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净水构筑物水质控制与检测(三)
【来源/作者】周世红 【更新日期】2017-10-09

C102的氧化能力为氯的2倍,可以与多种无机离子和有机物发生作用。因此,在消毒的同时,还可以去除水中的多种有害物质,对铁、锰、嗅味和色度的去除效果均较氯优,同时对于硫化物、氰化物和亚硝酸盐也有一定的氧化去除效果,是一种较理想的消毒剂,可高效杀灭微生物和氧化无机物。另外二氧化氯几乎不与水中的有机物作用而生成有害的卤代有机物,有机副产物主要包括低分子量的乙醛和羧酸(含量大大低于臭氧的值)等。而二氧化氯消毒的成本虽高于氯但却低于臭氧,这些优点使得二氧化氯成为最值得考虑的消毒剂之一,在欧洲和北美的许多城市,二氧化氯已广泛用于饮用水和废水的消毒处理,它兼有氯和臭氧消毒的许多优点,且消毒效果及余氯的稳定性均较氯高,不受pH值的影响,不与氨反应。C102系统和氯化系统在运转上十分类似,国外已有不少水厂改用ClO2。在水处理中,二氧化氯作为氯和臭氧的潜在替代物,主要问题是二氧化氯的残存量及其副产物亚氯酸盐和氯酸盐,二氧化氯损伤神经行为和神经发育,甲状腺激素显著下降,味阈和嗅阈为0.4mg/L,出厂水中限值0.8mg/L。亚氯酸盐是使用二氧化氯消毒的必然副产物,亚氯酸盐的反应是氧化应激导致红细胞的改变,控制加入处理设备中的二氧化氯剂量可解决这些问题,亚氯酸盐的标准值足以保护因二氧化氯引起的潜在毒性。氯酸盐的浓度很大程度上取决于消毒环境(二氧化氯消毒器和水处理设施)和应用二氧化氯剂量,氯酸盐在贮存中还能形成次氯酸盐,对氯酸盐的毒性还在进一步的研究之中。C102不能贮存,需现场制备。

臭氧能氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必需的葡萄糖氧化酶,并直接与细菌、病毒发生作用,破坏其细胞器和核糖核酸,分解DNA、蛋白质、脂肪类和多糖大分子聚合物,使细菌的代谢生长和繁殖过程遭到破坏,还可以渗透到细胞膜组织,侵入细胞膜内作用于外膜蛋白和内部的脂多糖,使细胞发生通透性畸变,导致细胞的溶解死亡。通过氧化破坏微生物的结构,达到消毒的目的,对细菌、病毒等微生物杀菌率很高。杀菌效果好,用量少,作用快,能同时控制水中铁、锰、色、味、臭。可将氰化物、酚等有毒有害物质氧化为无害物质,可氧化臭味和致色物质,减少臭味,降低色度,氧化溶解性铁和锰,形成不溶性沉淀,通过过滤去除,可将生物难分解的大分子有机物氧化分解为易于生物降解的小分子有机物,是极强的氧化剂。消毒效果较C102和C1O2好,接触时问短,pH值在6~8.5范围内均有效,不影响水的感官性状,除水中有溴离子外,不产生三卤甲烷,用于前处理时尚能促进凝和澄清,降低混凝剂用量,并因而减少化学污泥量。它在水中的溶解度约较02大13倍,但极不稳定,需在临用时制备,并立即通入水中,控制和检测O3均需要一定技术。03用于消毒的投加量一般不大于1mg/L,要求接触时间为10~15min,剩余03为0.3mg/L。出厂水无剩余O3(O3对水管腐蚀作用强,也不允许有剩余O3),单独采用臭氧消毒难以保证持续的杀菌效果,因此在使用中受到一定限制,故需使用第二消毒剂,以防止细菌后生长。与有机物、铁和锰反应,可产生微絮凝,使水浊度提高。臭氧与有机物反应生成不饱和醛类、环氧化合物等有毒物质,曾发现甲醛的浓度达到30μg/L。甲醛不太可能从水中挥发,对人体的皮肤和黏膜具有刺激作用,进入人体后易对人的中枢神经系统及视网膜产生损害,是人可能致癌物。在含有少量溴化物的时候,臭氧处理会产生致癌性的有机性副产物三溴甲烷、乙腈、1,1-二溴酮、溴乙酸等,无机性副产物溴酸盐、次溴酸、次溴离子等。在臭氧处理后再加氯或氯胺处理会分别生成三氯硝基甲烷和氯化氰,成为新的消毒副产物,对某些农药,臭氧氧化后的产物可能更有害。这些副产物中最需要注意的是溴酸盐,其最大容许浓度极低,美国标准为0.01mg/L。用于消毒饮用水的次氯酸盐浓溶液中也能形成溴酸盐。溴酸盐可使动物致癌,是人可能致癌物,具有致突变性。臭氧化处理时溴酸盐的生成取决于几个因素,其中包括溴化物与臭氧的浓度、pH值、溶解性有机碳。从原水中除去溴化物是不切实际的,而溴酸盐一旦形成又很难除掉,虽然有报道称在一定条件下颗粒活性炭过滤是有效的,应用较低的臭氧量、较短接触时间和较低的臭氧残留量可将溴酸盐生成量降至最低。用较低pH值进行操作(如pH6.5),随即在臭氧处理后将pH值提高也可减少溴酸盐的生成,加氨也有效果。总的来说,虽然应用臭氧消毒也会有副产物生成,但一般情况下浓度不高,毒性也不如氯大。臭氧消毒所要解决的是生产设备(火花放电法)庞大、流程复杂、需要较高的运行管理水平、制取臭氧的产率低(1%~2%)、电能消耗大、基建设备投资也较大、成本高等一系列问题。

