液氯和次氯酸钠对饮用水消毒效果的生产性试验研究
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给水处理
工业用水与废水Βιβλιοθήκη Vol ． 42 No ． 2 Apr.， 2011
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液氯和次氯酸钠对饮用水消毒效果的 生产性试验研究
李述茂 1，2， 吴德礼 1
（1.同济大学 环境科学与工程学院， 上海 200092； 2.上海市自来水闵行有限公司， 上海 200092）
Abstract： Using sodium hypochlorite instead of liquid chlorine as disinfectant is an important development direction of drinking water disinfection in the future; however, there are only a few full-scale tests on the effect of sodium hypochlorite disinfection on water supply quality have been carried out and studied so far. The disinfection effect of liquid chlorine and sodium hypochlorite were investigated through the full-scale tests in two water supply plants of Shanghai, and the effects of the said two disinfectants on microorganism disinfection, disinfection by -products formation and nitrogen, phosphorus and organic matters removal were compared. The investigation results indicated that, the bactericidal efficiencies of the said two disinfectants for microorganisms were almost same, but the mass concentration of chloroform and haloacetic acids in the effluent water through the sodium hypochlorite disinfection were lower than that through the liquid chlorine disinfection; furthermore, the performance of sodium hypochlorite for NH3-N, TP and CODMn removal was also better. The results of the test showed that, compared with liquid chlorine, sodium hypochlorite could reduce the content of disinfection by products in effluent water and gain a better effluent water quality under the condition of assuring the disinfection effect, which was a promising disinfectant.
摘要： 以次氯酸钠代替液氯消毒是未来饮用水消毒的重要发展方向， 但对于次氯酸钠消毒对供水水质的影响 一直缺乏生产性试验研究。 以上海 2 个净水厂实际生产工艺考察了液氯和次氯酸钠 2 种消毒剂的消毒效果， 对于 其在微生物消毒效果、 消毒副产物生成和对氮磷及有机物去除方面进行了比较分析。 研究发现， 2 种消毒方式对 微生 物 的 杀 菌 效 率 基 本 相 同 ， 但 是 次 氯 酸 钠 消 毒 出 水 中 三 氯 甲 烷 和 卤 乙 酸 含 量 均 比 液 氯 消 毒 低 ， 而 且 其 在 NH3－ N、 TP 和 CODMn 的去除方面也具有更好的处理效果。 结果表明， 采用次氯酸钠替代液氯消毒， 在保证消毒效果的 前提下能够降低出水中消毒副产物的产生量， 取得更好的出水水质， 是一种较为理想的消毒方式。
了比较分析。 1 材料与方法 1．1 研究对象
研究对象包括上海 2 个自来水厂（以下称为 A 厂和 B 厂）生产工艺的实际出水， 其中， A 厂采用 液氯加氯消毒， 规模为 60 万 m3 ／ d； B 厂采用次氯 酸钠加氯消毒， 规模为 30 万 m3 ／ d。 由于 2 个水厂 的源水取水口相近， 其原水水质相近； 另外， 2 个 水厂主要净水工艺技术相同， 除采用 2 种不同的消 毒方式， 都采用高锰酸钾预氧化、 混凝沉淀、 砂 滤、 清水池工艺技术。 具体工艺流程如图 1 所示。
