的为疏水中性物质。     

氯消毒副产物的处理方法探讨

在大量分析国内外有关资料的基础上。对饮用水加氯消毒技术的发展、氯消毒副产物的形成及其控制与处理技术等进行了综述。并对一些新的消毒方法进行了探讨。     

不同管材对氯胺消毒副产物生成与水质生物稳定性的影响

模拟考察了上海某水厂出厂水在不同输配管网体系中水质的变化规律,研究了管材和氯胺投加量对输配过程水质变化的影响.结果表明,不同输配管网体系氯胺的衰减速率总体上符合如下规律:镀锌管>铜管>不锈钢管>聚乙烯管(PE管)>三型聚丙烯管(PPR管),季节因素对氯胺衰减速率影响较大,秋冬季节氯胺衰减的速率显著降低;消毒副产物三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)的生成规律为:PE管?PPR管>玻璃管>不锈钢管>铜管>镀锌管;五种管材中异氧菌总数(HPC)的生长数量为:镀锌管>>PE管>不锈钢管>PPR管>铜管;铜管和PE管中生物可同化有机碳(AOC)显著高于其余管材及出厂水.     

氯、氯胺消毒下钱江源水源水消毒副产物形成特征研究

以钱江源水源水为研究对象,以氯、氯胺为消毒方式,研究了不同消毒条件下,三卤甲烷(THMs)、卤乙腈(HANs)、氯代酮(CKs)、二卤乙酸(DHAAs)、三卤乙酸(THAAs)等消毒副产物(DBPs)的形成情况,以便为水务工作者监测钱江源建库前后水质、DBPs形成的变化提供基础数据.结果显示,氯消毒下DBPs的产量比氯胺消毒高出3~7倍甚至1个数量级,但不管是氯消毒还是氯胺消毒,THMs、HAAs形成量均在我国饮用水标准范围内.氯消毒下,大部分DBPs产量为中、碱性条件酸性条件(除了CKs),氯胺消毒则呈现不同的情况(所有DBPs的产量均为p H=6、p H=7p H=8).消毒剂量对所有DBPs形成具有明显的促进作用;溴离子对THMs、DHANs、DHAAs的形成有明显的促进作用.进一步研究表明,钱江源水源水的水质比钱塘江下游九溪水源水好,DBPs形成也较低,某些指标(如有机碳、有机氮、HANs形成量等)甚至比同省水质较好的金兰水库还要好;而且由于其较高的比紫外吸收值(SUVA),DBPs的溴嵌入能力均比九溪水源水、金兰水库低.此外,就目前的钱江源水源水来说,控制消毒剂量(氯、或氯胺)是控制DBPs形成的有效策略.     

二氧化氯消毒无机消毒副产物控制技术进展研究

日常生活、生产中,饮用水消毒剂受到广泛关注.中国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)规定二氧化氯可作为饮用水消毒剂,但其在消毒过程中所产生的无机消毒副产物,对人类健康存在潜在的危害.随着检测和控制技术水平的发展,对饮用水中无机消毒副产物的研究已成为热点.文章参考大量文献,对饮用水中无机消毒副产物的控制技术进行了详细讨论.     

组合氯化消毒工艺的卤代消毒副产物生成特性

比较4种单独使用氯或组合氯化消毒工艺在较长管网停留时的卤代消毒副产物生成情况.4种工艺为单独游离氯消毒、氯胺消毒、清水池游离氯消毒后转氯胺的先氯后氨消毒、短时游离氯后转氯胺的顺序氯化消毒工艺.结果表明,游离氯消毒工艺在管网停留时间长时,卤代消毒副产物会持续大量的生成,而一氯胺消毒工艺生成的卤代消毒副产物量很低.目前使用较为普遍的先氯后氨消毒工艺与游离氯消毒相比,可以降低卤代消毒副产物的生成量,管网停留24 h时,三卤甲烷的生成量降低了9.6%,卤乙酸的生成量减低了42%.但是先氯后氨消毒工艺由于游离氯接触时间约为2 h,卤代消毒副产物已经大量生成.短时游离氯后转氯胺的顺序氯化消毒工艺,由于控制了游离氯的接触时间,可以在保障消毒工艺灭活微生物效果的同时更为有效地控制卤代消毒副产物,管网停留24 h时,三卤甲烷的生成量与单独游离氯消毒工艺相比降低了48%,卤乙酸的生成量减低了72%.因此,顺序氯化消毒工艺可以更好地控制卤代消毒副产物的生成,提高水质安全性.     

