常规氯化消毒工艺中典型消毒副产物生成的数学模型.pdf

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1、第12卷第3期淮阴师范学院学报(自然科学版)Vol.12No.32013年9月JOUＲNALOFHUAIYINTEACHEＲSCOLLEGE(NATUＲALSCIENCEEDITION)Sep．2013常规氯化消毒工艺中典型消毒副产物生成的数学模型121131黄辉，周卫华，程志鹏，李倩，费相琴，徐继明(1．淮阴师范学院化学化工学院江苏省生物质能与酶技术重点实验室，江苏淮安223300;2．淮安市环境监测中心站，江苏淮安223001;3．淮安自来水有限公司，江苏淮安223002)摘要:快速有效监控饮用水中消毒副产物的生成，是饮用水安全管理中的重要基础性工作．基于

2、供水企业常规氯化消毒工艺过程，采用均匀试验设计，研究了水源地源水UV254值、氨氮含量、加氯量和pH值等关键因素对典型消毒副产物三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)生成的影响，并以SPSS统计软件对数据进行了线性和非线性拟合．结果表明:线性模型能较好地描述THMs和HAAs的生成(相关度均大于0.9)，而非线性模型中二者的相关度分别为0.924和0.883;考虑各因素交互作用下，THMs和HAAs生成的线性模型的相关度均为1，进一步改善了拟合效果．建立的快速预测上述消毒副产物生成的新方法，可为完善检测条件制约下饮用水安全风险管理提供理论依据．关键词:氯化消

3、毒;消毒副产物;数学模型;均匀设计中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1671-6876(2013)03-0243-050引言当前我国大多数自来水厂仍采用以去除源水中悬浮物质和病源微生物为主要目的的混凝、沉淀、过滤、液氯消毒四段式传统净水工艺．液氯消毒是一种比较安全、简便而又廉价的消毒方法，它能有效杀灭水中的微生物病原体，大大降低了人们因饮水而感染痢疾、霍乱等水传播疾病致死的几率，因而液氯消毒一直是国内外城市给水处理中广泛采用的消毒手段，在过去很长一段时间内，它在保障人体健康方面［1，2］起了巨大作用．然而，出厂水在漫长的输送过程中，其中所含的有机污染

4、物与管网中余氯产生取代［2，3］反应生成多种具有“三致”作用的消毒副产物，致使自来水的致突变性比源水更强．另一方面，随着城镇化的快速推进，我国饮用水源水的污染态势依然严峻．饮用水安全已成为当前政府、社会、公众日益关注的焦点问题．近年来，作为饮用水安全评价的重要指标———“三致”消毒副产物受到人们广泛关注．．其中，三卤［2-5］甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)是最典型也是研究最多的卤代有机消毒副产物．我国现施行的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中明确规定了6种上述消毒副产物的监测限值和要求———全部4种THMs(即CHCl3、CHBrCl2、

5、CHBr2Cl和CHBr3)和HAAs中的二氯乙酸(DCAA)、三氯乙酸(TCAA)，其中仅CHCl3是常规指标，其余均为非常规指标．受现阶段我国大部分地区饮用水卤代有机消毒副产物检测条件的制约，其实施的有效性有待进一步提高，饮用水安全的风险存在被低估的可能．如何实现对饮用水消毒副产物的有效监控，降低此类“隐形杀手”对人们健康的威胁，是当前及今后一段时期重要而迫切的课题．在此背景下，基于供水企业常规氯化消毒工艺过程，研究水源地源水生成上述两种典型消毒副产物的数学模型，可为科学预测不同工况条件下消毒副产物的生成量，实现对饮用水中消毒副产物的快速监控、评价和饮用水

6、安全管理提供方法支撑和理论依据．可为现有工艺提标改造或新工艺实施下收稿日期:2013-05-15基金项目:淮安市科技支撑计划项目(HAS2010003);2011年江苏省大学生实践创新训练计划项目作者简介:黄辉(1983-)，男，江西九江人，讲师，博士研究生，研究方向为水污染防治与资源化利用．244淮阴师范学院学报(自然科学版)第12卷饮用水中消毒副产物的快速监控提供参考和借鉴．1实验设计在常规氯化消毒工艺中，影响THMs和HAAs生成的因素主要有源水水质(水温、TOC、UV254、NH3-［3-5］N、藻类等)和工艺参数(氯的投加量、反应时间、pH值、共存金

7、属离子等)，由于水温在特定的供水期［2，6-8］间变化不大，而藻类和共存离子在经混凝、沉淀和过滤(及活性炭吸附)工艺处理后残余浓度极低，同时考虑到水厂对水样测试的简便化、快速化要求，以UV254表征源水有机物浓度．因此在本研究中，仅考虑水样UV254值、氨氮含量、加氯量和pH值四个关键因素，源水经充分氯化反应后，监测THMs和HAAs的变化情况．为保证各因素各水平分布均匀且能减少试验次数，本研究选用均匀设计法开展实验．［9］均匀设计(UniformDesign)是中国数学家方开泰和王元于1978年首先提出来的，它是一种只考虑实验点在实验范围内均匀散布的实验设计

8、方法．该设计方法的优势在于设计较少次数