氯消毒副产物的处理方法探讨
氯消毒是我国目前城市给水的重要净水工艺。氯化消毒自1880年问世以来，为杀灭水中微生物，防止疾病的传染，发挥了重大作用。随着水污染的日益加剧，净水所需的消毒剂越来越多。氯作为消毒剂使用的同时，是有副作用的。氯在氧化去除或降解有机物的同时，会通过取代反应与有机物结合生成氯代有机物，这些氯代有机物经过动物实验证明是有三致效应的。氯的加注量越高，加注点越在前面，产生的氯代有机物越多，副作用越大。在20世纪70年代，氯化消毒副产物相继在自来水中被检出，氯化消毒工艺的地位开始受到挑战。
1 氯化消毒剂简介
氯化消毒剂主要包括液氯、漂白粉、漂白精、三合二（三份次氯酸钙(两份氢氧化钙）、次氯酸钠等。氯化消毒剂加入水中，发生水解反应，生成次氯酸，起消毒作用的主要是HClO。HClO为很小的中性分子，只有它才能扩散到带负电荷的细菌表面，并通过细菌的细胞壁穿透到细菌内部，当HClO分子到达细菌内部时，能氧化破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。氯消毒作为一种传统的消毒方法，它的优点是不言而喻的，简单、方便、效率较高，杀灭细菌能力强及在水中持续时间较长，并能保证剩余氯的浓度。但在消毒的同时，会对饮用水的嗅和味产生不好影响，同时生成一些消毒副产物，如三卤甲烷等，水源水污染越严重，加氯量越大，形成的三卤甲烷越多，该物质有三致效应，需进行深入的研究与探讨。
2 氯消毒副产物的形成
氯消毒副产物饮用水消毒副产物（DBPS）是指消毒剂与水中的某些天然有机物（NOM）反应生成的化合物。一般可归结为四类：三卤甲烷、卤代乙酸、卤代乙腈和致诱变化合物。氯消毒产生的./01主要为挥发性的化合物，如三卤甲烷、卤代乙酸、卤代乙酸、氰基卤化物、卤代醛、酮、酚及一些特殊化合物，如水合三氯乙醛、致诱变化合物等。
其中三卤甲烷是开展研究最早也是最多的DBPS。在氯消毒产生的总有机卤代DBPS中，三卤甲烷约占总量的21.0%左右，卤代乙酸为10%左右，卤代乙腈为2%。但由于分析方法不够完善，饮用水中未确定的有机卤代DBPS达60%以上。
氯消毒副产物的形成原因一般的三卤甲烷生成反应式为：氯+前提物=卤仿+其它卤化物。DBPS产生的内因是水中存在前提物(前提物指水中能生成消毒副产物的有机物)，外因是氯化消毒，其产生量与加氯量及接触时间成正比。当氯加入原水中时，与水中的NOM反应生成氯仿，一、二及三氯代乙酸以及其它的氯化消毒副产物（若水中含一定量的溴化物，氯会将溴化物氧化成氢溴酸，再与NOM反应生成对应的溴化消毒副产物）。
3 氯消毒副产物的控制与处理方法
3.1 氯消毒副产物前提物的消除
氯消毒在水中产生的卤代有机物是氯与水中的THMFP相互作用的结果，若降低水中有机物的种类和含量，会减少或去除形成卤代有机物的前提物质，再加氯消毒会保证饮用水的安全性。有关前提物的处理方法如下：
（1）强化混凝法：即应用混凝的原理，有效地去除水中某些前提有机物。地面水的THMFP主要是腐殖酸和富里酸，它们与水形成大分子胶体溶液，经混凝处理可有效地去除。
（2）活性炭吸附法：活性炭是一种良好的水处理剂，能有效地去除水中有机物，是控制合成有机物三卤甲烷和卤代乙酸的有效方法。在国外，生物活性炭（BAC）过滤十分流行，既利用了活性炭的物理吸附作用，又使其表面生长的微生物膜对有机物的生物氧化降解作用，其去除污染物量大大提高，其中，对烷烃类有机物去除效率最高，但出水浊度大，处理费用高。
（3）膜过滤法：膜过滤可分为纳滤（NF）、反渗透（RO）、超滤（UF）、和微滤（MF）四种。水中腐殖酸类的分子量相对较小，分子量变化范围在100-1000道尔顿，而纳滤膜截留的分子量为200-1000道尔顿，在去除水中有机物的同时可保留对人体有益的无机盐离子，所以去除效果最好。但膜的使用寿命短、易污染、难清洗和成本高限制了该技术的广泛应用。
（4）生物氧化法：指借助于微生物的新陈代谢作用去除水中的污染物。水中的有机物分为可生物降解的有机物和难生物降解的有机物。生物氧化技术能将可生物降解的有机物分解成稳定的无机物，以削减消毒副产物前提物的含量，特别对氨氮的去除率可达70%-90%，对铁锰的去除效果也较好。该法经济有效、副作用小，是一项行之有效的预处理技术。
（5）化学氧化法：利用氧化势能较高的氧化剂（如O3、KMnO4、H2O2）等，或光子与氧化剂、催化剂作用及氧化剂之间相互作用产生的强氧化性的自由基作用，达到氧化分解有机物的目的。但可能引起二次污染，且运行费用较高，尚难推广。
（6）高锰酸钾-活性炭复合药剂法：高锰酸钾复合药剂和活性炭分别都有去除卤代物前提物质的作用，两者联用后，对水中有机物的去除率远远高于它们单独使用时的效率，对有机物的去除具有协同作用，保证了饮用水的安全性。