南水北调丹江口水库水氯(胺)化消毒副产物产生特性与消毒工艺对比

系统研究了南水北调中线工程水源——丹江口水库水在氯(胺)化消毒条件下,常规消毒副产物的产生特性,考察了消毒方式、消毒剂投加量、接触时间、p H和溴离子浓度等因素的影响,并对消毒工艺参数进行了优化.结果发现,丹江口水库水经氯化消毒可产生三氯甲烷、二氯一溴甲烷等常规含碳和较低浓度二氯乙腈、三氯硝基甲烷等含氮消毒副产物,而氯胺化消毒仅产生三氯甲烷和三氯硝基甲烷等消毒副产物(disinfection by-products,DBPs).自由氯消毒过程产生的各类型DBPs浓度约为氯胺消毒的7.5倍,短时自由氯转氯胺方式DBPs产生量介于两者之间;随着自由氯投加量增加,各类型消毒副产物均呈现增加趋势,投加量大于2 mg·L-1后DBPs增加量较少.随氯胺投加量增加,三氯甲烷生成量变化不大,投加量大于2mg·L-1后可产生三氯硝基甲烷等副产物.随反应时间延长,自由氯的衰减速率明显大于氯胺,同时消毒副产物增长量明显快于氯胺消毒.随着p H升高,自由氯消毒后三卤甲烷含量呈现增加趋势,而氯胺消毒后变化不明显.随溴离子浓度的增加,自由氯和氯胺消毒后副产物类型均向溴代DBPs转变,同时总生成量明显增加,自由氯消毒DBPs增长量明显大于氯胺消毒过程.丹江口水库水采用氯胺化消毒可以降低消毒副产物的生成风险,如采用自由氯消毒方式,水厂需根据实际常规处理工艺重点控制自由氯的投加量等参数.     

液氯及次氯酸钠消毒对自来水中余氯及消毒副产物的影响

为避免液氯消毒带来的安全隐患,以江苏某国家级开发区水厂加氯消毒系统升级改造项目为研究对象,采用次氯酸钠代替液氯作为消毒剂,从消毒剂消耗量、余氯及消毒副产物含量等方面进行了对比研究。结果表明：采用两种消毒剂对降低浊度及去除余氯的效果无显著性差异;在同等处理效果下,次氯酸钠和液氯的耗氯量均值分别为14.71 kg/kt和1.47 kg/kt;在分别采用液氯消毒剂和次氯酸钠消毒剂的条件下,三卤甲烷出厂水均值分别为379μg/L和253μg/L;与液氯消毒相比,次氯酸钠消毒工艺在一定程度上降低了消毒副产物的产生。     

J市饮用水氯消毒副产物分析及其健康风险评价

J市位于太湖下游,其水源水质受上游和自身工农业发展的影响,有机物和氨氮浓度较高,氯消毒副产物及其引发的健康风险广泛受到关注.2012年5、8、10月以及2013年1月采样,使用气相色谱法分析了J市饮用水中4种三卤甲烷和5种卤乙酸的含量,发现自来水中三卤甲烷浓度占三卤甲烷与卤乙酸总和的88.1%以上,5月、8月和次年1月浓度较高(分别为39.34、50.37和28.02μg.L-1),10月浓度(19.19μg.L-1)较低,远高于卤乙酸的浓度(2.58～4.02μg.L-1).自来水煮沸3min后,三卤甲烷可去除92.3%以上,但卤乙酸会大幅度增加.基于EPA推荐的健康风险评价模型对经口摄取途径时氯消毒副产物的致癌和非致癌风险进行计算,发现化学致癌物质的健康风险为3.1×10-6～7.3×10-6,高于可接受风险水平1×10-6;煮沸后致癌物质的健康风险大幅度降低至7.9×10-7,低于可接受风险水平.煮沸后非致癌氯消毒副产物的健康风险由2.1×10-11显著升高至3.4×10-9,未超过10-5的风险管理参考值.     

