氯消毒副產物的處理方法探討
氯消毒是我國目前城市給水的重要凈水工藝。氯化消毒自1880年問世以來，為殺滅水中微生物，防止疾病的傳染，發揮了重大作用。隨著水污染的日益加劇，凈水所需的消毒劑越來越多。氯作為消毒劑使用的同時，是有副作用的。氯在氧化去除或降解有機物的同時，會通過取代反應與有機物結合生成氯代有機物，這些氯代有機物經過動物實驗證明是有三致效應的。氯的加注量越高，加注點越在前面，產生的氯代有機物越多，副作用越大。在20世紀70年代，氯化消毒副產物相繼在自來水中被檢出，氯化消毒工藝的地位開始受到挑戰。
1 氯化消毒劑簡介
氯化消毒劑主要包括液氯、漂白粉、漂白精、三合二（三份次氯酸鈣(兩份氫氧化鈣）、次氯酸鈉等。氯化消毒劑加入水中，發生水解反應，生成次氯酸，起消毒作用的主要是HClO。HClO為很小的中性分子，只有它才能擴散到帶負電荷的細菌表面，并通過細菌的細胞壁穿透到細菌內部，當HClO分子到達細菌內部時，能氧化破壞細菌的酶系統而使細菌死亡。氯消毒作為一種傳統的消毒方法，它的優點是不言而喻的，簡單、方便、效率較高，殺滅細菌能力強及在水中持續時間較長，并能保證剩余氯的濃度。但在消毒的同時，會對飲用水的嗅和味產生不好影響，同時生成一些消毒副產物，如三鹵甲烷等，水源水污染越嚴重，加氯量越大，形成的三鹵甲烷越多，該物質有三致效應，需進行深入的研究與探討。
2 氯消毒副產物的形成
氯消毒副產物飲用水消毒副產物（DBPS）是指消毒劑與水中的某些天然有機物（NOM）反應生成的化合物。一般可歸結為四類：三鹵甲烷、鹵代乙酸、鹵代乙腈和致誘變化合物。氯消毒產生的./01主要為揮發性的化合物，如三鹵甲烷、鹵代乙酸、鹵代乙酸、氰基鹵化物、鹵代醛、酮、酚及一些特殊化合物，如水合三氯乙醛、致誘變化合物等。
其中三鹵甲烷是開展研究最早也是最多的DBPS。在氯消毒產生的總有機鹵代DBPS中，三鹵甲烷約占總量的21.0%左右，鹵代乙酸為10%左右，鹵代乙腈為2%。但由于分析方法不夠完善，飲用水中未確定的有機鹵代DBPS達60%以上。
氯消毒副產物的形成原因一般的三鹵甲烷生成反應式為：氯+前提物=鹵仿+其它鹵化物。DBPS產生的內因是水中存在前提物(前提物指水中能生成消毒副產物的有機物)，外因是氯化消毒，其產生量與加氯量及接觸時間成正比。當氯加入原水中時，與水中的NOM反應生成氯仿，一、二及三氯代乙酸以及其它的氯化消毒副產物（若水中含一定量的溴化物，氯會將溴化物氧化成氫溴酸，再與NOM反應生成對應的溴化消毒副產物）。
3 氯消毒副產物的控制與處理方法
3.1 氯消毒副產物前提物的消除
氯消毒在水中產生的鹵代有機物是氯與水中的THMFP相互作用的結果，若降低水中有機物的種類和含量，會減少或去除形成鹵代有機物的前提物質，再加氯消毒會保證飲用水的安全性。有關前提物的處理方法如下：
（1）強化混凝法：即應用混凝的原理，有效地去除水中某些前提有機物。地面水的THMFP主要是腐殖酸和富里酸，它們與水形成大分子膠體溶液，經混凝處理可有效地去除。
（2）活性炭吸附法：活性炭是一種良好的水處理劑，能有效地去除水中有機物，是控制合成有機物三鹵甲烷和鹵代乙酸的有效方法。在國外，生物活性炭（BAC）過濾十分流行，既利用了活性炭的物理吸附作用，又使其表面生長的微生物膜對有機物的生物氧化降解作用，其去除污染物量大大提高，其中，對烷烴類有機物去除效率最高，但出水濁度大，處理費用高。
（3）膜過濾法：膜過濾可分為納濾（NF）、反滲透（RO）、超濾（UF）、和微濾（MF）四種。水中腐殖酸類的分子量相對較小，分子量變化范圍在100-1000道爾頓，而納濾膜截留的分子量為200-1000道爾頓，在去除水中有機物的同時可保留對人體有益的無機鹽離子，所以去除效果最好。但膜的使用壽命短、易污染、難清洗和成本高限制了該技術的廣泛應用。
（4）生物氧化法：指借助于微生物的新陳代謝作用去除水中的污染物。水中的有機物分為可生物降解的有機物和難生物降解的有機物。生物氧化技術能將可生物降解的有機物分解成穩定的無機物，以削減消毒副產物前提物的含量，特別對氨氮的去除率可達70%-90%，對鐵錳的去除效果也較好。該法經濟有效、副作用小，是一項行之有效的預處理技術。
（5）化學氧化法：利用氧化勢能較高的氧化劑（如O3、KMnO4、H2O2）等，或光子與氧化劑、催化劑作用及氧化劑之間相互作用產生的強氧化性的自由基作用，達到氧化分解有機物的目的。但可能引起二次污染，且運行費用較高，尚難推廣。
（6）高錳酸鉀-活性炭復合藥劑法：高錳酸鉀復合藥劑和活性炭分別都有去除鹵代物前提物質的作用，兩者聯用后，對水中有機物的去除率遠遠高于它們單獨使用時的效率，對有機物的去除具有協同作用，保證了飲用水的安全性。
