饮用水管网中的消毒副产物生成与控制措施

作者: 崔长健 李雨虹

饮用水管网中的消毒副产物生成与控制措施0

摘 要:随着城市化进程的飞速发展以及人们对饮用水安全要求的不断提高,饮用水管网的重要性日益凸显。然而,在饮用水消毒过程中,容易产生消毒副产物,给饮用水安全带来潜在风险。这些消毒副产物的生成受多种因素影响,如水源水质、消毒剂种类与剂量、水的pH值和温度等。基于此,本文深入探讨消毒副产物的生成机制、影响因素及危害,提出优化消毒工艺、预处理减少副产物前体物以及加强管网运行管理等措施,以期达到有效控制消毒副产物生成、保障饮用水安全、提升饮用水品质的目的,为饮用水管网的科学管理提供理论支持与实践指导。

关键词:饮用水管网;消毒副产物;生成机制;控制措施;饮用水安全

Generation and Control Measures for Disinfection

By-Products in Drinking Water Pipeline Network

Abstract: With the rapid development of urbanization and the increasing demand for drinking water safety, the importance of the drinking water pipeline network is becoming increasingly prominent. However, during the disinfection process of drinking water, disinfection by-products are easily generated, posing potential risks to drinking water safety. The generation of these disinfection by-products is influenced by various factors, such as water source quality, disinfectant type and dosage, water pH value, and temperature. Based on this, this article deeply explores the generation mechanism, influencing factors, and hazards of disinfection by-products, proposes measures to optimize disinfection processes, reduce precursor substances of by-products through pretreatment, and control strategies for pipeline operation management, in order to effectively control the generation of disinfection by-products, ensure drinking water safety, and improve drinking water quality. This provides theoretical support and practical guidance for the scientific management of drinking water pipelines.

Keywords: drinking water pipeline network; disinfection by-products; generation mechanism; control measures; drinking water safety

水是生命之源,确保饮用水的安全至关重要。在饮用水的供应过程中,消毒是必不可少的环节,它能有效杀灭水中的致病微生物,保障公众健康。然而,在消毒的同时,也可能会产生一些对水体有影响的消毒副产物[1-2]。消毒副产物的存在不仅可能对人体健康产生潜在危害,而且可能给饮用水的安全保障带来新的挑战[3-4]。因此,深入研究饮用水管网中的消毒副产物生成机制以及探索有效的控制措施具有重要的现实意义。本文将围绕饮用水管网中的消毒副产物展开深入分析,旨在为提高饮用水质量、保障公众饮水安全提供科学依据和可行方案。

1 饮用水管网消毒副产物的生成机制

1.1 消毒过程中化学反应分析

在饮用水消毒过程中,消毒剂会与水中的天然有机物(Natural Organic Matter,NOM)、无机物等发生一系列化学反应,从而生成消毒副产物。例如,在使用氯消毒时,氯会与NOM中的腐殖酸、富里酸等发生取代、加成等反应,生成三卤甲烷(Trihalomethanes,THMs)和卤乙酸(Haloacetic Acid,HAAs)等副产物。这些反应通常较为复杂,涉及多个中间产物和反应步骤。同时,不同的消毒剂与不同的物质反应会产生不同类型的副产物,其生成机制也各有特点[5]。

1.2 不同消毒方式对副产物生成的影响

目前,常用的消毒方式有氯消毒、二氧化氯消毒、紫外线消毒等。氯消毒是传统的消毒方式,但容易产生THMs和HAAs等副产物。二氧化氯消毒产生的副产物相对较少,但也可能生成亚氯酸盐和氯酸盐等。紫外线消毒本身不产生化学副产物,但如果后续没有适当的辅助消毒措施,可能会导致微生物在管网中重新生长。不同的消毒方式在消毒效果、副产物生成种类和数量等方面存在差异,选择合适的消毒方式对于控制消毒副产物的生成至关重要[6]。饮用水消毒流程见图1。

2 影响消毒副产物生成的因素

2.1 水源水质特性

水源水质对消毒副产物的生成有着重要影响。如果水源中含有较高浓度的天然有机物,如腐殖质、富里酸等,在消毒过程中就更容易生成消毒副产物。这是因为天然有机物可以作为消毒副产物的前体物质,与消毒剂发生反应。此外,水源中的氨氮、铁、锰等无机物含量也会影响消毒副产物的生成。例如,氨氮会与氯反应生成氯胺,减少自由氯的含量,从而影响三卤甲烷等副产物的生成。不同地区的水源水质差异较大,了解水源水质特性对于预测和控制消毒副产物的生成至关重要[7-8]。

2.2 消毒剂种类与剂量

消毒剂的种类和剂量是影响消毒副产物生成的关键因素之一。不同的消毒剂具有不同的消毒机理和副产物生成特性。例如,氯消毒容易产生三卤甲烷和卤乙酸等副产物,而二氧化氯消毒则主要生成亚氯酸盐和氯酸盐等副产物。消毒剂的剂量也会影响副产物的生成量。一般来说,随着消毒剂剂量的增加,消毒副产物的生成量也会相应增加。因此,在保证消毒效果的前提下,应合理选择消毒剂种类、控制消毒剂剂量,以减少消毒副产物的生成。

