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1、专题三消毒副产物及其控制技术,市政工程系 时文歆,第一节 概述,1.我国生活饮用水卫生标准 （GB5749-2006） 新标准加强了对水中有机物、微生物和水质消毒等方面的要求。 统一了城镇和农村饮用水卫生标准。 实现饮用水标准与国际接轨。,2、水中的病原微生物与水传播疾病 细菌：志贺氏、沙门氏、致病性大肠杆菌、霍乱弧菌、 嗜肺军团杆菌、结核杆菌等。 病毒：脊髓灰质炎、柯萨奇、腺病毒、新型肠道病毒、人类轮状病毒。 原虫（原生动物胞囊）类：阿米巴、贾第氏鞭毛 虫、隐孢子虫等。,灭活最容易,灭活最困难,沙门氏菌,人畜共患病,生化反应,形态,对理化因素的抵抗力,革兰氏阴性菌，杆菌无芽孢，无荚膜，具周生
2、鞭毛。,不分解乳糖；可以柠檬酸盐作为唯一碳源,60下，半小时可杀死 5石炭酸5分钟后致死,伤寒沙门氏菌 副伤寒沙门氏菌 乙型副伤寒沙门氏菌,多数不分解乳糖,无荚膜、无鞭毛，有菌毛,志贺氏菌,生化反应,形态,对理化因素的抵抗力,痢疾志贺氏菌 副痢疾志贺氏菌,60 10分钟 死亡 0.1石炭酸仅生存1015min。,弧型或逗点状菌体，具鞭毛，革兰氏阴性，无荚膜,霍乱弧菌 （V.cholerae）,霍乱弧菌,生化反应,形态,对理化因素的抵抗力,60 10 min杀死 1石炭酸 5min,兼性厌氧，使硝酸盐还原成亚硝酸盐。,志贺氏菌引起的中毒性痢疾病,霍乱病人,水传播疾病（介水疾病） 1850s, 最
3、早提出流行病和水可能有关； 1880s， Pasteur 细菌的理论，使介水疾病得到了很好的解释； 1880s，伦敦， Broad Street Well霍乱大流行， Dr. John Snow ，著名的流行病学理论：未消毒的水是传播途径； 霍乱是第一个被认定的介水疾病；,1993，Milwaukee， Wisconsin (USA)，隐孢子虫病， 400,000 人感染， 水源污染同时水厂内絮凝-过滤效果降低。 水传播疾病的爆发是由于： 水源的污染或处理不当,3、水消毒的历史沿革 1880s，Koch 发现氯能灭活细菌。 1902，比利时一小镇，首次连续加氯； 1908，美国，次氯酸钙； 1
4、941，美国，85%水消毒； 自从水处理工艺引入了过滤和消毒，介水疾病被较好地控制。 1911-1915， Niagara Falls, NY, USA, 伤寒导致的死亡率从每 100,000死亡185 下降至0。,全球范围内，广泛采用氯消毒； 但 1974, 荷兰以及美国学者发现了氯消毒会形成副产物三氯甲烷trihalomethanes (THMs)；其他消毒副产物， disinfection byproducts (DBPs)：卤化物； 1980s，贾第虫； 近年来，隐孢子虫； 近年来，替代消毒剂。,4、水消毒的概念、目的和方法 消毒：灭活水中绝大部分病原体，使水的微生物质量满足人类健康要
5、求的技术。 不同于灭菌（消灭全部微生物）； 对水中病原体也非100%消灭； 前处理去除大部分，消毒灭活残余部分； 消毒作用一直持续到用水点。,目的： 在水进入管网前，消除水中病原体的致病作用； 维持配水系统中的持续消毒能力，防止病原体（细菌）的再增殖； 除去水中污染物。 通常包括： Primary disinfection: 灭活水中微生物 Secondary disinfection:保持配水系统余氯。,方法 物理法: 加热法、紫外线、超声波等 化学法: 氯化、臭氧、碘、高锰酸钾消毒法等,消毒剂的选择，应考虑： 杀灭病原菌的效果 控制和检测的难易 剩余消毒剂的有无 对水的感官性状的影响 副产
6、物对健康的影响，以及预防或消除的可能性 经济技术上的可行性 USA安全饮水委员会评价12种消毒剂后指出：液氯、臭氧、二氧化氯、氯胺，是可供公共给水选择的消毒剂。,如水中有机物主要是氨和氮化合物含量较多时 （0.5mg/L） ,按峰点以前的加氯量投加，使水中的余氯以氯胺形式存在。化合性余氯法消毒速度缓慢，但可保持较长时间，有利保证管网未梢的余氯量（尤其是当清水池大或给水管网比较长时）。,第2节 氯化消毒,液氯： Cl2在常温下为黄绿色气体。氧化能力很强。在67个大气压下，可变成液态氯，体积缩小457倍。液态氯灌入钢瓶，有利于储存和运输。 漂白粉：Ca(OCl)Cl 漂白粉精：Ca(OCl)2,C
7、l2的制备： 工业上用隔膜法电解饱和NaCl溶液制去。 2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH (阴极) (阳极) 也可以是电解熔融NaCl制金属Na的副产品： 2NaCl （熔）= 2Na + Cl2 (阴极) (阳极) 实验室用MnO2与盐酸反应的化学法制取。,电解,电解,Chlorine Reactions in Water,Cl2 (g) + H2O = HOCl + H+ + Cl- pH dependent essentially complete within a few milliseconds HOCl = H+ + OCl- HOCl is abou