加高锰 酸钾
原水
加氯 加氨
折板反应池
沉淀后采样点 沉淀池
加硫酸铝 处理原水采样点 出水 出水泵房 清水池
加氯 V 型滤池
出厂水采样点
过滤后采样点
图 1 两水厂净水工艺流程 Fig. 1 Process flow of two water treatment plants
原水经高锰酸钾预氧化后， 由进水间泵房提 升， 进入厂区。 在混凝剂投加点前在输送管道内先 加氯、 加氨消毒， 随后投加液体硫酸铝， 进入絮凝 澄清池。 停留约 1．5 h 后， 进入砂滤池。 在出水管 道中补加氯后， 进入清水池， 通过出水泵房提升至 市政管网。 1．2 试验方法
气相色谱条件： 无分流进样； 进样量为 1 μL； 毛细管进样口温度为 220 ℃； 检 测 器 ECD 温 度 为 300 ℃； 载气为 N2； 柱头压为 65 kPa； 载气流速为 16 mL ／ min。 2 结果与讨论 2．1 对微生物消毒效果比较分析
根据 2 次采样检测结果表明， 两水厂各采样点 （不包括原水）菌落总数基本为 0。 根据 GB 5749— 2006《生活饮用水卫生标准》规定， 该指标小于 100 CFU ／ mL 即为合格水平。 因此两水厂处理后的饮用 水该项指标均完全合格。 由于菌落总数在采样培养 后基本无法检出， 对分析灭菌效率缺乏实际价值， 故在以后的检测分析中均省略此项， 改以异养菌数 指标进行比较分析。 A 厂和 B 厂处理工艺中消毒
关键词： 液氯； 次氯酸钠； 消毒副产物 中图分类号： TU991.25； R123.6 文献标识码： A 文章编号：%1009 － 2455（2011）02 － 0014 － 04
Full-scale test on drinking water disinfection by liquid chlorine and sodium hypochlorite
次氯酸钠是一种高效、 广谱、 安全的强力灭 菌、 杀病毒药剂［5］。 它与水的亲和性很好， 能与水 任意比互溶， 操作安全， 使用方便， 易于储存， 可 以在任意环境工作状况下投加。 而且， 次氯酸钠消 毒液在水中不会产生游离态分子氯， 所以， 在消毒 过程中一般难以发生因存在分子氯而引发的氯代化
合反应， 生成不利于人体健康的有毒有害物质 。 ［6-7］ 因此， 人们考虑采用次氯酸钠代替液氯进行饮用水 消 毒 ［8］。
A、 B 两水厂总体情况： 从原水到出厂水， 余 氯 质 量 浓 度 平 均 值 分 别 升 高 1．86、 1．93 mg ／ L， 异 养菌平均值分别下降 60 232、 60 172 CFU ／ mL， 降 幅分别为 99．97％、 99．87％。 可见， 虽然两水厂消 毒工艺稍有不同， 从异养菌指标变化情况来看， 两 水厂对微生物的杀菌效率基本相同， 出厂水异养菌 均值都未超过 100 CFU ／ mL， 微生物安全性可以得 到保障。 从变化趋势分析， 次氯酸钠消毒效果比液 氯消毒略好。 2．2 对消毒副产物生成影响分析 2．2．1 对三氯甲烷生成影响分析
三卤甲烷、 四氯化碳是易挥发的卤代烃， 采用 顶空气相色谱法测试分析， 根据色谱保留时间定 性， 外标法峰高定量。 卤乙酸根据 USEPA 标准方 法 6233， 先用甲基叔丁基醚（MTBE）萃取出待测水 样中的卤乙酸， 萃取过程中通过在酸性条件下加盐 提高萃取效果， 然后取一定量萃取液与酸化甲醇进 行衍生化脂化反应， 生成低沸点的卤乙酸甲脂， 然 后再次加盐萃取卤乙酸甲脂， 取上层萃取液气相色 谱分析检测。
treatment plants
图 3 两水厂工艺中异养菌变化比较 Fig. 3 Changes of heterotrophy bacteria content in two water
treatment plants
异养菌计数是美国饮用水水质标准中检测指标 之一， USEPA 要求为饮用水中检出 HPC 不得大于 500 CFU ／ mL。 它使用 R2A 培养基， 许多种类的可 培养微生物能在其中培养得到， 所以采用该方法， 同一样品检出细菌数一般较菌落总数指标要高。 异 养菌指标主要可以作为考察水处理效率、 控制微生 物水平的指标， 其在供水系统中的检出水平对评价 系统灭菌抑菌效果有着较高的参考价值。
Keywords： liquid chlorine; sodium hypochlorite; disinfection by-products
氯是最早用于生产实际的消毒剂， 饮用水的氯 化消毒能够防止水传播疾病危害， 被誉为“20 世纪 最成功的公共安全措施”［1］。 目前氯消毒技术已广泛
·14·
以次氯酸钠代替液氯消毒是未来饮用水消毒的
发展方向， 但对于次氯酸钠消毒对供水水质的影 响， 特别是在保障供水水质生物安全的前提下， 对 供水水质化学安全性（如消毒副产物的产生量）影响 如何， 一直缺乏生产性试验研究。 本研究考察了液 氯和次氯酸钠 2 种消毒剂在生产上的应用情况， 对 于其在微生物消毒效果和消毒副产物生成方面进行
