吳仲斯等

摘 要：以某南方大都市A水廠為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)實(shí)際運(yùn)行中消毒工藝變更前后的出廠水和管網(wǎng)水的水質(zhì)和耗氯量進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)兩種消毒工藝的消毒效果、副產(chǎn)物產(chǎn)生情況以及運(yùn)營(yíng)成本。結(jié)果表明：氯胺和液氯兩種消毒劑均有良好的消毒效果；使用液氯后水中的三氯甲烷和游離氯的含量驟增；液氯消毒成本較低，約為氯胺消毒的70%。

關(guān)鍵詞：液氯 氯胺 余氯 三氯甲烷 消毒成本

中圖分類號(hào)：TU757.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）03（c）-0060-03

Abstract：In order to evaluate the effectiveness of two different types of disinfection processes， the production of disinfection byproducts and relevant capital costs for a water treatment plant， named A Water Treatment Plant， located in the south part of China， water quality analysis and determination of chlorine usage for the treated water by the two processes are conducted. It has been concluded that chloramine and chlorine are both effective. The concentration of chloroform and free chlorine in the water are rapidly increased after chlorine treatment. Additionally， the costs of chlorine are 70% of chloramine costs， which are relatively lower.

Key words：chlorine chloranmine residual chlorine chloroform disinfection costs

液氯與氯胺是城市供水消毒工藝中兩種重要的消毒劑，它們?cè)谙拘Ч⒋紊a(chǎn)物、持久性能等方面均存在一定差異。研究表明[1-3]，液氯的消毒效果優(yōu)于氯胺消毒，但液氯會(huì)與水中的部分有機(jī)物生成具有“三致”作用的三鹵甲烷、鹵乙酸等，存在較大的潛在危害。該文系統(tǒng)地分析了微生物指標(biāo)、三氯甲烷產(chǎn)生情況與消毒劑成本三個(gè)方面的變化趨勢(shì)，為水廠水質(zhì)安全和經(jīng)濟(jì)效益提供參考。

1 工藝與方法

1.1 水廠概況與采樣

A廠共有四個(gè)車間產(chǎn)水，日產(chǎn)水量56萬(wàn)m3，該廠于2012年年底更換消毒工藝，采用液氯消毒，此前一直使用氯胺作為消毒劑，其主要凈水工藝如圖1所示。

按照《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）及《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ/T 206-2005）的監(jiān)測(cè)要求，該廠水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心每月定點(diǎn)對(duì)出廠水和管網(wǎng)水中的三氯甲烷和游離氯含量進(jìn)行檢測(cè)，而菌落總數(shù)和總大腸桿菌群為日常監(jiān)測(cè)指標(biāo)。由于管網(wǎng)跨度和時(shí)間跨度大，游離氯、菌落總數(shù)、三氯甲烷等指標(biāo)均以年均值表征。

1.2 分析方法

各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)均依據(jù)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法》（GB 5750-2006），具體方法如表1所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 余氯的變化趨勢(shì)

余氯是指氯制劑加入水中并氧化還原性物質(zhì)后剩余的總氯量[4]，包括結(jié)合氯（NH2Cl、NHCl2、NCl3）與游離氯（Cl2、HOCl、ClO-），其中主要起殺毒作用的是游離氯，A廠2010年至2014年出廠水與管網(wǎng)水中的一氯胺和游離氯含量變化如圖2所示。

由圖2可知，2010年和2014年出廠水和管網(wǎng)水中的一氯胺含量總體呈下降趨勢(shì)，相反，游離氯的含量在2010年至2011年為0，更換工藝后驟增。液氯消毒與氯胺消毒原理分別可由式（1）與式（1）～式（4）表示[5]：

（1）

（2）

（3）

（4）

根據(jù)上列反應(yīng)式，液氯進(jìn)入水后以次氯酸和單質(zhì)氯的形式存在，故使水中的游離氯猛增，而單質(zhì)氯也可與水中的氨氮生成一氯胺；氯胺以逆向反應(yīng)的形式緩慢地釋放出的HOCl立即與水中的還原性物質(zhì)反應(yīng)，從而持續(xù)消毒，因此溶解于水中的次氯酸極低。除此之外，由于在輸水過(guò)程中，一氯胺不斷分解釋放次氯酸與游離氯的持續(xù)的消毒作用，故管網(wǎng)水中的一氯胺和游離氯含量均低于出廠水。

2.2 三氯甲烷變化趨勢(shì)

加氯消毒的副產(chǎn)物（CDBPs）主要是氯、溴等鹵素原子與水中的烴、羧酸、醛、酚等有機(jī)物發(fā)生取代反應(yīng)而生成的鹵代物，其中三鹵甲烷（THMs）與鹵乙酸（HAAs）的含量最高，兩者之和約占CDBPs的80%以上[1]。

