净水滤前加氯是减少饮用水中有机物的有效途径

杨福才

一、 氯仿仍然是当前国内外净水处理上应用最广的消毒剂

　　自来水使用氯剂消毒自1908年以来，至今已近100年的历史了，当前仍以应用此种氯剂消毒为主。之所以如此，重要原因是由于此种氯剂消毒具有杀菌、杀藻及强有力的氧化作用，且还有操作方便、价格便宜的优点。但随着工业的发展及人们生活的提高，使自来水水源中含有的腐殖质、藻类、化学有机物、工业废水与生活污水污染物等日益增多，这些物质有多种是有毒的。用氯剂消毒后的自来水，几乎不能将上述物质全部除掉，达到饮用水的需求，且氯剂还与这些物质的一部分化合，产生副产物，当前国内外已检出多种，其中有代表性的三卤甲烷(THM)据认为是致癌物，它们一般都以THM的检出多寡为水中含毒物指标。为了使自来水水质良好，除了尽量减少原水中的有机物等以外，给水工作者一直研究多方探讨，寻找替代氯剂的其他消毒剂，其中有氯胺、二氧化氯、臭氧、紫外线等。通过实践，这些所谓替代品的副产物，实际上都多多少少含有毒性。二氧化氯副产物亚氯酸盐与氯酸盐、臭氧与活性炭结合产生内毒素，臭氧单独使用也有含毒性的副产物。氧胺据报告副产物也有毒，就是紫外线也有少量危害人们健康的副产物产生。当然上述的副产物绝大多数在自来水中含量极少，据很多报导不会对人体有害，但是否如此，一般还未得出定论。另外，这些替代品还都有着那样或那样的不足处，最主要是价格贵。还有的替代品不野外操作，也有的消毒效果差。煮沸方法虽对去除THM有所补益，但有的有害有机物还会留在水中，认为也不能全部解决问题。而氯剂消毒产生的THM，如果控制在规定范围内（我国规定为60μg/L，美国规定100μg/L，其它各国规定基本都在100μg/L范围以内），还是允许饮用的，目前公认对人体无害。最近给水界提出物理处理方法——膜过滤，认为可将有机物几乎全部除掉，且简化或全部取消常规处理工艺。但此种方式正在试用阶段，最关键的是此种方式造价昂贵（有资料提出其造价与深度处理方法几乎相当，然而深度处理造价也不低），操作复杂，膜的使用寿命短（一般5－7年），且目前只限于1－2万m3规模的水厂应用。现在用此种方式来达到不用消毒，以去除有机物，使水中不含有THM的目的。在国外尤其在国内如果可能的话，也需要等待一个很长时期（将来可能在发展瓶装水中可以考虑）。为此，在现今情况下，国内外自来水中消毒大多数还是使用氯剂。在使用当中，当然应首先选取适宜水源，使原水有机物等尽量减少，更重要的是应在水处理当中，努力减低THM含量，使达到规定要求以内（国内采用煮沸方法，使饮用更增加安全系数，国外最近也提出应用此种方法）。目前国外已有日、美等许多水厂在生产实践上，采用滤前加氯措施以减少THM，取得很大成效。国内天津、上海也开始进行此种研究，得出一定成果。