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给水处理
工业用水与废水Βιβλιοθήκη Vol ． 42 No ． 2 Apr.， 2011
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液氯和次氯酸钠对饮用水消毒效果的 生产性试验研究
李述茂 1，2， 吴德礼 1
（1.同济大学 环境科学与工程学院， 上海 200092； 2.上海市自来水闵行有限公司， 上海 200092）
Abstract： Using sodium hypochlorite instead of liquid chlorine as disinfectant is an important development direction of drinking water disinfection in the future; however, there are only a few full-scale tests on the effect of sodium hypochlorite disinfection on water supply quality have been carried out and studied so far. The disinfection effect of liquid chlorine and sodium hypochlorite were investigated through the full-scale tests in two water supply plants of Shanghai, and the effects of the said two disinfectants on microorganism disinfection, disinfection by -products formation and nitrogen, phosphorus and organic matters removal were compared. The investigation results indicated that, the bactericidal efficiencies of the said two disinfectants for microorganisms were almost same, but the mass concentration of chloroform and haloacetic acids in the effluent water through the sodium hypochlorite disinfection were lower than that through the liquid chlorine disinfection; furthermore, the performance of sodium hypochlorite for NH3-N, TP and CODMn removal was also better. The results of the test showed that, compared with liquid chlorine, sodium hypochlorite could reduce the content of disinfection by products in effluent water and gain a better effluent water quality under the condition of assuring the disinfection effect, which was a promising disinfectant.
摘要： 以次氯酸钠代替液氯消毒是未来饮用水消毒的重要发展方向， 但对于次氯酸钠消毒对供水水质的影响 一直缺乏生产性试验研究。 以上海 2 个净水厂实际生产工艺考察了液氯和次氯酸钠 2 种消毒剂的消毒效果， 对于 其在微生物消毒效果、 消毒副产物生成和对氮磷及有机物去除方面进行了比较分析。 研究发现， 2 种消毒方式对 微生 物 的 杀 菌 效 率 基 本 相 同 ， 但 是 次 氯 酸 钠 消 毒 出 水 中 三 氯 甲 烷 和 卤 乙 酸 含 量 均 比 液 氯 消 毒 低 ， 而 且 其 在 NH3－ N、 TP 和 CODMn 的去除方面也具有更好的处理效果。 结果表明， 采用次氯酸钠替代液氯消毒， 在保证消毒效果的 前提下能够降低出水中消毒副产物的产生量， 取得更好的出水水质， 是一种较为理想的消毒方式。
了比较分析。 1 材料与方法 1．1 研究对象
研究对象包括上海 2 个自来水厂（以下称为 A 厂和 B 厂）生产工艺的实际出水， 其中， A 厂采用 液氯加氯消毒， 规模为 60 万 m3 ／ d； B 厂采用次氯 酸钠加氯消毒， 规模为 30 万 m3 ／ d。 由于 2 个水厂 的源水取水口相近， 其原水水质相近； 另外， 2 个 水厂主要净水工艺技术相同， 除采用 2 种不同的消 毒方式， 都采用高锰酸钾预氧化、 混凝沉淀、 砂 滤、 清水池工艺技术。 具体工艺流程如图 1 所示。
