净水技术 | 是谁？影响了原水输水管道的DBPFPs！

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01 材料和方法1.1试验方法以太湖流域某水厂原水输送管网(图1)为研究对象，分别于2018年4月、6月、8月对管道水质常规指标以及C-DBPFPs的变化进行研究。该厂原水输送管道系统由3个部分组成，分别为未加氯管段(NOC1-NOC2)、加氯管段(CHL1-CHL2)和混合出水管段(EFF1-EFF2)。其中，预氯化管道前端每24 h投加液氯30 kg，各部分的管长、管材、管径、流速、加氯情况、采样点位置等基本参数如表1、图1所示。表1 预氯化原水输送管道系统运行参数

图1 预氯化原水输送管道采样点采样点CHL1和NOC1与HS水库取水口的距离相近，管材管径相同，管长基本一致。分别于2018年4月、6月、8月测定预氯化原水管道系统中的基本水质参数、含氮污染物（NH4+-N、NO2--N、NO3--N、DON）和DBPs生成势的浓度变化，分析对比有无预氯化对DBPs生成势转化规律的影响，探究DBPs生成势的影响因素。1.2分析方法用稀盐酸调节水样pH值至7±0.2，再加入10 mmol/L磷酸缓冲液。用Krasner公式计算加氯量，投加次氯酸钠溶液代替液氯，浓度计算如式(1)。Cl2(mg/L)=3×DOC(mg C/L)+7.6×NH3-N(mg N/L)+10(mg/L)(1)加氯后的水样充满瓶口后立即用聚四氟乙烯螺旋盖密封，充分混合后静置于暗处，恒温(25±2) ℃培养。反应24 h后加入0.005倍水样质量的抗坏血酸终止消毒反应。氯化的目的是使水样中的前驱物最大化地转化成DBPs，以进行后续上机检测。

02 结果和讨论2.1进出水水质变化规律各水质指标如表2所示(2018年4月～2018年8月)。表2 原水输送管道系统中的常规指标(Ⅰ)

在原水输送过程中，pH变化不大，浊度、溶解氧沿程降低，无机氮的浓度具有明显的时空变化规律。原水中溶解氧的浓度始终大于2 mg/L，符合好氧条件，大量微生物消耗氧气，不断分解水中的有机物质。因此，管网中DOC和CODMn表现出不断降低的变化规律。原水输送管道沿程NH4+-N降低，NO3--N升高，而管道中NO2--N浓度很低，加氯的氧化作用影响不大，证实了硝化作用的存在。在硝化菌和亚硝化菌作用下，NH4+-N和NO2--N在有氧存在时转化成NO2--N和NO3--N对比预氯化管段与未加氯管段的水质数据并进行配对样本T检验发现，预氯化管段NO3--N、DON浓度均显著低于未加氯管段，而未加氯管段中NO3--N、DON浓度沿程升高，NO2--N、NH4+-N则呈相反趋势。未加氯管段末端DON浓度平均值高于前端，可能是因为原水输送管道管壁生物膜汲取了原水中的营养物质，产生了代谢产物，导致原水在管道输送过程中释放DON。此外，预氯化管段中无机氮浓度相对稳定，转化率较低，而未加氯管段末端NO3--N、DON浓度显著升高，硝化作用趋于完全：未加氯管段中的NH4+-N转化率为16.06%，是预加氯管段中的1.39倍；未加氯管段中的DON转化率为18.89%，是预加氯管段中的1.52倍。这体现了氯的投加对硝化作用的控制影响，与曲志军等、高炜的研究结果类似。表3 原水输送管道系统中的常规指标(Ⅱ)

2.2消毒副产物生成势变化试验结果显示，4种THMs中的三溴甲烷未检出或低于检测限，9种HAAs中除了二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸外的其余6种卤乙酸未检出或低于检测限，除二氯乙醛和三氯乙醛外的其余卤乙醛未检出或低于检测限，所以对上述物质不进行分析，对检测到的消毒副产物的生成势浓度取平均值进行分析，结果如图2、图3所示。

图2 原水输送管道系统中三卤甲烷类和卤乙酸类生成势的变化

图3 原水输送管道系统中卤乙醛类和消毒副产物总生成势的变化在本研究的原水输送管道系统中，检测到的消毒副产物中三氯甲烷生成势最高，二氯乙醛生成势最低；三卤甲烷总生成势最大，卤乙酸总生成势其次，卤乙醛总生成势最小；三卤甲烷类副产物中以三氯甲烷为主；卤乙酸类副产物中以三氯乙酸和二氯乙酸为主；卤乙醛类副产物以三氯乙醛为主；氯代副产物生成势大于溴代副产物，前者质量浓度约为后者的6.25倍。沿程消毒副产物生成势大多有明显的升高，除二氯乙酸基本不变外，其余消毒副产物生成势在该原水输送管网中的出水相较于进水升高了18.61%～664.22%，这一现象与Mercier等研究的供水管道相似。此外，预氯化管段中绝大多数副产物生成势高于未加氯管段，两管段中变化趋势基本一致，沿程升高比例前者基本高于后者。2.1消毒副产物生成势的影响因素分析由表2和图2～图3可知：随着温度的升高，三卤甲烷类、卤乙醛类副产物生成势升高；随着NH4+-N沿程的降低，各类副产物总生成势升高；随着DOC沿程的升高，消毒副产物生成势升高，推测DBPFPs可能与温度、DOC存在正相关性，与NH4+-N存在负相关性。因此，为了研究原水输送管道中消毒副产物生成势的影响因素，选择温度、NH4+-N、DOC和管道停留时间这4个因素，分别取各消毒副产物生成势平均值进行Pearson相关性分析。对温度、DOC、NH4+-N分别进行单样本T检验，分析发现上述影响变量不是正态分布，是存在显著性差异的。（1）温度在4月、6月、8月所取水样中，三卤甲烷类、卤乙醛类副产物生成势最大出现在8月，而卤乙酸生成势并未出现这一现象。分析其原因可能是：8月水温升高，原水中藻类有机体大量繁殖，而藻类有机体、藻类分泌物是三卤甲烷、卤乙醛的前体物。Singer与王丽花等的研究表明，高浓度藻类会贡献大量的消毒副产物前体物，因而8月三卤甲烷类、卤乙醛类副产物生成势普遍大于4月和6月，但藻类可能并不是卤乙酸类副产物的前体物，或是藻类对卤乙酸生成的贡献率较低。虽然观察到C-DBPFPs随温度有变化，但对温度和各消毒副产物的生成势进行Pearson相关性分析，得到卤乙酸、卤乙醛的P值大于0.05，无显著性意义；温度与除一氯二溴甲烷外的三卤甲烷类副产物生成势呈正相关，有显著性意义，结果如图4所示。