二、滤前加氯是降低THM的切实有效措施

　　国外采用滤前加氯措施，代替以往常用的常规处理预加氯（氯剂投入混合井中）办法，已将近20年左右时间。这种措施有能大量减少水中THM、节省氯剂等效果，且只在操作上变更投加点，实行容易，不必要添设新设备及进行深度净化处理。
1、滤前加氯减低自来水中THM含量
　　滤前加氯方法比之预加氯方法对去除THM有很好效果，其中由于水温和原水浊度等差异也会有不同，一般减低率为10－40%。日本横浜市水厂使用滤前加氧方法已有20年历史，有着丰富的经验。该市水厂在全年生产时期中曾做过许多检测。其中一例为一处理系统用预加氯，二处理系统用滤前加氯，原水THMFP（三卤甲烷生成潜能）为30.1μg/L，经常规处理后，于一、二系统清水池中各取样静置24小时检测，一系统清水池THM平均为32.5μg/L，二系统清水池为24.1μg/L，两者相比，滤前加氯比预加氯的THM减低率为24%。再一例为二系统本身由预加氯转为滤前加氯，采取同样办法取样检查相比，则滤前加氯比预加率减低10%。另外日本金泽市两个水厂在处理后于清水池检查，滤前加氯比预加氯减低率各为11%及25%。东京都水道局检测减低率为19%，国内天津塘沽水厂做了大量的试验工作，得出滤前加氯比预加氯减低率为50%（天津试验，预加氯为在沉淀池有淤泥，滤前加氯为沉淀池淤泥很少情况下进行检测的，都未考虑静置24小时后取样，估计减低率偏大）。
　　自来水中的THM随时间延长而缓慢增高，所以在给水栓中取样，检测THM都比出厂水高，但滤前加氯与预加氯两者之间的减低率，与滤出水静置24小时测定的比率基本相同。在同样条件下，金泽市在清水池取样检定减低率为25%，给水栓取样检定减低率为23%（个别也有差异较大的减低率）。
　　在东京都试验中得出，当原水为海水时，由于海水有溴离子关系，滤前加氯比预加氯的减低率有所减低。
　　在实践中还得出，滤前加氯加活性炭处理比之预加氯加活性炭处理，减低率也高。
2、滤前加氯大幅度减少氯剂投加量
　　在氯剂用量方面，由于采用了滤前加氯方法。一般氯剂投加率比预加氯减低约20－40%。日本横浜市水厂－系统用预加氯，二系统用滤前加氯，二系统比一系统氯剂投加减低了32%。一、二系统都用滤前加滤比一、二系统都用预加氯相比，减低率为45%。金泽市末水厂消毒投加次氯酸钠（有效氯12%），以滤前加氯和预加氯相比，各自投剂量为9.0ml/m3和12.9ml/m3，减低率为38%，犀川水厂用氯剂投加，各自投剂量为0.9ml/m3和1.6ml/m3，减低率为44%。天津塘沽水厂用氯剂投加，滤前加氯比预加氯减低率为30－40%。
3、滤前加氯减低混凝剂投加量
　　使用滤前加氯方法，混凝剂投加量也有所下降。如在金泽市两个水厂中，使用滤前加氯和预加氯对比，两者滤出水浊度基本相同，都在0.4度左右。末水厂及犀种水厂所用NaOH各减低39%及58%，聚氯化铝各减低18%及6%。

