自来水生产中的氯化处理及问题，本文主要内容关键词为：自来水论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
对传统病学和细菌学的研究证明水的确又是传播疾病的重要媒介物。然而水又是生命得以维持所必需的物质之一，于是人们开始探索饮用水的消毒措施。最早人们采用慢速砂滤的方法对带病菌的饮用水进行处理。大约一百年前才有了水的氯化消毒法。1904年英格兰首先试图进行给水连续氯化。1908年George.Jaohnson在芝加哥的Bubbly Breek 过滤厂开始使用次氯酸钙处理水，从此给水氯化在美国得到了最初尝试。公共给水氯化的主要目的就是防止水传播疾病，这种方法后来逐渐得到推广，时至今日几乎成了一种常规方法。可是，随着科学研究的深入，发现氯化后的自来水出现了其它一些令人遗憾的结果。经过氯化之后，饮用水中会产生哪些物质？这些物质对人的健康会产生什么影响？如何供给既清洁又安全的优质饮用水？均成为现代都市人所关心的重要问题。
1 氯化消毒的原理与方法
人类的饮用水绝大多数是经过自来水厂加工生产的自来水。对于清洁的地下水在其转变为饮用水之前，只需加入少量氯化剂就可防止在输送过程中由于细菌产生的污染；而如果是取自江河中的水，一般就要在水厂进行两次氯化消毒。可见，氯是给水技术中应用最多的一种氧化剂。它广泛用于水的消毒，可消除水中产生臭味的硫化氢、有机物，并可控制水中藻类的繁殖等。这类方法称为氯化法。在水的氯化过程中使用的主要作用物质是单质氯—氯水。氯易溶于水，与水结合生成次氯酸和盐酸。在消毒过程中起主要作用的是次氯酸。对能产生臭味的无机物来说，它能将其彻底氧化消除，对于有生命的天然物质如水藻、细菌而言，它能破坏细胞膜内的酶系统而使其失去活性，使细菌的生命活动受到障碍而死亡。因次氯酸本身呈电中性。容易接近细菌体而显示出良好的灭菌效果。次氯酸根离子也具有一定的消毒作用，但它带有负电荷而较难于接近细菌体，因而较之次氯酸其灭菌效果要差得多。次氯酸是一种弱酸， 在pH值6以下很少电离，次氯酸和次氯酸根的含量与水温和pH有关。在一般的常
这种制品中含实际有效氯70～80％，高于一般漂白粉，且在保存中较稳定，在溶液中同样生成次氯酸根离子。
（3）次氯酸钠NaClO
以氯气通入苛性钠溶液制得。这种制品是溶液，比前两种石灰乳状液便于应用。
以上三种次氯酸盐都是生成次氯酸根离子发生水解反应。因分子状态的HClO为量不多，其效果不如Cl[,2]强有力。
（4）氯—氨
氯和次氯酸可与氨反应生成一氯胺、二氯胺和三氯胺。一氯胺和二氯胺具有明显的消毒作用。因此，在水消毒时也可采用这种方法，即氯氨法。它的作用原理是：氨在水中存在电离平衡：
反应生成一氯胺后，可以继续反应生成二氯胺及三氯胺。一氯胺和二氯胺都具有一定的消毒能力，但氯胺的消毒能力要比氯低。例如对某种芽胞消毒时，NHCl[,2]的消毒效果就相当于HClO的60％。氯胺的消毒机理可认为是一种重又放出HClO的过程，亦即（1）、（2）、（ 3）、（4）等式的逆向反应。由于这些反应都是趋向于生成氯胺的一方， 逐步放出HOCl，逐步发生氧化反应，所以氯化和消毒作用进行缓慢，这样，在氯化的同时投加氨，就优先生成氯胺，然后逐步对其它物质发生氧化，溶液中的游离氯很少。因此，氯胺是把氯储存起来，在需要时逐渐放出。在水中含酚时，若采用氯氨法消毒，由于优先生成氯胺，可避免产生氯酚臭味，氯胺的作用时间长，可在水中较长时间保持氯化杀菌作用，所以使用氯氨消毒可以防止细菌再次污染繁殖。
（5）各种氯化剂有效成分的比较
各种氯化剂的氯化能力可以用有效氯来表示。它的含义是氯化剂所含的Cl中可起氧化作用的比例，是以Cl[,2]作为100％来进行比较的。 Cl[,2]含有2Cl，在起氧化作用时，夺取的电子数也是2e[-]，其有效系数可认为等于2e[-]／2Cl＝1， 其它的氯化剂可按这一原则进行计算。计算所得为理论有效氯含量，实际产品不一定达到。各种氯化剂的有效氯见下表：
2 氯化后的水质及对健康的影响
在采用氯气消毒前，需氯量必须得到满足，而氯又可与各种各样的物质反应，反应结果产生了大量被氯化的有机物。目前为止，全世界已在水中测定出2221种有机化合物。