图4 三卤甲烷类生成势与温度的Pearson相关性分析（2）氨氮对NH4+-N浓度与各类C-DBPs总生成势进行Pearson相关性分析，得到Pearson相关系数为负值，相应P值均小于0.05，说明NH4+-N与消毒副产物总生成势呈负相关，有显著性意义(图5)。NH4+-N浓度越高，C-DBPFPs越小，分析其原因可能是NH4+-N浓度升高时会与氯反应生成氯胺，氯胺比氯更易和水中有机物反应生成N-DBPs而非C-DBPs，所以C-DBPFPs减小。

图5 消毒副产物总生成势与NH4+-N的Pearson相关性分析（3）DOC对DOC浓度与各类C-DBPs生成势、总生成势进行Pearson相关性分析。分析三卤甲烷类副产物得到Pearson相关系数为正，相应P值均小于0.05，说明DOC与三卤甲烷类各副产物生成势、三卤甲烷总生成势呈正相关且有显著性意义，相关性良好(图6)。因而，DOC可能适宜作为三卤甲烷类生成势的指标。

图6 三卤甲烷类生成势与DOC的Pearson相关性分析

图7 卤乙酸类生成势与DOC的Pearson相关性分析分析卤乙酸类副产物得到Pearson相关系数为正，一溴乙酸的相应P值小于0.05，相关性系数r>0.579，说明DOC与其呈正相关且有显著性意义(图7)。但DOC与其他卤乙酸生成势无显著相关。因而，DOC可能不宜作为卤乙酸类生成势的普适性指标。分析卤乙醛类副产物得到Pearson相关系数为正，相应P值均大于0.05，说明DOC与卤乙醛类副产物呈正相关，但无显著性意义(图8)。因而，DOC建议不作为卤乙醛类生成势的指标。

图8 卤乙醛类生成势与DOC的Pearson相关性分析（4）管道停留时间各消毒副产物生成势随管道停留时间增加的变化如图9所示。

图9 各消毒副产物生成势随管道停留时间增加的变化对管道停留时间与各类C-DBPs生成势、总生成势进行Pearson相关性分析。分析得到二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷、二氯乙酸、三氯乙酸、三氯乙醛、卤乙酸类、卤乙醛类Pearson相关系数为正，上述相关性系数r分别为0.974、0.969、0.996、0.966、1.000、0.977、0.990，相应P值均小于0.05。说明管道停留时间与大多数消毒副产物生成势呈正相关且有显著性意义，相关性良好。因而，管道停留时间可能适宜作为这些消毒副产物生成势的指标。

03 结论(1)未加氯管段中NO3--N、DON浓度沿程升高，NO2--N、NH4+-N呈相反趋势，NH4+-N、DON转化率分别为16.06%、18.89%，是预加氯管段中的1.39倍、1.52倍。未加氯管段中硝化作用趋于完全；预氯化管段中无机氮浓度相对稳定，转化率较低，说明氯的投加对硝化作用有控制影响。(2)沿程测得的三卤甲烷、卤乙酸、卤乙醛这3类消毒副产物中，三氯甲烷生成势最高，二氯乙醛生成势最低；总生成势由高到低依次为三卤甲烷类、卤乙酸类、卤乙醛类；三氯甲烷、三氯乙酸和二氯乙酸、三氯乙醛分别在三卤甲烷类、卤乙酸类、卤乙醛类副产物中占比最大；氯代副产物生成势为溴代副产物的6.25倍；除二氯乙酸外的大多副产物生成势在原水输送管网中的出水相较于进水升高了18.61%～664.22%。此外，预氯化管段中各类副产物生成势以及升高比例绝大多数高于未加氯管段，两管段中变化趋势基本一致。(3)温度与除一氯二溴甲烷外的三卤甲烷类副产物生成势呈正相关，有显著性意义；NH4+-N与含碳消毒副产物呈负相关；DOC与三卤甲烷类副产物的生成势呈良好正相关，但与卤乙酸和卤乙醛类副产物相关性不强，因此DOC可能适宜作为三卤甲烷生成势的指标；管道停留时间与大多数消毒副产物生成势相关性良好。来源：《净水技术》，仅供分享交流不作商业用途，版权归原作者和原作者出处。