【摘 要】
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消毒是净水厂在水处理过程中为保证出厂水生物安全风险最重要的手段,其中液氯消毒应用最广泛。然而消毒在保证饮用水生物安全的同时,会衍生出不同种类的消毒副产物（Disinfection by-products,DBPs）。这些DBPs当中有些已经被证实存在对人体健康致癌、致畸或致突变风险,因此DBPs越来越受到人们的关注。DBPs生成的种类和浓度由原水中有机物的成分、水处理工艺、消毒方式等多种因素决定。
【基金项目】
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水体污染控制与治理科技重大专项“城市供水全过程监管技术系统评估及标准化”（2018ZX07502-001）；
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消毒是净水厂在水处理过程中为保证出厂水生物安全风险最重要的手段,其中液氯消毒应用最广泛。然而消毒在保证饮用水生物安全的同时,会衍生出不同种类的消毒副产物（Disinfection by-products,DBPs）。这些DBPs当中有些已经被证实存在对人体健康致癌、致畸或致突变风险,因此DBPs越来越受到人们的关注。DBPs生成的种类和浓度由原水中有机物的成分、水处理工艺、消毒方式等多种因素决定。本文以北方H市M水库原水和常规处理工艺水厂的出厂水为研究对象,从工程实际角度出发,首先确定了原水中有机物种类、含量及其年际性变化规律。研究表明,H市水源水中有机物主要为分子量为5k Da-10k Da及＜1k Da的富里酸和腐殖酸,二者是氯化消毒副产物（Chlorine disinfection by-products,Cl-DBPs）的主要前驱物质。由于H市水厂为常规水处理工艺,对于原水中有机物处理效果不好,因此采用液氯消毒后会形成较多的Cl-DBPs,主要为三氯甲烷（Trichloromethane,TCM）、三氯乙醛（Chloralhydrate,CH）、三氯乙酸（Trichloroacetic acid,TCAA）、二氯乙酸（Dichloroacetic acid,DCAA）,上述Cl-DBPs含量较高的时期主要集中在春汛和夏秋汛期。从国家规范化考核结果分析发现,北方很多地区采用氯消毒的常规工艺净水厂,由于资金的问题未能配套足够的水质检测设备开展DBPs的检测工作。为此,本文利用多元回归方法,建立基于原水常规指标和氯投加量与DBPs生成量的预测模型,发现消毒剂投加量是影响DBPs生成的重要因素。所构建的TCM和CH生成预测模型,R~2分别为0.956和0.997,其中Cl2、高锰酸盐指数(Chemical oxygen demand,CODMn)对TCM和CH的生成为正相关,对DBPs生成有促进作用。两种模型的建立将为不具备DBPs检测能力的水厂提前预判DBPs生成情况提供依据。以M水库原水作为对象,研究不同消毒方式产生DBPs的情况。二氧化氯消毒（Cl O2）,出厂水DBPs浓度可符合国标要求,但Cl O2及配制的主要原料,存在发生安全生产事故的潜在风险;次氯酸钠消毒后出厂水DBPs种类和含量与液氯消毒一致,但p H能提高0.1-0.2,可减少生产过程中投碱量;紫外线-氯耦合消毒联用技术,虽然可以降低DBPs生成量,但紫外灯使用过程中按照P净水厂供水量每日增加电量3872.6k W,对应CO2排放量增加3052kg,水厂运行成本大幅增加,也不符合碳中和的理念;氯胺消毒在先投加硫酸铵后投加次氯酸钠的条件下（Cl:N为4:1）,消毒效果最佳,出厂水全项指标达到国家标准。从消毒剂使用安全性及水质达标的角度综合考虑,最终确定氯胺消毒作为最终的消毒方式。建议水厂消毒工艺置换改造分两期进行,一期工程先将液氯消毒改为次氯酸钠消毒,解决消毒剂生产安全问题,且已在未停水的情况完成;二期工程增加硫酸铵投加设备,最终实现完成液氯消毒到氯胺消毒方式的置换。采用H市供水管网水为对象,研究DBPs在实际管网中的迁移转化规律以及二次加氯后对管网水中DBPs生成量的影响。研究表明4种DBPs在前24小时均随着水力停留时间的增加呈现上升趋势,其中CH浓度在24h达到最大值21.2μg/L,较出厂水增加37.2%,TCM在36h时达到最大值21.1μg/L,较出厂水增加83%,与TCM变化相似,TCAA和DCAA也是在36h时达到最大值后开始降低。另外,CH在各个季节都存在超标风险,在出厂水和管网水中DBPs中含量占比最大,分别为38.81%和31.02%;对管网水中流速和二次加氯量对DBPs影响的研究结果显示,在相同流速条件下DBPs会随着二次加氯量的增加呈现上升的趋势,但升高趋势平缓;当二次加氯量不变而流速增加时,DBPs呈现降低的趋势。
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