活性炭与次氯酸钠反应生成消毒副产物的规律研究

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活性炭滤池广泛应用于水处理工艺,次氯酸钠是最常用的消毒剂和氧化剂之一。当活性炭与次氯酸钠接触时,可能会发生氧化反应,产生消毒副产物。本课题证明了活性炭与次氯酸钠反应会生成卤仿、卤乙酸类等多种卤代消毒副产物,其中三氯甲烷(TCM)的生成量最高,其次是一溴二氯甲烷、水合三氯乙醛、二氯乙酸和三氯乙酸,二氯丙酮、三氯丙酮、二氯乙腈、氯溴乙腈及一溴二氯乙酸也有少量生成。此外,体系中还检测到了少量卤代苯类消毒副产物的生成。进一步研究了pH、加氯量、氯化时间、活性炭投量四个因素对活性炭与次氯酸钠在静态反应过程中消毒副产物生成的影响。结果显示,在碱催化作用下,随pH的升高TCM的生成量不断增加,pH=10条件下比pH=7生成量增加了44%,其他挥发性卤代消毒副产物和卤乙酸类消毒副产物的生成量则随pH的升高先增加后减小。消毒副产物的生成量随加氯量的增加而不断增加,2 mg/L投氯量时生成了27μg/L的TCM,20 mg/L投氯量条件下TCM生成量达到50μg/L。卤代消毒副产物的生成量随着氯化时间的延长而增加,卤仿类消毒副产物和卤乙酸类消毒副产物的生成量分别在反应3天和4天后达到最大。随着活性炭投量的增加,消毒副产物的前体物不断增加,消毒副产物的生成量也随之增大。活性炭浸泡液的氯化实验表明,活性炭在水中浸泡5min时即可释放大量消毒副产物前体物,氯化后消毒副产物的生成量与同等条件下直接氯化反应基本相当。为模拟实际水厂中次氯酸钠预氯化-活性炭过滤工艺与活性炭过滤-次氯酸钠消毒工艺,进行了纯水预氯化及后氯化实验和原水预氯化及后氯化实验。在纯水预氯化过程中,含氯水在过滤的同时和活性炭反应,产生多种卤代消毒副产物,TCM的生成量达22.5~41.3μg/L。在纯水后氯化过程中,TCM的生成量达22.5~50.8μg/L,且随着过滤时间的而延长,消毒副产物的产生量没有明显减少,说明活性炭在过滤过程中会向水中持续释放消毒副产物前体物。在原水预氯化实验中,TCAA的生成量达到纯水过滤实验的10~20倍之多,说明原水中的天然有机物贡献了大量的卤乙酸的前体物。在原水后氯化实验中,卤代消毒副产物的种类和浓度比原水预氯化大幅增加,其中TCM、BDCM的生成量增加了10倍左右,CH的生成量增加了近5倍。本课题详尽地探究了活性炭与次氯酸钠反应过程中消毒副产物的生成规律和浓度水平,证明了活性炭与水接触过程中释放的有机物是消毒副产物的重要前体物。使用活性炭作为过滤材料时,采用预氯化工艺和滤后氯消毒工艺都会增加水中产生消毒副产物的风险。
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