我国水厂应用二氧化氯主要采用二氧化氯与氯混合消毒发生器和纯二氧化氯消毒剂发生器2类,据不完全统计,混合发生器占比约87%,以氯酸盐法为主。在原水水质稳定且二氧化氯消耗量低于 1m g/L时,基本不存在无机副产物超标风险。对全国72家应用二氧化氯的中小水厂调研结果显示,约20%水化,主要是应对高铁锰、高藻等原水水质问题,实际使用中均能有效控制出厂水常规指标,但由于缺乏二氧化氯及其副产物的检测能力,实际水厂二氧化氯预氧化应用中副产物风险少有实测数据,仅从二氧化氯发生器原料消耗量、二氧化氯投加量进行估算,中小水厂中二氧化氯预氧化的副产物风险较高,对高纯二氧化氯预氧化主要集中在亚氯酸盐超标风险,混合二氧化氯预氧化,因使用氯酸盐作为原料,反应及分离条件不佳时,则可能存在氯酸盐、亚氯酸盐的双重超标风险。
掌握亚铁盐去除亚氯酸盐单因素的最适范围和影 响规律,设计响应曲面法分析因子交互作用,并对最佳工艺运行条件进行预测和验证。根据实际效果和经济性考虑,推荐采用七水合硫酸亚铁。
利用亚铁盐的还原作用去除亚氯酸盐,二氧化氯投加 15 min 后投加亚铁盐,亚铁盐(质量以亚铁离子计)与二氧化氯投加比为1.8~2.3,亚铁盐投加量不超过7mg/L,以保总铁达标。采用亚铁盐的同时,优化混凝剂投加量,强化对副产物亚氯酸盐的去除作用,PAC与亚铁盐投加比例为1:1时,效果最佳。上述条件下反应1min,亚氯酸盐去除率约98%。
应用前后过程水微生物及副产物情况
1)微生物
技术应用前后原水微生物虽然略有波动,出厂水菌落总数、总大肠菌群均未检出,说明工程所采取的相关技术对保障饮用水的微生物安全没有影响。
2)亚氯酸盐
亚氯酸盐在预氧化药剂二氧化氯投加后出现,沉后基本无去除,沉后亚氯酸盐的量,与投加二氧化氯量相关。过滤对亚氯酸盐有部分去除效果,技术应用后改造为炭砂滤池后,亚氯酸盐去除效果显著增加,目前主要是活性炭去除。应用前亚氯酸盐去除率为23%~27%;而应用后平均去除率达85%,去除率与活性炭运行时间和沉后亚氯酸盐浓度相关,浓度越低去除率越高,基本0.4mg/L 以下亚氯酸盐可去除至0.02mg/L,活性炭运行时间越短,去除率越高。按照一般沉后亚氯酸盐浓度和其吸附饱和量等计算活性炭层厚度,可至少维持5年左右亚氯酸盐较高的去除效果。
管网末梢水中亚氯酸盐略有降低,结合滤后余二氧化氯基本低于检出限,后续无亚氯酸盐进一步生成,而因采用次氯酸钠主消毒,可能存在部分亚氯酸盐转化为氯酸盐,从结果分析,转化率低于 15%。出厂水及管网末梢水的亚氯酸盐平均浓度技术应用前为 0.14、0.15 mg/L, 应用后为0.023、0.018 mg/L。
3)氯酸盐
氯酸盐在预氧化药剂二氧化氯投加后出现,沉后略有升高,整体变化不大。过滤后氯酸盐相较沉后略有增加,技术应用后改造为炭砂滤池后,氯酸盐增加比例降低,应用前增长率为 7%~16%,应用后为0%~13%,应用后前3 个月氯酸盐基本无增加,后3个月滤后氯酸盐增加约 10%,可能与活性炭运行性能等相关,与实验室开展长期运行试验结果类似。因氯酸盐在后续水处理中无法经济、有效去除,需要长期观测氯酸盐的增长率变化情况。
4)氯代消毒副产物
技术应用前,出厂水及管网末梢水三氯乙醛浓度范围为1.5~2.9μg/L,三氯甲烷、二氯乙酸、三氯乙酸浓度范围为5.0~9.0μg/L,其他氯代副产物接近检出限或未检出。因采用二氧化氯预氧化效果较好,后续次氯酸钠消毒投加量不大,除三氯乙醛、三氯甲烷外,其他氯代消毒副产物过程水样中基本处于未检出, 三氯乙醛出厂水和管网末梢水技术应用后在1.5μg/L以下,其他氯代副产物一般在未检出至9μg/L 之间,在原水水质变化情况下,各氯代副产物浓度稳定在低值。三氯甲烷、二氯乙酸、三氯乙酸技术应用前后浓度。
4 结论
1)针对二氧化氯预氧化副产物风险较高的问题,结合盐田区直饮水工程建设目标,重点研发并应用了活性炭去除亚氯酸盐控制技术,储备亚铁盐去除亚氯酸盐应急技术,并采取提高二氧化氯利用率的简单措施。
2)仅活性炭去除亚氯酸盐技术应用,亚氯酸盐平均去除率由 25%提升至85%,且氯酸盐增长率较应用前略有降低,最高达到 13%;试验条件下仅亚铁盐应急投加技术,亚铁盐与二氧化氯投加比为 1.8~2.3时,亚氯酸盐去除率可达 90%以上,应用中确保亚铁盐投加量不超过 7 mg/L,以免总铁超标。
3)在技术应用后水质比应用前较差的情况下,应用后菌落总数和总大肠菌群均未检出,且亚氯酸盐、氯酸盐均稳定降至0.3mg/L 以下,保障了微生物和副产物的双重安全。
4)技术应用后,水厂运行稳定,管网末梢水106 项指标均满足国标要求,技术应用不会对综合水质造成不良影响。
5)后续运行中,还需持续关注活性炭性能变化及对亚氯酸盐、氯酸盐控制效果;在预氧化阶段亚氯酸盐浓度大于 0.5mg/L时,联合亚铁盐应急投加技术的有效、稳定及经济性。