煮沸对自来水中氯仿含量的影响

煮沸对自来水中氯仿含量的影响 席兆胜 1, � 孙井梅 1, � 李湘中2 ( 1.天津大学 环境科学与工程学院, 天津 300072; 2. 香港理工大学 土木工程系, 香港 ) � � 摘 � 要: � 为了解管网末梢自来水及其在加热煮沸过程中致癌有机物 � � � 氯仿 ( CHC l3 )含量 的变化,采用不同的加热器、运用不同的加热方式对我国南方某地区管网末梢的自来水进行了加热 煮沸处理,并对不同加热煮沸时间的水样进行了色质联机分析。结果发现, 氯仿含量与热水器的功 率、加热煮沸的方式及水中自由余氯含量均有关系。不管采用何种原水、何种加热器和加热方式, 若煮沸后使水保持数分钟的沸腾状态均可使水中的氯仿含量降低到 5 �g /L以下的安全水平。 � � 关键词: � 氯仿; � 三卤甲烷; � 自由余氯; � 沸腾 中图分类号: TU991� � 文献标识码: C� � 文章编号: 1000- 4602( 2006) 15- 0047- 03 Effects of Boiling on Concentration of Chloroform in TapW ater X I Zhao�sheng1, � SUN Jing�m ei1, � LI X iang�zhong2 (1. Schoo l of Environm ental Science and Eng ineering, T ianjin University, T ianjin 300072, Ch ina; 2. D epartm ent of C ivil Engineering, H ong K ong Po ly technic University, H ong K ong, China ) � � Abstract: � To invest igate the variat ion o f ch loroform ( CHC l3 ) concentration w hen w ater is being heated at homes, tap wa ter samplesw ere taken from a southern reg ion o fCh ina, and they w ere heated by tw o d ifferent w ater heaters and heating modes, respectively. Samples w ere w ithdraw n at each designed t ime interval during hea ting and w ere sub jected to THM s ana lyses by gas chromatog raphy- mass spectro� g raph ( GC- MS) w ith an electron cap ture detecto r ( ECD ). The experimen tal results indicate that chlor� oform concentra tion increases sign ificantly asw ater is being heated at the boiling po int and then decreases rapidly w ith the ag itation o f bo iling w ater. The rates o f increase and decrease both ma inly depend on the type o f heater and the heatingmode used. K eep ing w ater bo iling for a few m inutes can decrease the chlor� oform concentration to less than 5 �g /L. � � Key words: � ch loro form; � triha lom ethanes; � free residua l chlorine; � bo iling � � 目前,大部分净水处理厂仍采用氯消毒,而加氯 消毒的主要副产物 � � � 卤代烃 (又称三卤甲烷 )为 三致物质,其中的三氯甲烷在处理后水中的含量约 占总三卤甲烷 ( THM s)的 80% ~ 90%, 且大量研究 明: 饮用水中三氯甲烷的含量与动物和人的致癌 死亡率成正比,所以近年来饮用水中三氯甲烷的含 量尤其受到人们的关注。美国环保局 2002年颁布 的饮用水标准规定 THM s的最大污染水平为 100 �g /L, 2003年 12月 31日以后则为 80 �g /L[ 1]。我 国 生活饮用水卫生标准 ! ( GB 5749� 85)中规定三 氯甲烷的含量不得超过 60 �g /L。 我国南方某地区自来水中的三氯甲烷含量为 20~ 40 �g /L,满足饮用水水质标准的要求。但在加 热过程中,水中余氯与残留有机物的继续反应将被 加快、加强,三氯甲烷的含量将进一步增大。