二氧化氯-氯联合用于饮用水消毒的研究进展

使用单一的氯或者二氧化氯消毒剂都有一定的局限性,二氧化氯-氯联合消毒工艺是近年来消毒工艺研究的新方向,本文主要对二氧化氯-氯联合消毒工艺的特点和控制因素进行阐述。实验结果表明,二氧化氯-氯联合消毒工艺不仅能够有效地去除水样中的大肠杆菌以及其他细菌,而且联合消毒工艺能够减少消毒副产物的生成,并且有比较强的持续消毒能力。联合消毒工艺受投加比例的影响比较大,因为二氧化氯的浓度过高,衰减也相应增加,并且所产生的ClO2^-量也随之增加;而当液氯的浓度过高时,对应所产生的消毒副产物也随之增加。投加比例一般在ClO2：Cl2=1：3到1：6之间。     

供水管网终端消毒副产物分布特征及预测模型

消毒副产物(disinfection by-products, DBPs)是影响饮用水水质的重要指标.以浙江省H市某区域供水点为调查目标,考察终端龙头水及加热器处理后饮用水中DBPs的含量特征,结合水质理化指标,初步确定管网终端DBPs预测模型,评估经口摄入的健康风险.结果表明,H市某供水点龙头水中共检出THMs、HANs和HAAs这3类共计10种DBPs.龙头水中目标DBPs检出率均为100%,THMs、HANs和HAAs质量浓度分别为10.12～28.39、 0.98～5.19和2.65～7.83μg·L~(-1);热水中TBM、TCAN和DBAN的检出率分别为46.43%、 82.14%和92.86%,BCAN未检出,其它DBPs检出率为100%,THMs、HANs和HAAs质量浓度分别为0.60～12.58、 0.02～0.52和2.42～5.86μg·L~(-1).加热处理后THMs和HANs的含量有所降低,总量分别降低84.22%和91.45%,HAAs变化不明显.水质理化指标pH值和SUVA与DBPs呈正相关关系,余氯和氨氮与DBPs呈负相关关系.根据常规指标与DBPs相关性建立THMs多元线性预测模型,相对误差小于10.00%,准确度较高,可用于管网供水终端THMs的预测.基于美国环保署推荐的健康风险评价模型对经口摄取途径时氯消毒副产物的致癌和非致癌风险进行计算,发现H市龙头水和热水中DBPs通过饮水途径的致癌风险分别为(17.24～84.63)×10~(-6)和(25.49～258.82)×10~(-7);非致癌风险分别为(4.17～50.32)×10~(-2)和(6.52～107.74)×10~(-3).龙头水中BDCM对致癌风险的贡献率最大,而热水系统中TCM贡献率最大;龙头水及热水中非致癌风险主要来自于TCM.热水中THMs的削减量最高达到94.38%,致癌风险降低79.00%.     

