引江原水不同预氧化和消毒条件下消毒副产物生成对比研究

董 捷，张怡然*，方自毅，李 晨，马文红

(1.天津泰达水业有限公司 天津 300457；2.天津泰达津联自来水有限公司 天津 300457)

水资源短缺和水源水污染日益严重是当前世界最重大的资源环境问题之一，我国的供水行业面临着水源水体污染、供水水质标准不断提高的双重压力。近年来，随着水源水质的恶化，常规混凝工艺难以满足水处理要求。为进一步优化出水水质，预氧化常被用作水厂水源水的一种前处理方式。目前采用的氧化剂主要有氯气、次氯酸钠、臭氧等[1]。预氯化很长时间以来在很多水厂得到应用，预氯化工艺处理以地表水为水源的原水后，原水中的有机污染物会和高浓度的氯发生反应，可能生成较高浓度的氯化消毒副产物(disinfection by-products，DBPs)，如三卤甲烷(Trihalomethanes，THMs)和卤乙酸(Haloacetic acids，HAAs)等，这些卤化有机化合物中有许多被推测是致癌物质[2-3]，对饮用水的水质安全构成了极大的威胁。

次氯酸钠是一种高效、广谱、安全的强力灭菌、杀病毒药剂[4]。它与水的亲和性很好，能与水以任意比互溶，操作安全，使用方便，易于储存，投加环境要求低。而且次氯酸钠消毒液在水中不会产生游离态分子氯，所以在消毒过程中发生因存在分子氯而引发的氯代化合反应的可能性低，一般不会生成不利于人体健康的有毒有害物质[5-6]。目前京津冀等地区出于安全考虑，已陆续以次氯酸钠代替液氯作为消毒剂进行消毒，而采用次氯酸钠代替液氯进行预加氯，可进一步减少处理水中 DBPs的产生。与预氯化相比，无论在控制消毒副产物的产生方面，还是在使用安全方面，次氯酸钠预氧化都具有实际的意义[1]。

1 实验部分

1.1 原水水质

实验用原水为南水北调引江原水，实验期间原水部分水质参数见表1。由表1可见，原水 pH值稳定在 8左右，浊度、耗氧量(CODMn)等指标均较低，水质较好。

表1 原水部分水质参数Tab.1 Water quality parameters of the raw water portion

1.2 实验方案

本研究以引江原水和混凝+脉冲澄清+过滤工艺的滤后出水(以下简称滤后水)为实验原水，分别加入适量液氯和次氯酸钠(控制出水余氯相同)进行预氧化和消毒实验，测定不同实验条件下出水的 THMs、二氯乙酸(DCAA)和三氯乙酸(TCAA)等消毒副产物指标，完成引江原水、滤后水分别在液氯、次氯酸钠预氧化和消毒条件下消毒副产物生成的对比分析。

1.3 分析项目与方法

实验测定的指标为 pH 值、浊度、CODMn、色度、THMs、DCAA、TCAA 等。

pH值：采用Mettler Toledo 320型pH计，玻璃电极法测定。

浊度：采用 HACH 2100N 浊度仪，分光光度法测定。

CODMn：采用酸性高锰酸钾滴定法(GB/T 5750.7—2006)测定。

色度：采用铂-钴标准比色法(GB/T 5750.4—2006)测定。

THMs：采用测定顶空气相色谱法测定。

DCAA和TCAA：采用气相色谱法测定。

2 结果与讨论

次氯酸钠的分子式是 NaClO，是一种强碱弱酸盐，它是一种清澈透明且能与水完全互溶的液体。在消毒方面，次氯酸钠的优势十分明显，次氯酸钠亲水性极好，能和水以任意比互溶。更加值得肯定的是，次氯酸钠在水中不产生游离分子氯，不会发生氯代反应产生对人体有害的物质；次氯酸钠也不会对管道构成腐蚀作用。

在原水氨氮含量高时，NaClO能与氨氮发生反应，生成具有消毒作用的NH2Cl和NHCl2，氨氮浓度降低，符合折点加氯曲线原理，折点出现在加氯量为氨氮浓度 9倍左右(7.6～10.6倍)的位置，折点之后出现自由性余氯，消毒效果最好[7]。从成本考虑，次氯酸钠的消毒成本费用较低，次氯酸钠和氯气的成本比大约是 1.05∶l[8]。无论是作为消毒剂还是预氧化剂使用，次氯酸钠代替液氯都是可行且具有实际意义的。

按1.2节的安排进行小试实验，测定不同实验条件下出水的 THMs、DCAA和 TCAA等消毒副产物指标，结果见表2。

表2 实验室小试消毒副产物检测结果Tab.2 Test results of small test disinfection byproduct in laboratory

由表2所示实验结果可知，在控制出水余氯相同的情况下，引江原水分别采用液氯和次氯酸钠进行预氧化时，出水的THMs、DCAA、TCAA等主要消毒副产物指标均低于国标限值，可以推测是由于引江原水中含有的有机物较少而出现这个结果。但对比采用液氯和次氯酸钠进行预氧化生成的三卤甲烷量来看，前者明显高于后者，且前者比后者出水的三卤甲烷生成量高 48.2%。这表明，采用次氯酸钠进行预氧化可以大幅避免因预氯化而产生三卤甲烷的风险。

在控制出水余氯相同的情况下，取中试水厂的滤后水，分别采用液氯和次氯酸钠进行消毒时，出水的THMs、DCAA、TCAA等主要消毒副产物指标均低于国标限值，两种消毒剂条件下消毒副产物生成量差别不大。

3 结 论

在控制出水余氯相同的情况下，引江原水分别采用液氯和次氯酸钠进行预氧化时，出水的 THMs值、DCAA、TCAA等主要消毒副产物指标均低于国标限值；采用液氯进行预氧化生成的三卤甲烷明显高于次氯酸钠，前者比后者出水的三卤甲烷生成高 48.2%,。在控制出水余氯相同的情况下，引江原水分别采用液氯和次氯酸钠进行消毒时，出水的 THMs、DCAA、TCAA等主要消毒副产物指标均低于国标限值，两种消毒剂条件下消毒副产物生成量差别不大。经过对比，次氯酸钠作为氧化剂进行预氧化较预氯化可大幅度降低生成消毒副产物的风险，作为消毒剂时效果与液氯相似。