而且由 于近年来水源水质的不断恶化, 使水处理过程中的 ∀47∀ 第 22卷 � 第 15期 2006年 8月 � � � � � � � � � � � � 中 国 给 水排 水 CH INA WATER & WASTEWATER � � � � � � � � � � � � � Vo.l 22 No. 15 Aug. 2006 加氯量不断增加,为保证用户饮用水的安全,该地区 水务集团还计划在管网中二次加氯, 这不仅可能增 加处理后水中的三氯甲烷含量,而且还会使用户水 中的余氯含量增大。若加热饮用, 加热过程更增大 了水中三氯甲烷的含量。 针对以上情况,对自由氯含量不同的自来水以不 同的方式加热煮沸,研究其三氯甲烷含量的变化,旨在 给人们提供一种在家庭中去除三氯甲烷的有效。 1� 试验材料与分析方法 1�1� 试验材料及设备 原水为南方某地区管网末梢的自来水, 取水前 先打开水龙头放水约 10 m in,以保证所取水的水温 和余氯稳定。 热水器分别采用家庭用 3. 6 L、740W密封式热 水器和 2. 0 L、2 000W非密封式热水器。前者在水 温达到 97. 5 # 时将自动转为保温状态,在保温状态 下,水温逐渐降低并保持在 88 # 左右; 后者在水温 达到 102. 2 # 时沸腾并在 10 s时自动切断电源。 若在热水器转入保温状态或自动切断电源前打开盖 子, 热水器中的水将继续保持沸腾状态。 1�2� 分析方法 三氯甲烷: 采用气相色谱 � 质谱 ( GC - M S H ew lett- Packard Chem stat ion 6890 )标准方法测 定 [ 2] , 气相色谱用氩气作载气, 其分压为 1 000 kPa, 初始及终止温度分别为 40、180 # ,升温速率为 10. 0 # /m in。自由氯:采用 DPD比色法测定 [ 2 ]。 2� 试验结果与分析 2�1� 不同加热方式对三氯甲烷含量的影响 采用 3. 6 L、740W的热水器以两种加热方式煮 水: ∃接通电源加热, 水温达到 97. 5 # 时自动转为 保温状态; %在转为保温的瞬间打开热水器的盖子, 使其保持沸腾状态。试验过程中分别在加热前、煮 沸瞬间以及保温和沸腾的不同时段取样测定三氯甲 烷含量,结果如表 1所示。 表 1� 不同加热方式对三氯甲烷含量的影响 Tab. 1� E ffec t of heating m ethods on chloro form concentration 项 � 目 加热前 煮沸瞬间 保持沸腾时间 /m in 2 4 6 7 保温时间 /m in 30 120 300 540 方式∃ 的 CHC l3含量 /( �g∀ L- 1 ) 34. 8 15. 4 16. 9 8. 76 6. 2 < 1. 0 方式% 的 CHC l3含量 /( �g∀ L- 1 ) 39. 4 15. 9 14. 0 13. 6 5. 9 2. 5 � 注: � 加热前原水中自由余氯含量约为 0. 1 mg /L。 � � 由表 1可知, 煮沸有助于对三氯甲烷的去除,且 不同加热方式对该物质的去除程度和去除速率也有 影响。 740W热水器, 煮沸后保持沸腾状态 6 m in, 可使水中三氯甲烷含量降低到约 5 �g /L;若煮沸后 自动保温, 则需 300 m in以上才可降低到此浓度。 这是因为沸腾时不但水温较保温时高, 而且水的剧 烈翻滚更有助于三氯甲烷的挥发去除。 2�2� 不同功率的加热器对三氯甲烷含量的影响 采用 3. 6 L、740W (规格 1)和 2. 0 L、2 000W (规格 2)两种热水器, 以同样的方式加热 (在煮沸自 动转为保温或切断电源前打开热水器盖子, 使水保 持沸腾状态 ), 分别对加热前、煮沸瞬间以及沸腾不 同时间的水样测定其三氯甲烷的含量,试验结果如 表 2所示。 表 2� 不同功率的热水器对三氯甲烷含量的影响 Tab. 2� E ffect o f different heater on chloroform concentration 项 � 目 加热前 煮沸瞬间 煮沸后保持沸腾的时间 /m in 1 2 4 5 6 7 规格 1的 CHC l3含量 /(�g∀ L- 1 ) 39. 4 15. 9 14. 0 13. 6 11. 8 5. 9 2. 5 规格 2的 CHC l3含量 /(�g∀ L- 1 ) 38. 7 10. 7 < 5. 0 < 1. 0 � 注: � 加热前原水中自由余氯含量约为 0. 1 mg /L。 � � 由表 2可见, 采用同样的加热方式,不同功率的 热水器对三氯甲烷的去除速率和程度不同。由于 2 000W热水器的功率高、升温快,只用了 5. 5 m in 即将水煮沸, 三氯甲烷浓度由 38. 7 �g /L降低到 10. 7 �g /L; 而 740W热水器则需 27 m in才可将水 煮沸,三氯甲烷浓度仅由 39. 4 �g /L降低到 15. 9 �g /L。另外,由于两热水器的沸腾程度不同, 对三 氯甲烷的去除速率和去除程度也不同。 2 000W的 热水器使水剧烈翻滚,并有大量水蒸气逸出,其保持 剧烈沸腾状态 1 m in即可使三氯甲烷的含量 < 5. 0 ∀48∀ 第 15期 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 中 国给水 排水� � � � � � � � � � � � � � � � � � 第 22卷 �g /L,保持剧烈沸腾 4 m in后, 三氯甲烷的含量 < 1. 0 �g /L。