ClO2和Cl2組合消毒效能及控制有機消毒副產物生成的試驗研究
1 前言
通過二氧化氯對微污染原水消毒效果的影響研究，可以認為二氧化氯用于大慶某水廠的消毒工藝，在控制氯仿生成方面與氯消毒比具有明顯的優勢。同時二氧化氯消毒劑在使用過程中不受原水pH值，水溫等水質條件的影響，有著很好的適應性。然而，由于目前二氧化氯的價格較高，與氯消毒相比，二氧化氯消毒的運行成本還處于劣勢。同時，現有處理生產設施中的氯消毒設施改為二氧化氯投加設施還需要一些技術改造投資。因此，有必要探尋一種將氯消毒和二氧化氯消毒技術有效結合的聯合使用工藝，在保證消毒殺菌效果和降低氯仿生成量的基礎上，減少運行費用，降低運行成本，以取得最佳的經濟效益和社會效益。為此，我們進行了二氧化氯與氯組合消毒的試驗研究。
2 試驗內容及方法
2.1 試驗內容
試驗內容為兩種消毒劑的投加順序、投加量對消毒效果及氯仿生成量的影響、確定最佳投加順序和投加量。
2.2 試驗方法
測定項目主要為細菌總數、大腸菌群指數、氯仿生成量，其測定按文獻標準方法進行。
試驗水樣為大慶某水廠原水，原水中細菌總數為670個/ml，大腸菌群指數為4~57個/l。二氧化氯投量分別選取0.5mg/l 、2mg/l、3mg/l，氯投量分別為0.5mg/l、1mg/l、5mg/l。進行先加二氧化氯或先加氯的組合試驗。消毒劑的投加間隔時間為0.5h，總反應時間為4h，反應終止劑為硫代硫酸鈉。
3 試驗結果及分析
3.1 組合消毒效能
不同組合消毒方法對細菌總數和大腸菌群的控制效果如表1、表2所示。
表1 ClO2和Cl2組合使用時細菌總數的存活量
|
序 號 |
消毒劑投加順序 |
細菌總數 （個/ml） |
|||
|
先投加 |
后投加 |
||||
|
消毒劑種類 |
投加量(mg/l) |
消毒劑種類 |
投加量(mg/l) |
||
|
1 |
二氧化氯 |
0.5 |
氯 |
0.5 |
176 |
|
2 |
二氧化氯 |
0.5 |
氯 |
1.0 |
94 |
|
3 |
二氧化氯 |
0.5 |
氯 |
5 |
63 |
|
4 |
二氧化氯 |
2.0 |
氯 |
0.5 |
84 |
|
5 |
二氧化氯 |
2.0 |
氯 |
1.0 |
75 |
|
6 |
二氧化氯 |
2.0 |
氯 |
5.0 |
59 |
|
7 |
二氧化氯 |
3.0 |
氯 |
0.5 |
62 |
|
8 |
二氧化氯 |
3.0 |
氯 |
1.0 |
31 |
|
9 |
二氧化氯 |
3.0 |
氯 |
5.0 |
6 |
|
10 |
氯 |
0.5 |
二氧化氯 |
0.5 |
195 |
|
11 |
氯 |
0.5 |
二氧化氯 |
2.0 |
88 |
|
12 |
氯 |
0.5 |
二氧化氯 |
3.0 |
15 |
|
13 |
氯 |
1.0 |
二氧化氯 |
0.5 |
69 |
|
14 |
氯 |
1.0 |
二氧化氯 |
2.0 |
71 |
|
15 |
氯 |
1.0 |
二氧化氯 |
3.0 |
14 |
|
16 |
氯 |
5.0 |
二氧化氯 |
0.5 |
41 |
|
17 |
氯 |
5.0 |
二氧化氯 |
2.0 |
53 |
|
18 |
氯 |
5.0 |
二氧化氯 |
3.0 |
9 |
