了解经处理的水中的化学残留物

饮用水中的化学残留物来自自然和人为来源的复杂组合,工业排放、农业径流、农药和化肥、人类和牲畜的药物残留物以及消毒副产品都助长了化学负荷进入水处理厂,即使在常规处理之后,这些物质的微量仍然可能留下,可能造成长期健康风险,达到严格的饮用水标准,例如美国环境保护局和世界卫生组织——需要一种超越基本沉积和氯化的多阻力方法。

化学残留物的来源

处理水中最常见的化学污染物分为以下几类:

  • 农药和除草剂:[] 阿特拉津,甘磷酸盐,以及其他农业化学品可以渗入地下水和地表水源.
  • 药用和个人护理产品: 抗生素,激素,止痛药在成品水中被检测到的越来越多.
  • 工业化学品: 全氟烷基物质(PFAS)、多氯联苯(PCBs)和挥发性有机化合物(VOCs)耐分解。
  • 副产物消毒:] 氯与天然有机物反应时,三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)形成.
  • 重金属:铅、砷和汞可能从管道中浸出或从天然矿床中粘着。

健康和监管问题

长期接触低水平化学残留物与内分泌干扰、生殖问题和某些癌症有关。 监管机构对数十种化学品实施最大污染物水平(MCL ) 。 然而,没有MCL的新兴污染物仍然需要主动管理。 水务部门必须坚持先行,采取先进的处理战略,减少总体化学负担,而不仅仅是满足最低法律要求。

化学消除的先进处理技术

常规凝固、浮流和沙滤光不足以消除许多合成有机化合物和微量金属。 为了实现一致的遵守,水处理厂必须整合针对特定化学类别的先进技术。

活化碳吸附

颗粒活性碳(GAC)和粉状活性碳(PAC)在吸附有机化学品,包括农药,味和味化合物,以及许多药品方面都非常有效. GAC沉淀后放置的床可以去除高达99%的某些污染物. 定期更换或恢复碳介质对于保持性能至关重要. EPA建议GAC是控制合成有机化合物的最佳可得技术.

反向骨化和纳米淤塞

反渗透(RO)和纳米过滤(NF)等膜过滤过程提供了拒绝溶解盐、重金属和有机分子的物理屏障。 RO系统可以去除95%以上的PFAS、硝酸盐和许多药用残留物。 关键权衡是高能耗和浓缩管理的必要性。 尽管如此,对于化学负荷高的来源水域,RO是可靠的抛光步骤。

高级氧化过程( AOPs)

臭氧/过氧化氢、紫外/过氧化酮和光催化等AOP使高反应性羟基分解为无害副产品,这些工艺对于销毁抗生物处理的微污染物特别有效,例如,紫外/H2O2系统可以将1,4-二氧烷和NDMA降低到检测限度以下。

UV 消毒和非化学替代品

虽然紫外线消毒主要用于病原体的激活,但当在较高剂量(先进紫外线)施药时,紫外线消毒也会降解某些化学污染物. 中压紫外线灯可以光解氯胺,氯仿,以及一些药物化合物. 此外,紫外线还可以降低对氯等化学消毒剂的依赖,从而降低DBP的形成. 公用事业可以将紫外线与低水平氯或氯胺碱结合,进行残留保护,同时将化学残留物保持在最低.

优化消毒以尽量减少副产品

消毒对于微生物安全是强制性的,但所使用的化学品本身可能变成污染物。 目标是在不产生过多的二溴代苯浓度的情况下实现病原体的杀灭。

选择正确的消毒剂

常规氯具有强力,但在有机物存在时,可形成THM和HAA。

  • 氯胺: 形态受管制的DBP较少,但会产生类似NDMA的硝基胺.
  • 铬二氧化物: 尽量减少THM和HAA的形成,但产生氯酸盐和氯酸盐的残留。
  • 臭氧: 生产含溴水中的溴酸盐,但没有氯基二苯。
  • UV:无化学残留,但需要后消毒剂才能得到分布稳定性.

多消毒剂战略往往效果最好:主要消毒为臭氧或紫外线,其次是氯胺,用于残留维护。 这一办法减少了总体的二溴二苯前体和最后的化学残留物。

控制副产品消毒

将DBP前体 — — NOM — — 在消毒前最小化比试图去除DBP的形成后效果更好。 强化凝固、GAC和膜预处理可以将NOM水平降低50-80%,从而大幅降低DBP的形成潜力。 此外,公用事业可以在多个点(分解应用)实施氯剂量,以避免产生DBP的高局部浓度。

水源保护和预处理

水龙头的化学残留物减少工作早在水进入工厂之前就开始了,对源水体的主动管理会减少污染物负荷,并减轻处理。

流域管理方案

与流域的农业、工业和居民利益攸关方合作可以防止化学溢出并减少长期径流。 做法包括河岸缓冲区、控制肥料施用和暴雨水管理。 EPA的源水保护计划 提供了制定保护计划的指导。 每花一美元用于源水保护,就可以节省几美元的处理费用。

工农业控制

工厂和废水处理厂的点源排放应当符合严格的预处理标准。 对于非点源,最佳管理做法(BMP)如覆盖作物、虫害综合防治和建设的湿地可以大大减少农药和营养径流。 在农业密集的地区,与农民建立实施BMP的公用事业伙伴关系已经显示出水质有可衡量的改善。

监测和遵守战略

即使采用最佳处理方法,对化学残留水平进行持续核查也至关重要,监管遵守情况需要准确、及时的数据,以确保始终如一地达到监控控制水平和行动水平。

常规测试和分析方法

水务部门必须定期取样成品水,并使用环保局批准的方法进行分析。 对于诸如PFAS等新兴污染物,使用环保局方法537.1或533等方法。 实验室通常使用液相色谱-舌光谱法(LC-MS/MS)来量化痕量有机物。 高级分析的成本被早期发现问题的能力所抵消,以免这些问题导致侵权或公共卫生威胁。

实时监测和过程控制

在线传感器对有机碳总量、扰动性、残留消毒剂浓度等参数的传感器可以提供近乎连续的反馈。 将这些数据与自动控制系统相结合,操作人员可以实时调整化学剂量或过滤率。一些先进的工厂现在使用在线荧光光光谱来估计NOM特性,预测DBP在飞行上形成的潜力。 这种积极主动的方法可以减少化学废物,并确保经处理的水保持在安全限度内。

结论:对清洁水采取系统办法

减少化学残留物以达到饮用水标准并不是一个单一步骤的固定措施,而是对水源保护、先进处理、优化消毒和严格监测的战略整合。 每个组成部分都强化了其他组成部分:清洁水源水减轻过滤器的负担;有效的预处理减少了DBP前体;在违反前进行强有力的监测捕获偏差。 通过采用这些可扩展的循证做法,供水商不仅能够满足最低监管标准,而且能够赢得所服务社区的信任。 技术存在;挑战在于如何实施和致力于持续改进。

欲进一步了解具体技术和监管更新情况,请参考世界卫生组织饮用水质量指南和CDC水处理概况[。 旨在避免出现污染物的公用事业也应该随着演变而审查EPA的PFAS路线图。