3种典型消毒副产物对细菌抗生素抗性的影响

本文研究了消毒副产物对细菌抗生素抗性的作用.分别选取三卤甲烷类(THMs)、卤乙酸类(HAAs)以及醛类消毒副产物中典型物质一氯二溴甲烷(CDBM)、碘乙酸(IAA)和水合三氯乙醛(CH),研究了细菌经消毒副产物染毒之后,对多种抗生素的抗性变化情况.结果发现,3种消毒副产物均可以诱导野生型铜绿假单胞菌提高对5种受试抗生素的抗性,提高作用IAACHCDBM.IAA对多重抗性也具有一定的提高作用.野生型大肠杆菌的抗生素抗性同样能够被DBPs诱导提高,说明DBPs对抗性的影响具有普遍性.其作用机制可能是DBPs通过氧化胁迫机制诱导细菌发生突变,进而提高细菌抗生素抗性.本研究表明饮用水系统中部分细菌抗生素抗性的获得可能与消毒副产物有关;除毒理学风险外,消毒副产物的流行病学风险同样不容忽视.     

臭氧对生物活性炭中微生物及出水消毒副产物的影响

为探究饮用水处理过程中臭氧(O₃)对生物活性炭(BAC)中微生物及出水消毒副产物(DBPs)的影响,以饮用水小试装置的O₃-BAC工段开展研究,系统分析在不同O₃浓度下的水质变化,溶解性有机物(DOM)特征,微生物活性和DBPs产生情况.结果表明,O₃对BAC过滤的影响主要表现为提升微生物对DOM的利用效率,但O₃浓度过高会导致出水中蛋白质和微生物代谢产物(SMPs)等有机物增加.当O₃浓度从0 mg·L^-1提升到2. 0 mg·L^-1时,BAC中微生物存活率从95. 10%降至62. 60%,但O₃将出水中难降解有机物转变为易生物降解物质,使得微生物活性提高了62. 52%,BAC的生物过滤得到强化;当O₃浓度增加到4. 0 mg·L^-1时,微生物存活率降至49. 90%,同时微生物产生的蛋白质和SMPs增加,导致含碳消毒副产物(CDBPs)和含...     

长距离供水系统中消毒副产物分布特征及二次加氯的影响

供水管网覆盖区域大,导致出厂消毒剂量不足以维持管网末梢余氯量,需进行途中二次投氯.以H市供水管网为目标,通过均匀布点采样分析,考察二次加氯消毒型管网中消毒副产物(disinfection by-products,DBPs)的分布特征.结果表明,管网中检出DBPs包括三氯甲烷(TCM)、一溴二氯甲烷(BDCM)、二溴一氯甲烷(DBCM)、三溴甲烷(TBM)、二氯乙酸(DCAA)、三氯乙酸(TCAA)、二氯乙腈(DCAN)、溴氯乙腈(BCAN)和三氯硝基甲烷(TCNM)等,所检水样中DBPs浓度均低于《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)规定的标准限值.二次加氯前检出质量浓度(以平均值±偏差表示)分别为:(8.08±3.34)、(9.77±2.91)、(7.38±4.82)、(2.65±2.02)、(2.95±3.26)、(6.02±6.06)、(3.13±2.48)、(1.61±2.05)和(0.15±0.10)μg·L~(-1).二次加氯后检出质量浓度分别为:(10.30±4.55)、(11.73±3.60)、(8.23±5.22)、(2.95±2.45)、(3.29±3.60)、(8.15±7.58)、(3.31±2.61)、(1.33±2.04)和(0.12±0.06)μg·L~(-1).二次加氯后DBPs含量相较于出厂水至二次加氯点呈明显上升趋势,三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)分别比前段管网含量升高6.32%～26.60%和5.32%～42.71%.此外,原水水质和季节变化对DBPs的形成有一定影响,夏季DBPs的水平普遍高于春季或秋季.出厂水及管网水DBPs生成势分析表明,H市供水系统中DBPs可能存在超标风险,后续需考虑进一步优化处理工艺以保障供水水质.     