由表1、表2可知，上述組合方式中最優方案為：先投加二氧化氯3.0mg/l，然后再投加氯5.0mg/l，消毒后細菌總數為6個/ml，大腸菌群指數為零；或先投加氯5.0mg/l，然后再投加二氧化氯3.0mg/l，消毒后細菌總數為9個/ml，大腸菌數指數為零。由表1、2同時也可得到，除了少數消毒劑投量較低的組合外，大多數組合的消毒效果都可滿足《生活飲用水衛生規范》的要求。
表2 ClO2和Cl2組合使用時大腸菌群的存活量
|
序 號 |
消毒劑投加順序 |
大腸菌群數（個/l） |
|||
|
先投加 |
后投加 |
||||
|
消毒劑種類 |
投加量(mg/l) |
消毒劑種類 |
投加量(mg/l) |
||
|
1 |
二氧化氯 |
0.5 |
氯 |
0.5 |
3 |
|
2 |
二氧化氯 |
0.5 |
氯 |
1.0 |
1 |
|
3 |
二氧化氯 |
0.5 |
氯 |
5 |
0 |
|
4 |
二氧化氯 |
2.0 |
氯 |
0.5 |
1 |
|
5 |
二氧化氯 |
2.0 |
氯 |
1.0 |
0 |
|
6 |
二氧化氯 |
2.0 |
氯 |
5.0 |
0 |
|
7 |
二氧化氯 |
3.0 |
氯 |
0.5 |
0 |
|
8 |
二氧化氯 |
3.0 |
氯 |
1.0 |
0 |
|
9 |
二氧化氯 |
3.0 |
氯 |
5.0 |
0 |
|
10 |
氯 |
0.5 |
二氧化氯 |
0.5 |
4 |
|
11 |
氯 |
0.5 |
二氧化氯 |
2.0 |
1 |
|
12 |
氯 |
0.5 |
二氧化氯 |
3.0 |
0 |
|
13 |
氯 |
1.0 |
二氧化氯 |
0.5 |
2 |
|
14 |
氯 |
1.0 |
二氧化氯 |
2.0 |
0 |
|
15 |
氯 |
1.0 |
二氧化氯 |
3.0 |
0 |
|
16 |
氯 |
5.0 |
二氧化氯 |
0.5 |
0 |
|
17 |
氯 |
5.0 |
二氧化氯 |
2.0 |
0 |
|
18 |
氯 |
5.0 |
二氧化氯 |
3.0 |
0 |
3.2 二氧化氯與氯組合消毒對氯仿生成的影響
受污染原水采用氯化消毒時，會生成氯仿等鹵代烴產物。二氧化氯消毒能有效控制氯仿的生成，那末，二氧化氯與氯組合使用時，能否控制氯仿的生成。為此，進行了二氧化氯與氯聯用對氯仿生成的影響試驗研究。實驗條件與原水水質同前。原水中的細菌總數為670個/ml， 大腸菌群指數為4~57個/l，消毒劑的投加時間間隔為0.5h，總反應時間為4h，用硫代硫酸鈉終止反應。實驗結果如表3所示。
由表3可知，所有試驗結果中對氯仿生成的影響可以分為兩種情況：即先投加二氧化氯后投加氯的投加順序氯仿生成量較低，而先加氯后加二氧化氯時生成量較高，并且氯仿生成量隨氯投量增加而升高。前一種投加順序氯仿生成量低是由于二氧化氯投加后，原水中的氯仿生成的前驅物迅速被氧化，投氯后，剩余的前驅物質已經較少的緣故。后一種投加順序生成量較高是由于氯投加后與原水中的能生成氯仿的前驅物質進行反應過程中，隨著二氧化氯的投入，尚未反應完的前驅物質被二氧化氯氧化。由于氯先投加，故生成了較多的氯仿。由以上結果可以看到，二氧化氯與氯組合使用投加，無論順序那個在前，都比單獨投加氯時氯仿的生成量低得多。通過對表3進行綜合對比分析可知，在所有的組合消毒方案中，先投加二氧化氯3.0mg/l，然后投加氯水0.5mg/l，此時反應液中的氯仿的生成量為0.24µg/l，是效果最好的投加組合。
表3 ClO2和Cl2聯用時的氯仿生成量
|
序 號 |
消毒劑投加順序 |
氯仿生成量（µg/l） |
|||
|
先投加 |
后投加 |
||||
|
消毒劑種類 |