已经证实，氯化消毒在水中所产生的三氯甲烷类物质是一种致癌、致畸和致突变的化合物。
水中的致癌、促癌、致突变物是作为消毒剂使用的氯投入水中后所产生的HClO与源水所含的某些有机物（如酮、醛、叶绿素、间苯二胺、腐殖酸、氢醌、吲哚、间苯二酚）作用而生成的。研究结果证明腐殖酸是一类重要的致突变前体物。腐殖酸中最多的是间苯二酚型的间二羟基芳香环。其间位的2个羟基为氯仿生成的活性点， 它很容易生成三卤甲烷。腐殖酸的含量与水的致突变的活性呈正相关（见下表）。
氯能与酚反应产生单氯酚。二氯酚或三氯酚，并把强烈的药味及臭味传递到水中。据研究强烈的氯酚味主要是由2，6－二氯酚产生的。这种反应是在要有比含酚量过量数倍的氯存在下才能进行。 当含酚量为0.01毫克／升时，其半分解时间就需8天之久，这时，酚的中间产物就出现于水中，表现出强烈的氯酚味。因此，天然水体中容许最大含酚浓度规定为0.001毫克／升。
3 氯化法的改进措施
目前，自氯化消毒水中检验出的氯化有机物的种类越来越多。上海市“饮水与健康协作组”发现黄浦江中含有的有机物约达700多种。 因此如何在保证氯化消毒处理效果的前提下，减少或消除水中的三氯甲烷等有害物质的含量，是目前水处理及有关研究者所共同关心的问题。
（1）做好氯化前的处理
据研究证实自来水的氯化消毒过程中，产生卤代烃的主要原因是自来水厂源水的水质（源水中卤代烃前体物质的种类和含量），而不是其它的因素。所以，保护水源、改善水源水质是解决饮水卤代烃污染的主要途径。理想的水源应当是具有较强的自净能力，采取一定的措施，防止藻类繁殖、解决水体的富营养化。科学地选择能有效去除水中腐殖酸等三卤甲烷的母体物质的吸附剂，可使饮用水中形成三卤甲烷的可能性得到控制。通过氧化或吸附的方法去除三氯甲烷类物质的前体物，降低氯与这些物质的反应势，降低水中三氯甲烷的含量。吸附剂的吸附效果如下：硫酸铝＋阴离子聚合物＞硫酸铝＋高分子聚合物＞硫酸铝＞阳离子聚合物。目前，有人提出用聚合氯化铝与阴离子聚合物或高分子聚合物混凝，去除三卤甲烷母体物质的效果要比硫酸铝好。
（2）改革投氯消毒工艺
许多研究者指出，氯化消毒过程中，强力的混合作用是获得连续的消毒效果的关键。由于加强了氯与水间的混合作用，均化了氯在主体水中的分布，并大大加速了两相间的表面更新过程，促进了氯与细菌表面及内部的传质扩散过程，提高了氯与细菌接触的几率。根据研究表明，不同的投氯方式其消毒效果有很大差异。在一定的紊动程度条件下，投氯量为0.5mg／L，接触时间为5秒以内，可获得99.99％以上的灭活率。
（3）采用代用消毒剂
采用代用消毒剂，主要是防止消毒水中三卤甲烷的生成量，同时提高处理效率。主要的代用品有臭氧和二氧化氯等。
臭氧是一种强氧化剂和高效消毒剂。臭氧消毒作用的原理与氯相似，不但氧化破坏细胞酶的能力强，而且扩散透人细胞壁的速度快，所以，其消毒作用时间短。在0.1毫克／升浓度下，5秒钟可杀死一般水样中的全部大肠杆菌。而同样条件下，氯需4小时才能达到此效果。不过， 臭氧不能在水中保持持续的杀菌能力，为防止饮用水的再次污染，有时尚需再次投氯，以保证水中含有一定的余氯量。目前世界各地使用臭氧进行水处理的厂已超过1290家。近年来，臭氧的产率也不断提高，美国环保局供水处通过试验表明，在臭氧投量＜5mg／L不会产生三氯甲烷类物质。我国已在上海、南京、北京、广州等地建成了不同规模的臭氧法水处理系统。
二氧化氯也是一种有效的消毒剂，其杀菌能力为氯的三倍。它既不与氨化合产生氯胺，也不与天然有机物形成三卤甲烷。二氧化氯的其它优点是它能有效地破坏酚类化合物，这些酚类化合物与其它类型的氯化合产生难闻的气味。二氧化氯是一种有强烈刺激性气味的黄绿色气体，由于不稳定、可爆炸，因此通常在现场生产并溶于水。其水溶液则是稳定的，由亚氯酸钠（Na-ClO[,2]）溶液与一种浓的氯溶液混合而制得。
2NaClO[,2]＋Cl[,2]＝ClO[,2]＋2NaCl
这种方法的缺点是成本较高。
根据研究，若在饮用开水时，将沸水继续加热3分钟， 可消除卤代烃的初始含量的80％。在自来水中卤代烃含量最高的夏秋季节，我们在饮用自来水时，最好是延长水的沸腾时间，使水中难挥发的有机物得到消除以保证健康。