消毒工藝替換前后的年均三氯甲烷值如圖3所示，由圖可知，在2012年之后的三氯甲烷含量明顯高于之前的含量，根據(jù)Li bo[6]等的研究，THMs的產(chǎn)生可由式（5）表示：

（5）

其中，THMFP為三鹵甲烷的前驅(qū)物質(zhì)，由此可見，改用Cl2作為消毒劑后會(huì)導(dǎo)致水中的THMs升高。聯(lián)系圖2和圖3可發(fā)現(xiàn)三氯甲烷與游離氯的變化趨勢(shì)相似，這也證明了上述理論。然而，管網(wǎng)水中的Cl2低于出廠水但其三氯甲烷含量卻高于后者，這可歸因于管網(wǎng)中的復(fù)雜物理、化學(xué)、生物作用，如有機(jī)物溶解、氧化分解、微生物代謝等等，使水中的三氯甲烷前驅(qū)含量增大。

2.3 消毒效果與加氯量變化趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)大多數(shù)水廠均采用菌落總數(shù)和總大腸桿菌群作為微生物指標(biāo)中的主要控制指標(biāo)[7]，水廠運(yùn)行以消毒過(guò)程來(lái)確保微生物指標(biāo)合格，因此菌落總數(shù)和總大腸桿菌群可用來(lái)評(píng)價(jià)消毒效果。根據(jù)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）中相關(guān)規(guī)定，菌落總數(shù)不得超過(guò)100CFU/mL，大腸桿菌群不得檢出。表2列出了A廠2010年至2014年出廠水和管網(wǎng)水中的菌落總數(shù)與總大腸菌群的年均值。

由表2可知，在2010年至2014年年間，出廠水和管網(wǎng)水中均未檢出總大腸菌群，并且，菌落總數(shù)均遠(yuǎn)低于限值，故從這兩項(xiàng)微生物指標(biāo)來(lái)看，兩種消毒劑均有良好的消毒效果。此外，由于管網(wǎng)中存在復(fù)雜的理化作用與生物作用，加之輸送過(guò)程延長(zhǎng)了供水的停留時(shí)間，故管網(wǎng)水中的菌落總數(shù)均高于出廠水，但管網(wǎng)水中的菌落總數(shù)也遠(yuǎn)小于100CFU/mL，說(shuō)明盡管兩種工藝產(chǎn)生的余氯在水中的存在形態(tài)不同，但兩者均有較好的持續(xù)消毒能力。

圖4表明使用氯胺時(shí)的氯耗較高，更換工藝后比之前的加氯量低10%左右。近年來(lái)，液氯的售價(jià)持續(xù)升高，從2010年的3 660元/t升高到目前的4 300元/t，而液氨的價(jià)格約為4400元/t，A廠使用氯胺消毒時(shí)液氯與液氨的混合比約為4：1，圖5顯示2011年至2014年水廠實(shí)際運(yùn)營(yíng)中消毒劑成本的變化，使用液氯消毒的運(yùn)營(yíng)成本約為氯胺消毒運(yùn)營(yíng)成本的70%左右，同時(shí)，根據(jù)表1，兩種消毒方式均有良好的消毒效果，故液氯消毒工藝的運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)較低。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）使用液氯消毒后，出廠水和管網(wǎng)水中的三氯甲烷明顯高于使用氯胺消毒時(shí)；改變工藝后，水中的游離氯含量猛增而一氯胺含量下降，在現(xiàn)有管網(wǎng)長(zhǎng)度（A廠供水管路總長(zhǎng)度約為2 100km）的條件下，但兩種工藝均有較好的持續(xù)殺菌能力，管網(wǎng)末梢的微生物指標(biāo)均低于國(guó)家規(guī)定的限值；由于液氯作為消毒劑使水中的三氯甲烷和游離氯含量升高，對(duì)人體健康存在潛在影響，因此從飲水用安全的角度來(lái)講，氯胺消毒更具優(yōu)勢(shì)。

（2）根據(jù)GB 5749-2006規(guī)定，飲用水中的菌群總數(shù)不能高于100CFU/mL，總大腸菌群不得檢出，從這兩項(xiàng)指標(biāo)來(lái)看，盡管管網(wǎng)水中的菌落總數(shù)多于出廠水，但均遠(yuǎn)低于限值，因此兩種消毒工藝均有良好的處理效果。

（3）氯胺消毒的氯耗高于液氯消毒，加之氯胺消毒需要按一定比例投加的液氨，故其運(yùn)營(yíng)成本高于液氯消毒，從經(jīng)濟(jì)效益的角度來(lái)講，液氯消毒占優(yōu)。

參考文獻(xiàn)

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