加高锰 酸钾
原水
加氯 加氨
折板反应池
沉淀后采样点 沉淀池
加硫酸铝 处理原水采样点 出水 出水泵房 清水池
加氯 V 型滤池
出厂水采样点
过滤后采样点
图 1 两水厂净水工艺流程 Fig. 1 Process flow of two water treatment plants
原水经高锰酸钾预氧化后， 由进水间泵房提 升， 进入厂区。 在混凝剂投加点前在输送管道内先 加氯、 加氨消毒， 随后投加液体硫酸铝， 进入絮凝 澄清池。 停留约 1．5 h 后， 进入砂滤池。 在出水管 道中补加氯后， 进入清水池， 通过出水泵房提升至 市政管网。 1．2 试验方法
气相色谱条件： 无分流进样； 进样量为 1 μL； 毛细管进样口温度为 220 ℃； 检 测 器 ECD 温 度 为 300 ℃； 载气为 N2； 柱头压为 65 kPa； 载气流速为 16 mL ／ min。 2 结果与讨论 2．1 对微生物消毒效果比较分析
根据 2 次采样检测结果表明， 两水厂各采样点 （不包括原水）菌落总数基本为 0。 根据 GB 5749— 2006《生活饮用水卫生标准》规定， 该指标小于 100 CFU ／ mL 即为合格水平。 因此两水厂处理后的饮用 水该项指标均完全合格。 由于菌落总数在采样培养 后基本无法检出， 对分析灭菌效率缺乏实际价值， 故在以后的检测分析中均省略此项， 改以异养菌数 指标进行比较分析。 A 厂和 B 厂处理工艺中消毒
关键词： 液氯； 次氯酸钠； 消毒副产物 中图分类号： TU991.25； R123.6 文献标识码： A 文章编号：%1009 － 2455（2011）02 － 0014 － 04
Full-scale test on drinking water disinfection by liquid chlorine and sodium hypochlorite
次氯酸钠是一种高效、 广谱、 安全的强力灭 菌、 杀病毒药剂［5］。 它与水的亲和性很好， 能与水 任意比互溶， 操作安全， 使用方便， 易于储存， 可 以在任意环境工作状况下投加。 而且， 次氯酸钠消 毒液在水中不会产生游离态分子氯， 所以， 在消毒 过程中一般难以发生因存在分子氯而引发的氯代化
合反应， 生成不利于人体健康的有毒有害物质 。 ［6-7］ 因此， 人们考虑采用次氯酸钠代替液氯进行饮用水 消 毒 ［8］。
A、 B 两水厂总体情况： 从原水到出厂水， 余 氯 质 量 浓 度 平 均 值 分 别 升 高 1．86、 1．93 mg ／ L， 异 养菌平均值分别下降 60 232、 60 172 CFU ／ mL， 降 幅分别为 99．97％、 99．87％。 可见， 虽然两水厂消 毒工艺稍有不同， 从异养菌指标变化情况来看， 两 水厂对微生物的杀菌效率基本相同， 出厂水异养菌 均值都未超过 100 CFU ／ mL， 微生物安全性可以得 到保障。 从变化趋势分析， 次氯酸钠消毒效果比液 氯消毒略好。 2．2 对消毒副产物生成影响分析 2．2．1 对三氯甲烷生成影响分析
三卤甲烷、 四氯化碳是易挥发的卤代烃， 采用 顶空气相色谱法测试分析， 根据色谱保留时间定 性， 外标法峰高定量。 卤乙酸根据 USEPA 标准方 法 6233， 先用甲基叔丁基醚（MTBE）萃取出待测水 样中的卤乙酸， 萃取过程中通过在酸性条件下加盐 提高萃取效果， 然后取一定量萃取液与酸化甲醇进 行衍生化脂化反应， 生成低沸点的卤乙酸甲脂， 然 后再次加盐萃取卤乙酸甲脂， 取上层萃取液气相色 谱分析检测。
treatment plants
图 3 两水厂工艺中异养菌变化比较 Fig. 3 Changes of heterotrophy bacteria content in two water
treatment plants
异养菌计数是美国饮用水水质标准中检测指标 之一， USEPA 要求为饮用水中检出 HPC 不得大于 500 CFU ／ mL。 它使用 R2A 培养基， 许多种类的可 培养微生物能在其中培养得到， 所以采用该方法， 同一样品检出细菌数一般较菌落总数指标要高。 异 养菌指标主要可以作为考察水处理效率、 控制微生 物水平的指标， 其在供水系统中的检出水平对评价 系统灭菌抑菌效果有着较高的参考价值。
Keywords： liquid chlorine; sodium hypochlorite; disinfection by-products
氯是最早用于生产实际的消毒剂， 饮用水的氯 化消毒能够防止水传播疾病危害， 被誉为“20 世纪 最成功的公共安全措施”［1］。 目前氯消毒技术已广泛
·14·
以次氯酸钠代替液氯消毒是未来饮用水消毒的
发展方向， 但对于次氯酸钠消毒对供水水质的影 响， 特别是在保障供水水质生物安全的前提下， 对 供水水质化学安全性（如消毒副产物的产生量）影响 如何， 一直缺乏生产性试验研究。 本研究考察了液 氯和次氯酸钠 2 种消毒剂在生产上的应用情况， 对 于其在微生物消毒效果和消毒副产物生成方面进行