波长200~295nm的紫外线具有杀菌作用,用以杀灭水中的各种细菌、病毒、寄生虫、藻类等。一定剂量的紫外辐射可以破坏生物细胞的结构,通过破坏生物的遗传物质而杀灭水生生物,从而达到净化水质的目的,以波长254nm的紫外线杀菌作用最强。紫外线光源为高压石英水银灯,利用紫外线消毒时,水的色度和浊度要低,水深最好不超过12cm。紫外线消毒的接触时间短,效率高,不影响水的臭味,管理简单,但无持续杀菌作用,成本也较贵,故除单位供水外,未获广泛应用。紫外线消毒是一种物理方法,它不向水中增加任何物质,没有副作用,不会产生消毒副产物。一般细菌的体积越大或者数目越多,对其灭活所需的紫外线剂量就越大,病毒本身对紫外线的抵抗能力很弱,但是通过宿主的保护作用可增强耐紫外线性,而且消毒需要的紫外线辐照剂量难以明确。因此,紫外线消毒处理水必须经过良好的预处理。

对于浊度很低的处理水在很大程度上去除了原水中的颗粒污染物,病原微生物也同样被大部分去除,但经常可在饮用水中检测到少数具有抗药性的贾第虫和隐孢子虫等。由于它们直径在几微米,它们将不会对浊度产生较大的影响,所以非常低的浊度可能不意味着处理后的水不存在这样的微生物,低浊度也不是饮水卫生安全性的可靠保证,即使浊度很低的饮用水,也不能确保其中不存在一定数量的原生动物病原体。

传染阿米巴痢疾的痢疾内变形虫是发现最早的病原原生动物。痢疾内变形虫与贾第虫是通过胞囊传染疾病的,小隐孢子虫则通过卵囊传染疾病。

蓝氏贾第鞭毛虫(Giardia)和隐孢子虫(Cryptosporidium)是在水中或其他介质中发现的原虫类寄生虫,贾第虫有两个种,它们的宿主是人和鼠类。隐孢子虫有6个种,它们可能的宿主是哺乳动物,包括人类、鸟类、鼠类、爬行类和鱼类。

蓝氏贾第鞭毛虫、隐孢子虫病遍及全世界,目前对隐孢子虫病还没有特效药治疗,因此对患者构成严重威胁。1993年4月美国密尔沃基市供水中含有隐孢子虫,致使该市超过150万人受感染,40.3万人患病,4400人住院,近百人死亡。美国曾经引发的一系列水致疾病是在经过完全处理(过滤消毒)、水质完全符合当时水质标准情况下发生的(如上述密尔沃基市发生隐孢子虫事故时,美国的水质标准对隐孢子虫尚无要求),1998年悉尼市报导自来水中检查出贾第虫,并号召市民饮用开水。

各种消毒剂对病原原生动物有不同的去除率。隐孢子虫用通常的消毒方法难以灭活,欲灭活90%,需要80mg/L的氯接触90min,但水加温到72.4℃,只要1min以上即能灭活99%。最好定期检测原水和出厂水中蓝氏贾第鞭毛虫和隐孢子虫的情况,定期冲洗以降低管网水中色、铁、锰、浊度、某些微生物和其他杂质,控制出水浊度、强化水源防护,坚持饮用熟水,防止隐孢子虫病在我国爆发。

一、浊度控制与在线检测

1、引导问题

浑浊度是水处理工艺控制中一个重要的运行操作参数,它能提示水处理工艺特别是絮凝/沉淀和过滤工艺中存在问题。

2、方案描述与实施

从传感器光源组件发出的白炽光,向下进入浊度仪内,遇到样品中的悬浮颗粒产生散射光。传感器浸在水样中的光电检测器能够检测到与入射光束呈900角的散射光。

浊度监测系统包括一个浊度传感器及一个控制器,传感器只需插入控制器,无需另行配置即可运行,浊度计本体采用聚苯乙烯防腐材料。

1720D在线浊度仪见图4-1,测量范围0~100NTU,钨灯光源,连续流动的水样流经气泡脱除系统,排除了浊度读数的不稳定性,使测量没有波动,样品流速200~750mL/min。1720D/L测量范围O~40NTU,870nm LED光源。

1720D型低量程在线浊度仪提供连续测量高质量滤后水中痕量浊度所需的灵敏度、稳定性和适用性,配合多功能的AquaTrend多道显示器界面,1720D极易操作、校正而且所需维护很少。利用单台AquaTrend介面可控制多至8个独立的1720D浊度仪。由于减少样品量,对浊度的变化响应更快,远程监测距离长达400m,满足严格的安全和发射标准。数据记录功能允许对测量数据作图、显示数值及变化趋势,图示和菜单使校正和设置程序相当便利。应用于自来水厂滤前、滤后、沉淀和出厂水的浊度监测,市政管网水质监测,工业过程水质监测,循环冷却水、活性炭过滤器出水、膜过滤出水等监测。

清洗维护非常简单,三个月校正一次,重现性好,不受样品流速和压力的影响。可以采用0与20NTU两点校正法,也可以通过对比做单点校准(1~40NTU范围内任选一点),测量单位为NTU,同时有多种辅助测量单位显示(FTU,mg/L)。

参考资料:实用水质检验技术

相关链接:

净水构筑物水质控制与检测(一)

净水构筑物水质控制与检测(二)


【关键词】生物预氧化,化学预氧化,净水,水质控制,检测,国家标准物质网 

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