水中有机物对胶体保护作用导致混凝剂投量大幅度提高。Edzwald[1]基于富里酸与无机颗粒所带电荷量的差异,指出如果向某个含有10mg/L无机胶体悬浮中加入3mg/L富里酸,混凝剂投量需增加6倍才能使之脱稳。姚重华和严煦世[3]通过试验测定,如果粘土悬浮液中的富里酸浓度增加3mg/L(以TOC计),硫酸铝投量将增加5.3倍;如果富里酸浓度增加7mg/L(以TOC计),硫酸铝投量须增加到原来的10.2倍才能达到同样的混凝结果。
水中有机物浓度高使混凝剂药耗增大、制水成本升高。由于我国多数水厂采用的是铝混凝剂,造成出厂水中铝离子浓度过高,影响居民的身体健康(据报道,过量摄取铝导致神经纤维缠结的病变,也可抑制胃液和胃酸的分泌,使胃蛋白酶活性下降)。
此外,由于天然有机物在水中含量较高(mg/L数量级),会与加入的水处理药剂(如消毒剂CI2、O3等)作用,转化为有害的有机物或中间产物。
3 氯化消毒副产物
氯化消毒是我国沿用多年且仍然在给水处理中普通采用的消毒技术。但近二十年来,人们逐渐发现,在氯化消毒的同时与水中某些有机和无机成分反应,生成一系列卤代有机副产物,其中大部分对人体健康构成潜在的危胁。特别是传统的预氯化工艺,高浓度的氯与原水中较高浓度的有机污染物直接反应,生成的氯化副产物的浓度会更高,因而氯化消毒副产物是影响饮用水水质的一个重要因素。
挥发性三卤甲烷(THMs)和难挥发性卤乙酸(HAAs)被认为是两大类主要氯化消毒副产物,其在水中生成量取决于有机前驱物质的种类和浓度、投氯量、氯化时间、水的pH、温度、氨氮及溴化物浓度等。三卤甲烷和卤乙酸的前驱物质主要是腐殖酸、富里酸、藻类和一些具有活性碳原子的小分子有机物。随着pH升高,三卤甲烷生成量增大,但卤乙酸生成量降低。当有氨氮存在时,在氯化曲线折点之前,三卤甲烷产率最低,当水中含有自由性余氯时三卤甲烷的生成量明显增加。近年来人们发现溴代三卤甲烷对人体的潜在危害更大。当水中有溴化物存在时,溴离子(Br-)被次氯酸(HOCI)氧化成次溴酸(HOBr),后者比次氯酸更容易与前驱物质作用,生成溴代三卤甲烷和溴代卤乙酸。水中溴代三卤甲烷和溴代卤乙酸生成量一般随着初始状态下的[Br-]/[HOCI]摩尔比和[Br-]/[DOC]比值升高而增加。由于过滤后水中溶解性有机碳浓度低于原水,而其中的溴离子浓度基本没有变化,因而滤后水的[Br-]/[DOC]比值高于原水,氯化后溴代三卤甲烷和溴代卤乙酸成分会增多。
三卤甲烷和卤乙酸是潜在的致癌物质。现行的关于水中THMs的水质标准,一般是限制其在水中的总浓度,或限制水中三氯甲烷浓度。美国和英国的饮用水标准规定,自来水中THMs总浓度(TTHMs)的最高允许值为100µg/L。我国现行生活饮用水标准中以氯仿浓度作为限制指标,将其在自来水中的最高允许浓度定为60µg/L,但对溴代三卤甲烷浓度没有限定。1994年世界卫生组织提出在致癌危险性水平为10-5下,自来水中三氯甲烷和一溴二氯甲烷的参考浓度分别为200µg/L和60µg/L;而二氯乙酸和三氯乙酸的参考浓度分别为50µg/L和100µg/L。美国在新制订的《消毒副产物限制草案》中,将自来水中THMs的允许浓度定为80µg/L;将卤乙酸(THAAs)的最高允许浓度定为60µg/L。我国现行生活饮用水标准中仅对THMs中的氯仿进行了规定,而对溴代三卤甲烷和卤乙酸没有进行规定,由于溴代三卤甲烷和卤乙酸对人体健康的危害性更大,其在饮用水中的限制应引起足够的重视。
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