而 740W 的热水器在煮沸后水只是平 缓翻滚,有大量气泡逸出, 保持沸腾状态 6m in,三氯 甲烷的含量降低到 5. 9 �g /L, 7m in时才降低到 2. 5 �g /L以下。另外, 由表 2还可看出, 两热水器中三 氯甲烷浓度的降低速率均随煮沸时间的延长而增 大,这是由于随着煮沸的进行, 水的沸腾状态越来越 剧烈, 三氯甲烷的挥发速率也越来越快。 为了进一步证明这一点, 将装有 0. 5 L自来水 的敞口烧杯置于 2 000W电炉上加热, 以增大其挥 发的表面积, 结果表明三氯甲烷含量由加热前的 42. 8 �g /L降低到煮沸瞬间的 6. 2 �g /L。这充分证 明了高温下三氯甲烷含量的降低与其有效的挥发有 关, 增大挥发表面积和加剧沸腾程度均有助于三氯 甲烷含量的降低。 2�3� 原水中自由余氯含量对三氯甲烷含量的影响 采用 3. 6 L、740W热水器分别对自由余氯含量 约为 0. 1mg /L (直接取自来水,记为A )和 1. 5mg /L (向自来水中投加次氯酸钠, 避光放置约 20 m in, 记 为 B)的原水采用与 2. 1节中相同的方式加热,分别 对加热前、煮沸瞬间以及保温和沸腾不同时间的水 样测定其三氯甲烷的含量,结果如表 3、4所示。 表 3� 煮沸后保温时自由余氯含量对三氯甲烷含量的影响 Tab. 3� E ffec t of residual free ch lor ine on chloroform concentration ( heat preserva tion) 项 � 目 加热前 煮沸瞬间 保温时间 /m in 5 15 30 120 240 300 A的 CHC l 3 含量 /( �g∀ L- 1 ) 34. 8 15. 4 16. 9 8. 8 6. 2 B的 CHC l3含量 /(�g∀ L- 1 ) 34. 9 63. 4 62. 3 58. 8 44. 6 9. 4 表 4� 保持沸腾时自由余氯含量对三氯甲烷含量的影响 Tab. 4� Effect o f residua l free ch lo rine on ch lo ro fo rm concentra tion ( bo iling prese rvation) 项 � 目 加热前 煮沸瞬间 保持沸腾时间 /m in 2 4 6 7 12 15 A的 CHC l 3 含量 /( �g∀ L- 1 ) 39. 4 15. 9 14. 0 13. 6 5. 9 2. 5 B的 CHC l3含量 /(�g∀ L- 1 ) 30. 5 59. 4 37. 1 14. 8 10. 7 5. 7 3. 4 � � 由表 3、4可以看出, 加热前水中自由余氯含量 对煮沸后水中三氯甲烷含量的影响很大。自由氯含 量为 0. 1 mg /L的自来水, 在煮沸的瞬间已经有 50% ~ 60%的三氯甲烷被去除, 而当自由氯含量为 1. 5 mg /L时, 煮沸不但没有使三氯甲烷的含量降 低,反而使其增加。这是由于水中大量的自由氯继 续与腐殖酸和富里酸等有机物反应生成卤代烃,温 度的升高更有利于反应的进行。另外, 由表 3、4还 可看出,对于相同的加热方式, 如采用煮沸后保温的 方式, 自由余氯含量为 0. 1 mg /L时, 保温 120 m in 可将三氯甲烷的含量降低到 8. 8 �g /L,而自由余氯 含量为 1. 5mg /L时,则需保温 240 m in才可将其降 低到相应的含量 ( 9. 4 �g /L ) ;若采用保持煮沸的方 式也有类似的结论, 即要将水中三氯甲烷的含量降 低到相同的水平,自由余氯含量高的水样比含量低 的水样所需的煮沸时间长。 3� 结论和建议 水在煮沸过程中, 其中的三氯甲烷含量与热水 器的功率、加热煮沸的方式及水中自由余氯的含量 均有关系。水的沸腾使大量水蒸气逸出, 三氯甲烷 随之挥发去除,高功率的热水器使水处于剧烈的沸 腾状态,加剧了三氯甲烷的挥发。但温度的升高促 进了三氯甲烷的继续生成, 因此水中自由余氯含量 越高,煮沸过程中三氯甲烷的去除越困难,所需的时 间也越长。但是不管采用何种原水、何种加热器和 加热方式,煮沸后使水保持数分钟的沸腾状态均可 使水中的三氯甲烷含量 < 5 �g /L。因此, 为尽量降 低煮沸水中三氯甲烷的含量,建议在水被煮沸后,打 开热水器的盖子使其保持数分钟的沸腾状态, 以保 证沸水的安全性。 参考文献: [ 1] � USEPA 816 - F - 02 - 013, Na tiona l P rim ary D rink ing W a ter Standards: D isinfection Byproduc ts[ S]. [ 2] � C lescer i L S, G reenberg A E, Eaton A D. S tanda rd M eth� ods fo r the Exam ination o fW ater andW astew ater ( 20th Ed ition) [M ]. W ashing ton D C: Am er ican PublicH ea lth Association, 1999. 电话: ( 022) 27890017 E- ma il: jm sun@ tju. edu. cn 收稿日期: 2006- 03- 09 ∀49∀ 第 15期 席兆胜,等:煮沸对自来水中氯仿含量的影响 第 22卷