三、采用滤前加氯的一些问题

1、滤前加氯产生THM受水温变化的高度影响
　　水温高低对采用滤前加氯与预加氯去除水中THM有很大差异。高水温时滤前加氯去除THM量比预加氯多，低水温时则不大显著。例如在横浜市水厂生产数据中，高水温中，一系统用滤前加氯，二系统用预加氯，都是于滤出水静置24小时后取样检测。一例是，一系统检测THM为21.4μg/L，原水THMFP为26.6μg/L，与THMFP相比为0.81，二系统检测THM为40.4μg/L，原水THMFP为32.0μg/L，与THMFP相比为1.25，则一系统与二系统相比减低率为(1.25－0.81)/1.25=35%。再一例是，在低水温时，采取同样检测方法，一系统预加氯为29.7μg/L，原水THMFP为32.3μg/L，与THMFP相比为0.92，二系统滤前加氯为19.0μg/L，原水THMFP为21.3μg/L，与THMFP相比为0.9。则滤前加氯与预加氯比较为(0.92－0.90)/0.92=2%。还有比此数字还低的例子。因此看来，在高水温时用滤前加氯相当优越，在低水温时则看不出有多大好处。
2、滤前加氯处理的滤出水中THM随反应时间的增长加大
　　滤前加氯后，反应时间的长短对THM减低率影响很大。一般氯剂投加后反应持续进行，滤出水中的THM也在逐步增长，反应时间越长THM越大，因此滤前加氯减低效果越小。但反应时间过长，THM增长速度会有所缓慢。横浜市水厂在高水温时，一系统于滤前加氯的滤出水中立即取样检测，THM为9.5μg/L，再于静置24小时后取样检测为19.6μg/L，两者相比THM增加为立即取样的2倍。在低水温时，二系统以同样方法检测各自为6.2μg/L和30.7μg/L，两者相比THM增加为立即取样的5倍。此种反应在该市管网中仍继续进行，THM也在增加，如在该市管网中途的峰配水池的THM和厂内清水池中的THM相比，平均增长比例为1.23，管网中途朝比柰配水池和厂内清水池的THM相比，平均增长比例为1.76倍。甚至需要经过两日才能由水厂送水到达管网中途的高塜配水池的水体，其THM量为水厂清水池的3倍以上。由于出厂水水体到市内管网（配水池，给水栓）内的THM仍持续增长，所以为了更精确确定自来水中的THM，由给水栓取样检测THM量，应当说更为合理。
3、净水设备积泥等加增水中有机物含量对去除THM不利
　　在天津水厂试验中，于不加氯的情况下，滤前水浊度控制在4－5度，滤后水为等于或小于1度时，沉淀池排泥差，池度有较多积泥，滤池滤料反冲效果不好，和沉淀池底部排泥良好，滤料冲洗干净的相比，前者比原水有机物种类增多115%，总量增加547%，而后者有机物种类比原水减少41.5%，总量去除81.4%，因此使用滤前加氯处理，为达到更好的减低水中THM的效果，定要特别注意此种情况。
4、抑制藻类在净水设备内的丛生
　　使用滤前加氯代替预加氯，净水设备内会多沉淀，澄清设备内会有丛生藻类复盖着表面，致使滤池发生堵塞，设备出现霉嗅并不利于景观。采用滤前加氯比之预加氯，用常规处理除去藻类效果要减少20－30%。为了防止藻类繁殖，在这类情况发生时应增加预加氯处理，连续投加低浓度定量氯剂(1.0ppm)。通过实践得到很好的去除效果。沉淀池在采用滤前加氯时，认为有90%以上遮光设施，可充分抑制藻类生长。池内有99%以上遮光设施，可以几乎完全抑制藻类繁殖。总之，采用滤前加氯方法，对去除藻类并无充分可靠的办法时，应当考虑在藻类丛生的时期，适当使用预加氯方法。
5、滤前加氯结合常规处理对去除有机物、降低THM更为有利
　　天津水厂曾采用不加氯，使用常规处理降低浊度实验，可有效地去除水中有机物。天津水源滦河水中有机物约有80%吸附在水中颗粒表面上，20%溶于水中。下表为实验结果。从下表看出，通过常规处理将水中浊度由12度降到2.5度，除去颗粒>20μm及10－20μm范围内的重量，占总重量的87.5%，除去有机物占全部有机物的29.3%。由2.5度降至1.5度，除去颗粒5－10μm范围内的重量，占总重量的7.6%，除去有机物占全部有机物的32.4%。由1.5度降至0.5度，除去颗粒2－5μm范围内的重量，占总重量的3.8%，除去有机物占全部有机物的17.6%。小于或等于0.5度的水，有机物占全部有机物的20.7%。如果浊度再降低，还能有一部分有机物去除。当前西方国家滤后水可能降低到0.1度，甚至更低。我国先进水厂滤后水也能够达到0.5度，因此降低浊度的处理方法，会使有机物能以大幅度去降，THM含量也会随之下降。如果不用预加氯方法，而采用滤前加氯措施，结合对常规处理加以严格要求，会更有利于去除有机物，降低水中THM的含量。

　　本文曾经沈大年先生审阅，提出许多宝贵意见，特致谢意。

主要参考资料：

　　1、中间盐素处理：日本水道协会杂志　1993-9
　　2、杨福才编译：日本横浜市水雀净水厂中间加氯处理　天津市自来水公司科技情报站　1996-4
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　　4、岳舜琳：水的浊度问题　中国给水排水　1995-4
　　5、罗晓鸿、王占生：饮用水消毒剂的比较和评价　给水排水　1994-1
　　6、金泽市中间盐素处理：日本水道协会杂志　1993-9
　　7、消毒副产物的评价：日本水道协会杂志　1993-5
　　8、Comparation study of disinfectant for water supply:1995年20届国际给水会议技术论文集
　　9、翟砚章、刘万福译：膜过滤和常规处理的费用估算　天津市自来水公司科技情报站　1996年10月
　　10、杨福才译：美国最大的萨拉托夫饮用水微滤水厂设计、建造和运行经验　天津市自来水公司科技情报站　1997年1月

天津市自来水集团有限公司科技情报站
1997年7月