綜上所述，欲降低THMFP的量，應將各種物理、化學、生物的凈水技術有機地結合在一起，才可達到強化處理效果。
3.2氯消毒副產物的直接去除
加氯消毒產生的有毒副產物主要是：三鹵甲烷（THMS），主要包括CHCl3，CHBrCl4，CHBr2Cl，CHBr3等，其處理方法如下：
（1）膜分離技術：主要是反滲透和納濾在飲用水處理中呈現強勁的發展趨勢。研究證明，兩種膜對致突變物的去除率都很高，都能使Ames試驗呈陽性的水轉為陰性NF對TOC的去除率約為80%，對可同化有機炭AOC的去除率為90%。因此，膜分離技術作為一種去除有機物和微生物的新工藝對給水處理產生重要影響。
（2）活性炭吸附：粉末狀活性炭對飲用水中三鹵甲烷的去除率為50%，對四氯化炭去除率為10%左右。而活性炭纖維對三鹵甲烷和四氯化炭的吸附效果比粉末性活性炭更好，更適合于飲用水深度處理。
（3）曝氣法：包括吹洗法、搖動法、跌水法和煮沸法，其中搖動法效果最差，煮沸法的消除率最高，這是由三鹵甲烷的物理性質決定的。CHCl3與一般的溶解于水中的揮發性物質不同，在沸騰前隨溫度的升高而濃度增加；沸騰時達到最高，至沸后10min時，降到最高含量的1/5，當煮沸30-40min時，則所有CHCl3幾乎被全部除去，而三鹵甲烷中其它鹵化物的性質基本類似于CHCl3。由于煮沸法適用少量飲用水的情況，從實際應用角度看吹洗法和跌水法較好。
（4）二次氯化法：是改善工藝流程的一種方法。實行二次氯化法，即在管路起點可減少投氯量，使水中殘留氯濃度較低，同時在中間配水池處再二次投加適量的氯，以保證管路末稍出水中的余氯量要求，二次加氯法可使加氯消毒與飲用水中生成三鹵甲烷間的矛盾得到解決，既控制和減少了水中三鹵甲烷生成量，又使水中有足夠的有效氯濃度，達到安全消毒的目的。
此外，根據消毒副產物的物理化學特性，也可采用生物物理化學方法將它從水中除去。
3.3替換傳統消毒劑法
因為氯消毒具有與有機物反應生成有害副產物的缺點，所以，為滿足對飲用水安全性的要求，已經開始尋找能取代氯消毒劑的方法。目前，研究最多消毒藥劑有：臭氧、二氧化氯、雙氧水、紫外光、光化學物質以及它們的聯合工藝等。
4 新型消毒方法的探討
4.1物理方法
主要有超聲波法、紫外線照射法、γ射線照射法、F射線照射法、磁場法、微電解法等。在此，主要介紹微電解法處理飲用水的機理。微電解消毒是通過高壓或低壓凈電場的作用，改變水分子結構或改變水中的電子構造，產生具有滅菌能力的物質，從而達到殺菌滅藻的目的。其機理是：當水流過電場作用的池子時，靜電場賦予水體一定的電場密度，使水體中的氧激活成為活性氧，如超陰離子自由基（O）、過氧化氫、羥基自由基和單線形態氧等，這些活性自由基對水體中的細菌、藻類，具有極強的破壞作用，它破壞了細胞的離子通道，改變了細菌和藻類的生物場，使其喪失了生存條件，從而起到了殺菌、滅藻的作用。同時為了防止氯離子在陽極上析出，可選擇特殊材料制成的電極。實驗表明，當加在水體間的電壓只須幾十伏時，水體流過時間在幾秒之內，殺菌率高達99.99%，且在陽極上產生極其微量的氯，不會對人體產生危害。從處理效果及經濟效益來看，均有其可行性。
4.2化學方法
較新型的化學消毒法有銀離子消毒劑、氧化劑（臭氧或過氧化氫）、光化學氧化消毒法等。現簡單介紹如下：
（1）銀離子消毒法：銀離子具有一定的氧化性，其殺菌過程為先吸附于細胞壁表面，聚集達到一定限度后，即穿透細胞壁進入內部，滯留在胞漿膜上，抑制胞漿膜內酶的活性，從而導致細菌的死亡，起到殺菌作用，但易產生二次污染。
（2）臭氧氧化法：臭氧能氧化分解細菌內部氧化葡萄糖所必須的萄萄糖氧化酶，并直接與細菌、病毒發生作用，破壞其細胞器和核糖核酸，分解DNA、蛋白質、脂脂類和多糖大分子聚合物，使細菌的代謝生長和繁殖過程遭到破壞。還可以滲透到細胞膜組織、侵入細胞膜內作用于外膜蛋白和內部的脂多糖，使細胞發生通透性畸變，導致細胞的溶解死亡。臭氧在水中對細菌、病毒等微生物殺菌率很高。已在水處理工程中得到了應用。
（3）光化學氧化消毒法：該法分為光直接氧化法，光敏化氧化法，光激化氧化法，光催化氧化法等，分別利用光的作用對有毒物質進行分解、氧化從而達到消毒的目的。.水處理技術的發展方向隨著生活水平的不斷提高，人們對飲用水標準要求越來越高，傳統的氯消毒法雖經濟有效，但因其產生有毒副產物已受到了挑戰。若能找到一種或幾種有效控制有毒副產物產生的方法，便可繼續使用氯作為高效的消毒劑，否則，只能再尋找一種更安全可靠的消毒方法。如將現有的水處理工藝通過合理的組合，以達到更好的處理效果已成為目前重要的研究方向。
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