基于消毒副产物DBPs安全性与经济性研究农村安全饮水工程消毒工艺的选择

CITYANDTOWNWATERSUPPLY·研究与探讨·城镇供水NO.4201377基于消毒副产物DBPs安全性与经济性研究农村安全饮水工程消毒工艺的选择罗本福1张彬1都友元2(1.西华大学能源与环境学院，四川成都610039;2.四川资阳市建筑勘察设计院，四川资阳641300)我国“十二五”期间需全面解决2.98亿农村人口和11.4万所农村学校的饮水安全问题，因地域、管理等因素不同，村镇水厂消毒方式选择考虑的因素会比城市水厂更多元，但目前消毒工艺的相关工程研究较少。消毒是水厂制水工艺的最后屏障，它能消除水中致病微生物传播疾病。目前自来水厂常见消毒方式有氯气、二氧化氯、次氯酸钠和臭氧。相比城市水务市场，农村饮水工程尚未形成良性水价机制，调查显示因管理不善、经费短缺致使部分村镇水厂存在病菌灭活不足的情况。为此，农村水厂消毒工艺的选择应把握消毒可靠、运行成本低、管理简单三个要素，使农村水厂“建得起、用得起”。1.消毒副产物随着消毒副产物毒理学和流行病学的研究进展，发现目前常用消毒方式均会伴生消毒副产物，只是与水中原质结合的条件各有不同。（见下页表１）氯气和次氯酸钠消毒副产物主要是DPBs，DPBs由一系列挥发性有机物和非挥发性有机物组成：（1）挥发性氯化副产物：主要是总三卤甲烷（THMs），包括有：氯仿（CHCl3）、一溴二氯甲烷（BDCM）、二溴一氯甲烷（CDBM）和三溴甲烷，其中以CHCl3和BDCM含量较高，分别占到THMs总含量的77%和18%；（2）非挥发性氯化副产物：主要为卤代乙酸（HAAs），含量约为THMs总浓度的50%，包括二氯乙酸（DCA）和三氯乙酸（TCA）。二氧化氯的消毒副产物主要是ClO2-、ClO3-，ClO2-是国际癌症研究所公认的致癌物，我国生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）中ClO2-、ClO3-限值为0.7mg/L。在水处理过程中ClO2-的形成和ClO2的消耗几乎是平行的，大约70％参与反应的ClO2立即以ClO2-的形式残留在水体。高浓度的ClO2是导致其副产物产生的一个主要原因。臭氧作为饮用水消毒剂可以迅速杀灭各种病菌、病毒和原虫等微生物[1]，且能将水体中大分子有机物迅速分解而多见于水厂深度处理单元。臭氧消毒的副产物主要是当水源中存在一定量的溴化物时，臭氧的强氧化作用就会形成溴酸盐。我国饮用水国标溴酸盐限值为0.01mg/L。因臭氧不稳定，作为消毒剂常需辅以氯系消毒剂，因而若采用臭氧消毒，氯系消毒副产物的影响一定程度仍存在。鉴于目前我国农村饮用水水源有机污染呈上升趋势，传统液氯或氯胺消毒产生THMFP副产物前驱物的风险越来越大，由表1分析可见，采用二氧化氯或臭氧类与有机物发生氧化反应为主的消毒剂作为预加氯剂效果更好，采用这种组合消毒工艺对摘要：因农村安全饮水工程地域和维管水平与城市水厂不同，消毒方式的选择需综合考虑原水水质、原料运输与运行维护等因素合理选择，本文以四川某8000m3/d的农村安全饮水工程为例，对液氯、二氧化氯、次氯酸钠和臭氧四类消毒工艺进行了研究并提出：（1）根据消毒工艺消毒副产物（DBPs）的毒理学和病理学研究成果，有机污染严重的水质采用“二氧化氯预消毒+氯胺后消毒”对控制前驱物THMFP和DBPs较有利，为控制Cl2-二氧化氯的投加量一般不宜超过2mg/L；（2）测算了四类消毒工艺的成本，电解次氯酸钠与二氧化氯成本约0.03元/m3，介于传统液氯与臭氧消毒之间；（3）因地域交通特点农村水厂采用原料采购方便、安全的电解法制次氯酸钠消毒工艺具有特定优势，在原水有机污染不严重时采用电解法制次氯酸钠是传统液氯消毒的优良替代方案。最后指出，优化与组合各类消毒工艺对控制消毒副产物影响、降低成本负担和克服管理水平短板使农村安全饮水工程实现“建得起、用得起”。关键词：消毒消毒副产物成本农村安全饮水工程CITYANDTOWNWATERSUPPLY·研究与探讨·78城镇供水NO.42013削减DBPS的生产量效果显著。2.运行成本本文以四川山区某典型农村安全饮水工程为例，对液氯、二氧化氯、次氯酸钠和臭氧消毒方案的运行成本进行计算。项目设计规模8000m3/d，采用水库水作原水，水质介于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅱ~Ⅲ类水体标准，对照《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）超标指标如下：（见表2）液氯消毒与次氯酸钠的投加量均按有效氯计算，按3mg/L投加；二氧化氯投加量按1mg/L投加；臭氧投加量按1.5mg/L投加。为便于比较，药剂运输成本均按400元/吨计算。由表3可见，除传统液氯消毒具有成本优势，电解法制次氯酸钠与复合法二氧化氯成本接近，由于电解法制次氯酸钠的主要原料是精制食盐，与二氧化氯生产原料（氯酸钠、盐酸或硫酸）相比没有运输事故风险，具