投加量(mg/l) |
消毒劑種類 |
投加量(mg/l) |
||
|
1 |
二氧化氯 |
0.5 |
氯 |
0.5 |
13.41 |
|
2 |
二氧化氯 |
0.5 |
氯 |
1.0 |
42.68 |
|
3 |
二氧化氯 |
0.5 |
氯 |
5 |
79.5 |
|
4 |
二氧化氯 |
2.0 |
氯 |
0.5 |
0.49 |
|
5 |
二氧化氯 |
2.0 |
氯 |
1.0 |
11.3 |
|
6 |
二氧化氯 |
2.0 |
氯 |
5.0 |
32.1 |
|
7 |
二氧化氯 |
3.0 |
氯 |
0.5 |
0.24 |
|
8 |
二氧化氯 |
3.0 |
氯 |
1.0 |
0.29 |
|
9 |
二氧化氯 |
3.0 |
氯 |
5.0 |
34.5 |
|
10 |
氯 |
0.5 |
二氧化氯 |
0.5 |
45.8 |
|
11 |
氯 |
0.5 |
二氧化氯 |
2.0 |
11.4 |
|
12 |
氯 |
0.5 |
二氧化氯 |
3.0 |
6.9 |
|
13 |
氯 |
1.0 |
二氧化氯 |
0.5 |
72.6 |
|
14 |
氯 |
1.0 |
二氧化氯 |
2.0 |
56.4 |
|
15 |
氯 |
1.0 |
二氧化氯 |
3.0 |
62.5 |
|
16 |
氯 |
5.0 |
二氧化氯 |
0.5 |
119.2 |
|
17 |
氯 |
5.0 |
二氧化氯 |
2.0 |
101.6 |
|
18 |
氯 |
5.0 |
二氧化氯 |
3.0 |
69.6 |
 |
圖1綜合比較了不同組合消毒方式對微生物指標的控制效能及消毒副產物的成生情況。由圖1可知，在本試驗條件下，上述組合方案中最優的方案為序號7或8。即先投加二氧化氯3.0mg./l，然后投加氯水0.5mg/l，消毒后細菌總數為62個/ml ，大腸菌群指數為0，氯仿生成量為0.24µg/l。 或先投加二氧化氯3.0mg/l， 后投加氯水1.0mg/l ， 消毒后細菌總數為31個/ml，大腸菌群指數為0，氯仿的生成量為0.29µg/l。這兩種組合方案都取得了較好的消毒效果，同時又使氯仿的生成量控制到最低，遠低于國家《生活飲用水衛生規范》的要求。因此，組合使用的優化方案為：先投加二氧化氯3.0mg/l，然后投加氯水0.5~1.0mg/l。為保證出廠水水質，建議氯投加量采用1.0mg/l，以提高消毒的安全性。
4 結論
（1） 對于大慶某水廠受污染原水，采用二氧化氯和氯組合方式消毒，先投加二氧化氯3.0mg/l，然后投加氯5.0mg/l，或先投加氯5.0mg/l，然后投加3.0mg/l二氧化氯，分別可將細菌總數降至6個/ml、9個/ml，大腸菌群指數分別降至為零。
（2） 二氧化氯和氯組合使用對氯仿生成的影響，先投加二氧化氯后加氯的投加順序氯仿生成量低。反之，氯仿的生成量較高。在組合方案中，先投加二氧化氯3.0mg/l，然后投加氯0.5mg/l時，氯仿生成量最低，為0.24µg/l。
（3） 二氧化氯和氯組合消毒，無論哪種消毒劑先投加，都比單獨使用氯消毒時，氯仿生成量要低得多。
（4） 在滿足生活飲用水衛生規范要求的情況下，針對該地水質，為保證消毒效果和最大限度控制氯仿生成量，可先投加二氧化氯3.0mg/l，然后再投加0.5~1.0mg/l的氯（建議氯投加量采用1.0mg/l）。
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