水体中不同相对分子质量有机质对饮用水消毒的影响

采用珠江广州河段一水源水作为研究对象,经预处理后,用Amicon YC-05,YM-1,YM-3,YM-10,YM-30,YM-100和ZM-500系列不同相对分子质量的超滤膜对其进行分离,分析各相对分子质量级别的可溶性有机物的DOC,同时,对所分离出的各种相对分子质量级别的DOM与消毒剂Cl2和ClO2作用.结果表明,在各个级别的DOM中,相对分子质量小于500的DOM占总DOM的一半以上,这表明该水源水已经严重地受到人为的污染;而且该相对分子质量级别的DOM也是消毒过程形成三卤甲烷的主要前驱物质.另外,这一类型的DOM在消毒过程中形成THMs与未分级的水源水也有较大的差别.     

基于PMA-定量PCR选择性检测技术的病原菌消毒特性研究

建立了一种核酸染料propidium monoazide(PMA)与定量PCR技术联合选择性检测活性病原菌的技术(PMA-qPCR),以大肠杆菌作为模式菌,研究了氯和一氯胺消毒对病原菌的灭活特性.结果表明,PMA染料能够分别去除99.94%和99.99%的来自非活性大肠杆菌和沙门氏菌的DNA,PMA-qPCR技术能够有效区分活性菌与非活性菌;PMA-qPCR技术得到的氯和一氯胺消毒对大肠杆菌的灭活曲线符合一级动力学方程,灭活速率常数分别为 2.24 L·(mg·min)^-1和0.0175 L·(mg·min)^-1,低于平板培养法得到的灭活速率常数;当大肠杆菌的去除率达到99%时,采用PMA-qPCR技术检测需要的ct值相比于平板培养法从0.6 mg·L^-1·min上升到0.9 mg·L^-1·min(氯消毒)和从20 mg·L^-1·min上升到超过100 mg·L^-1·min(一氯胺消毒);随着ct值的升高,常规qPCR的检测结果基本不变,因此常规qPCR不能够反映氯和一氯胺消毒对病原菌的灭活效果.作为一种新的表征消毒特性的检测技术,PMA-qPCR技术有助于更为准确地评价氯和一氯胺消毒对病原菌的灭活效果.     

MBR处理医院污水后续氯消毒及其消毒副产物研究

针对医院污水中致病微生物的特殊排放要求,研究了膜生物反应器（MBR）应用于医院污水处理中的预消毒及其后续氯消毒特性.结果表明,在工程应用中MBR具有显著的预消毒作用,对医院污水中的细菌总数和粪大肠杆菌的去除率分别达到2.0～3.1 lg和2.8～4.0 lg;对于MBR出水中残留的微生物,采用次氯酸钠进行后续消毒,当接触时间为1 h,在有效氯浓度为0.8 　mg/L时,可检测不出粪大肠杆菌,且放置6 h未见再生长,相应的THMs和HAAs分别为16.94 μg/L和32.10 μg/L;固定接触时间,随着Cl₂/DOC值的增加,MBR出水中THMs和HAAs均近似呈线性增长趋势（r²分别为0.941?5和 0.965?2）,且HAAs的增长速率高于THMs.     

控制消毒副产物及前体物的优化工艺组合

为实现对消毒副产物的控制,比较了新开发的顺序氯化消毒工艺与传统氯消毒工艺在常规工艺、常规+深度处理工艺、预氧化+常规+深度处理工艺中对消毒副产物及其前体物的去除特性.与传统的氯消毒相比,顺序氯化消毒工艺可以有效减少消毒副产物的生成量,THMs减少35.8%～77·0%,HAAs减少36·6%～54·8%;而且消毒进水水质越差,短时游离氯后转氯胺的消毒工艺就越有优势.对最简单的传统工艺进行顺序氯化消毒产生THMs和HAAs为18·51μg/L和19·25μg/L,低于采用最复杂工艺:预臭氧氧化+常规+臭氧-活性炭工艺进行传统氯消毒的副产物生成量(THMs19·40μg/L,HAAs24·70μg/L).对消毒副产物前体物去除和副产物控制有明显效果的前处理工艺是臭氧-活性炭工艺和预臭氧氧化.建议采用传统工艺的水厂改造时优先考虑顺序氯化消毒工艺和臭氧-活性炭工艺.