2.3 水的pH值、温度等条件

水的pH值和温度等条件也会对消毒副产物的生成产生影响。pH值会影响消毒剂的活性及水中物质的存在形态,从而影响副产物的生成反应。例如,在碱性条件下,三卤甲烷的生成量通常会增加。温度则会影响化学反应速率,较高的温度可能会加速消毒副产物的生成。此外,水的硬度、碱度等因素也可能对消毒副产物的生成产生一定的影响[9]。了解这些因素对消毒过程的影响规律,可以有效控制消毒副产物的生成。

3 消毒副产物的危害

3.1 对人体健康的潜在影响

饮用水中的消毒副产物可能对人体健康产生潜在危害。例如,三卤甲烷和卤乙酸具有致癌、致畸和致突变的风险。人们长期摄入含有这些消毒副产物的饮用水,可能会提高罹患癌症、生殖系统疾病和神经系统疾病的概率。此外,一些消毒副产物还可能对人体的肝脏、肾脏等器官造成损害[10]。虽然目前对于消毒副产物的健康风险仍存在一定的争议,但为了保障公众的健康,必须对其潜在的危害给予足够的重视。

3.2 对生态环境的影响

消毒副产物不仅对人体健康有潜在危害,还可能对生态环境产生影响。当含有消毒副产物的饮用水排放到自然环境中时,可能会对水生生物造成毒害。一些消毒副产物具有较高的生物毒性,可能会影响水生生物的生长、繁殖和生存。此外,消毒副产物还可能在环境中积累,对土壤、地下水等造成污染。

4 饮用水管网中消毒副产物的控制措施

4.1 优化消毒工艺

优化消毒工艺是控制饮用水管网中消毒副产物生成的重要措施之一。①采用多种消毒方式联合使用的方法。例如,将氯消毒与二氧化氯消毒、紫外线消毒等结合起来,使其发挥各自的优势,减少副产物的生成。应用过程中,可先采用紫外线消毒杀灭水中的微生物,再用少量的氯进行辅助消毒。这样既可以保证消毒效果,又能降低三卤甲烷等副产物的生成量。②改进消毒设备和操作参数,提高消毒效率,减少消毒剂的用量。例如,采用先进的自动加氯设备,根据水质变化实时调整消毒剂的投加量,避免过量投加。③探索新型的消毒技术,如臭氧-生物活性炭联用技术、膜过滤消毒技术等。这些技术在消毒的同时能够有效去除水中有机物和微生物,减少副产物的生成。

4.2 选择合适的预处理方法

对水源进行预处理,可以有效降低水中消毒副产物前体物的含量。①采用强化混凝、沉淀、过滤等传统的水处理工艺,去除水中天然有机物、氨氮等前体物质。例如,通过优化混凝剂的种类和投加量,提高混凝效果,去除更多的腐殖酸、富里酸等有机物。②采用生物预处理技术,利用微生物代谢作用去除水中有机物和氨氮。例如,在常规水处理工艺前设置生物滤池,让微生物在滤池中生长繁殖,吸附和降解水中的有机物和氨氮,从而降低后续消毒过程中副产物的生成量。③采用活性炭吸附、膜分离等深度处理技术,进一步去除水中有机物和前体物质。

4.3 加强管网运行管理

在饮用水管网的运行管理中,可以采取一些控制策略来减少消毒副产物的生成。①加强管网水质监测,及时掌握水质变化情况,发现问题及时采取措施。可以在管网中设置多个监测点,定期对水质进行检测,包括消毒剂残留量、消毒副产物含量、微生物指标等。②合理控制管网中的水流速度和压力,避免水流停滞和压力波动过大,减少消毒剂与水中物质的反应时间和机会。例如,可以通过优化管网布局和调度,保证管网中的水流处于稳定的流动状态。③对管网进行定期冲洗和维护,清除管网中的沉积物和生物膜,减少副产物的积累和微生物的生长。同时,要加强对二次供水设施的管理,确保二次供水的水质安全。

5 结语

饮用水管网中的消毒副产物问题关系到公众的饮水安全和身体健康。本文通过对消毒副产物生成机制的深入研究,以及对影响因素的全面分析,提出了一系列控制措施,包括优化消毒工艺、预处理降低前体物含量以及加强管网运行管理等。这些措施可为保障饮用水安全提供重要的理论依据和实践指导。然而,消毒副产物的控制仍然面临诸多挑战,需要持续关注和不断探索新的技术和方法。未来,随着科技的不断进步,有望开发出更加高效、环保的消毒技术和水处理工艺,进一步降低消毒副产物的生成。相信在全社会的共同努力下,饮用水管网中的消毒副产物问题将得到有效解决。

参考文献

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[9]肖融,楚文海.全球饮用水标准中消毒副产物管控指标对比与启示[J].环境科学研究,2021,34(6):1328-1337.

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