8、t 80 - 100 times more effective than is OCl- for E. Coli HOCl + OCl- = free available chlorine HOCl + NH3 = NH2Cl + H2O NH2Cl (monochloramine) is less effective but longer lasting combined chlorine,HClO H + +ClO- pH值 6.0时，HClO接近100%; pH值7.5时，HClOClO- pH9.0时， ClO-接近100%,HOCl特点： 不荷电易接近并吸附于微生物 分子小颗粒小，易
9、穿过微生物细胞壁 消毒机理： a.影响细菌多种酶系统，损伤细胞膜， 强氧化剂 使蛋白、核酸释出致细菌死亡； 影响酶活性，糖代谢障碍， b.氧化病毒核酸，使病毒死亡。,常规工艺投加点,两点投加,三点投加,第3节 消毒副产物,氯化消毒副产物,消毒剂剩余物,氯化消毒副产物（DPB）之有机部分 三卤甲烷（THMS） 一氯二溴甲烷、三氯甲烷、二氯一溴甲烷、三溴甲烷等。 卤乙酸（HAAS） 一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸、二溴乙酸。,（1）DPBs的生成,氧化,取代反应,三卤甲烷,卤乙酸,乙酸,一氯乙酸,二氯乙酸,三氯乙酸,是NOM氯化的产物，而不是与水中乙酸反应的产物,NOM 的溴化,一溴乙酸,
10、一溴二氯乙酸,三溴甲烷,三卤甲烷类化合物对健康的影响是造成肝、肾、中枢神经系统疾病，增加致癌风险。卤乙酸的危害是增加致癌风险。一般情况下，饮用水中由卤乙酸引起的致癌风险要远高于三氯甲烷。,（2）减少消毒副产物的方法,使用替代消毒剂,去除NOM,去除已生成的DPBs,DBP Formation Needs to Be Controlled Through a Combination of Efforts,Source Water Treatment Plant Distribution System,Change Disinfectant or Application Point,Source
11、Water Change or Management,Distribution System Modifications,Precursor Removal,保护水源,去除前驱物 NOM,替代消毒剂或不同投加点,配水系统的变化,消毒 Vs 消毒副产物,第4节 臭氧消毒,投加量1mg/L；接触时间1015分钟，剩余O3为0.4mg/L。 优点： 1）用量少； 2）接触时间短； 3）PH在68.5范围内均有效； 4）不影响水的感官性状； 5）不产生三卤甲烷。 ,缺点： 1）投资大，消毒费用高。 2）O3不稳定，控制和检测O3均需要一定技术。 3）出厂水无剩余O3（O3对水管腐蚀作用强，也不允许有剩
12、余O3），故需使用第二消毒剂，以防止二次污染。 4）与有机物、铁和锰反应，可产生微絮凝，使水浑浊度升高。,消毒副产物问题,对溴酸盐副产物的控制,加氨 加入水中的氨会与HOBr结合生成溴胺,从而减少BrO-的生成量。溴胺生成反应非常复杂,决定于水体pH值、溴化物的含量以及氨含量等因素。,降低pH值 HOBr/OBr-的氧化受OH控制,降低pH值可使OH的量减少,因此HOBr/OBr-被OH氧化生成BrO3-的量也将减少。,对溴酸盐副产物的控制,投加活性炭 活性炭吸附对于溴酸盐的去除具有良好的作用,大部分溴酸盐通过与碳的反应而还原为Br-,从而降低了溴酸盐的含量。 活性炭能够很好地控制溴酸盐的生成
13、,但是经过长时间使用后,活性炭的表面会被生物膜覆盖,从而影响对溴酸盐的有效去除。,对溴酸盐副产物的控制,投加高锰酸盐 高锰酸盐(指以高锰酸钾为主剂、其他数种药剂为辅剂的高锰酸盐复合药剂)预氧化技术表现出了良好的氧化和助凝效果,采用高锰酸盐和臭氧复合氧化的方式可使两种氧化剂优势互补,从而减少臭氧氧化过程中所产生的副产物。,对溴酸盐副产物的控制,优化臭氧投加方式 采用相同的臭氧投加量,一次性投加和分次投加会生成不同量的BrO3-,增加臭氧投加点数量可使BrO3- 生成量降低,其原因为缩短了臭氧的平均接触时间和降低了水中剩余臭氧的平均浓度。 研究表明,以单点瞬时投加臭氧的情况为基准,采用2个投加点可
14、使BrO3-生成量降低33. 3%,采用3个投加点可使BrO3- 生成量降低40%,投加点数量无限多时最多可降低70%。在实际应用中,综合考虑工程投资和控制效果,臭氧投加点数量以34个为宜。,O3接触池的形式1,O3接触池的形式2,第5节 组合消毒工艺的研究,消毒工艺策略的选择,保障微生物学安全，通常以总大肠菌群、细菌总数等指标表征，目前也开始更多地关注两虫和病毒; 避免或减少DBPs的产生，THMs、其它卤代有机物、一些臭氧氧化副产物以及剩余消毒剂等都会产生一定的健康风险，因此必须控制其在水中的含量; 保证管网剩余消毒剂的存在，控制微生物再生长。,情形1： TOC浓度超过2mg/L 考虑采用不生成DBPs或生成量较少的消毒工艺。也需考虑水处理工艺中是否有强化混凝等可以有效去除DBPs前体物的工艺。 情形2：原水中存在的溴离子 会有强氧化剂(如臭氧)反应生成溴代有机副产物或溴酸根离子，需要引起关注在决策中尽量避免。另外，如果水处理工艺中没有生物过滤工艺则应避免使用臭氧等强氧化剂作为主消毒剂。,基于顺序氯化消毒工艺改进的消毒工艺,结合传统的氯消毒剂投加点，通过改变加氯点的方式，在水厂可行的组合氯消毒工艺可以有以下6种形式:,
专题三：消毒副产物及其控制技术ppt课件