综上所述，欲降低THMFP的量，应将各种物理、化学、生物的净水技术有机地结合在一起，才可达到强化处理效果。
3.2氯消毒副产物的直接去除
加氯消毒产生的有毒副产物主要是：三卤甲烷（THMS），主要包括CHCl3，CHBrCl4，CHBr2Cl，CHBr3等，其处理方法如下：
（1）膜分离技术：主要是反渗透和纳滤在饮用水处理中呈现强劲的发展趋势。研究证明，两种膜对致突变物的去除率都很高，都能使Ames试验呈阳性的水转为阴性NF对TOC的去除率约为80%，对可同化有机炭AOC的去除率为90%。因此，膜分离技术作为一种去除有机物和微生物的新工艺对给水处理产生重要影响。
（2）活性炭吸附：粉末状活性炭对饮用水中三卤甲烷的去除率为50%，对四氯化炭去除率为10%左右。而活性炭纤维对三卤甲烷和四氯化炭的吸附效果比粉末性活性炭更好，更适合于饮用水深度处理。
（3）曝气法：包括吹洗法、摇动法、跌水法和煮沸法，其中摇动法效果最差，煮沸法的消除率最高，这是由三卤甲烷的物理性质决定的。CHCl3与一般的溶解于水中的挥发性物质不同，在沸腾前随温度的升高而浓度增加；沸腾时达到最高，至沸后10min时，降到最高含量的1/5，当煮沸30-40min时，则所有CHCl3几乎被全部除去，而三卤甲烷中其它卤化物的性质基本类似于CHCl3。由于煮沸法适用少量饮用水的情况，从实际应用角度看吹洗法和跌水法较好。
（4）二次氯化法：是改善工艺流程的一种方法。实行二次氯化法，即在管路起点可减少投氯量，使水中残留氯浓度较低，同时在中间配水池处再二次投加适量的氯，以保证管路末稍出水中的余氯量要求，二次加氯法可使加氯消毒与饮用水中生成三卤甲烷间的矛盾得到解决，既控制和减少了水中三卤甲烷生成量，又使水中有足够的有效氯浓度，达到安全消毒的目的。
此外，根据消毒副产物的物理化学特性，也可采用生物物理化学方法将它从水中除去。
3.3替换传统消毒剂法
因为氯消毒具有与有机物反应生成有害副产物的缺点，所以，为满足对饮用水安全性的要求，已经开始寻找能取代氯消毒剂的方法。目前，研究最多消毒药剂有：臭氧、二氧化氯、双氧水、紫外光、光化学物质以及它们的联合工艺等。
4 新型消毒方法的探讨
4.1物理方法
主要有超声波法、紫外线照射法、γ射线照射法、F射线照射法、磁场法、微电解法等。在此，主要介绍微电解法处理饮用水的机理。微电解消毒是通过高压或低压净电场的作用，改变水分子结构或改变水中的电子构造，产生具有灭菌能力的物质，从而达到杀菌灭藻的目的。其机理是：当水流过电场作用的池子时，静电场赋予水体一定的电场密度，使水体中的氧激活成为活性氧，如超阴离子自由基（O）、过氧化氢、羟基自由基和单线形态氧等，这些活性自由基对水体中的细菌、藻类，具有极强的破坏作用，它破坏了细胞的离子通道，改变了细菌和藻类的生物场，使其丧失了生存条件，从而起到了杀菌、灭藻的作用。同时为了防止氯离子在阳极上析出，可选择特殊材料制成的电极。实验表明，当加在水体间的电压只须几十伏时，水体流过时间在几秒之内，杀菌率高达99.99%，且在阳极上产生极其微量的氯，不会对人体产生危害。从处理效果及经济效益来看，均有其可行性。
4.2化学方法
较新型的化学消毒法有银离子消毒剂、氧化剂（臭氧或过氧化氢）、光化学氧化消毒法等。现简单介绍如下：
（1）银离子消毒法：银离子具有一定的氧化性，其杀菌过程为先吸附于细胞壁表面，聚集达到一定限度后，即穿透细胞壁进入内部，滞留在胞浆膜上，抑制胞浆膜内酶的活性，从而导致细菌的死亡，起到杀菌作用，但易产生二次污染。
（2）臭氧氧化法：臭氧能氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必须的萄萄糖氧化酶，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、脂脂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。臭氧在水中对细菌、病毒等微生物杀菌率很高。已在水处理工程中得到了应用。
（3）光化学氧化消毒法：该法分为光直接氧化法，光敏化氧化法，光激化氧化法，光催化氧化法等，分别利用光的作用对有毒物质进行分解、氧化从而达到消毒的目的。.水处理技术的发展方向随着生活水平的不断提高，人们对饮用水标准要求越来越高，传统的氯消毒法虽经济有效，但因其产生有毒副产物已受到了挑战。若能找到一种或几种有效控制有毒副产物产生的方法，便可继续使用氯作为高效的消毒剂，否则，只能再寻找一种更安全可靠的消毒方法。如将现有的水处理工艺通过合理的组合，以达到更好的处理效果已成为目前重要的研究方向。
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