自來水廠消毒技術應用與展望

曹杰

摘要：消毒是城市供水系統中最基本的水處理工藝。消毒技術作為飲用水處理中最后一道工序，是保證用水安全必不可少的措施之一。這里對消毒技術在飲用水處理中的應用進行了闡述，并對影響消毒效果的因素和消毒機理進行了分析。

關鍵詞：自來水廠；消毒技術；展望

中圖分類號：TU991文獻標識碼： A

引言

水是生命之源，是維持生命最重要的物質之一，人的生活離不開水。隨著城鎮化工作的不斷推進，自來水將走進越來越多的用戶家中。自來水經龐大的地下管網輸送到用水點的過程中會發生復雜的物理、化學和生物反應，有害細菌及微生物也會借此得到繁殖，危害人類健康。在給水處理工藝流程中，消毒既是最終環節，也是保證水質安全必不可少的一項措施。當今水處理領域廣泛應用的消毒技術有：氯氣及其衍生物、臭氧及紫外線等。但是隨著人民生活水平的提高，現有的這幾種消毒技術已不能滿足人們對飲用水水質的要求，因而新的給水處理消毒技術應運而生。

一、氯消毒(CI2)

在常溫常壓的情況下，氯氣呈現的是黃綠色氣體狀態，屬性是有毒，并且具有劇烈的窒息性臭味，具有很強的氧化能力。自從將氯氣用來作為消毒劑以來，已經有一百多年的歷史了。加上其價格相對比較低廉，消毒的作用好，消毒經驗也相對比較成熟，在水廠的消毒中得到了廣泛的應用。

（一）消毒機理

在氯消毒劑中加入水會發生水解反應，主要的形成物質有HCIO和CIO-，屬于一種快速氧化劑。由于HCIO是分子量很小的電中性分子，能夠很容易滲透到

帶負電的細菌表面，并通過細胞壁穿透到細胞內部，通過氧化作用破壞細菌的酶系統，使糖代謝失調而導致細菌死亡。液氯易溶于水，在水中的反應很復雜，主要有:

HCIO與CIO-濃度大小與水的pH值的關系見表1:

表1HCIO與CIO-濃度大小與水的pH值的關系

由表1可以看出，pH≥10.0,HC10濃度幾乎為0，殺滅細菌時間越長；pH≤6.0,C10-濃度幾乎為0，殺滅細菌的時間越短。起殺菌作用的主要是次氯酸HC10，而次氯酸根C10-不能穿透細胞壁，因而不能殺火細菌，C10-殺菌效果僅為HC10的1/80。

（二）氯消毒的缺點

1、氯氣本身有毒，使用時必須注意安全，防止泄漏；2、水經氯消毒后往往會產生多種有害物質，尤其是“三致”消毒副產物，如:三氯甲烷、氯乙酸等，許多氯化消毒副產物在實驗中證明具有致畸形、致突變性、致癌性；3、孕期飲用氯化水對生殖也有影響，可能引起自然流產、早產及出生缺陷，也可能造成新生兒體重太輕，早熟或胎兒發育延遲等；4、液氯不能有效殺死隱孢子蟲及其孢囊。

二、二氧化氯消毒技術

二氧化氯消毒技術是十九世紀歐洲一些國家首先發現的。但是因為制造復雜，價格昂貴而被忽視，沒有發展起來。近些年，為了降低氯化消毒的危害而尋找新的消毒劑，從而對二氧化氯的研究和應用也就日益增多。

二氧化氯是一種橙黃色氣體，在熱水中易分解成氯氣、氯酸和氧氣。二氧化氯易溶于水，形成黃綠色的溶液，但是并不與水進行化學反應，敞開放置時很容易被光分解，因此不宜貯存。另外，二氧化氯很容易引起爆炸，當空氣中濃度高于百分之十或在水中濃度高于百分之三十時，都具有很強的爆炸性，因此在生產中要利用空氣對二氧化氯氣體進行沖淡，以降低其濃度。實驗表明，二氧化氯在酸性條件下具有很強的氧化性，容易透過細胞膜通過其強氧化性，將微生物細胞內的氨基酸進行氧化破壞，進而控制其蛋白質的合成，從而達到殺滅微生物的目的。二氧化氯水溶液不會產生對人體有很大危害的三鹵甲烷，其殘留生成物主要為水、氯化鈉和微量的二氧化碳、有機糖等無毒物質。

除此之外，二氧化氯在除嗅和脫色性能上有很明顯的優勢，明顯優于活性炭、紫外線和超聲波等傳統除嗅脫色方式。黃君禮等通過研究證明，二氧化氯對水中的硫化氫、硫醇、二甲基硫酸鹽、甲酸、草酸、乙二酸鹽和酚類都有很好的氧化效果。

三、臭氧消毒

（一）臭氧消毒原理

臭氧技術不生成其他副產物；臭氧的強大氧化作用使微生物細菌失活；臭氧通常使用臭氧發生器制??；臭氧和氧在一定條件下可以相互轉化的原理用于消除臭氧尾氣。

（二）臭氧消毒的作用及特點

臭氧消毒在水處理中的作用主要是殺菌脫色除嗅、控制藻類。作為氯消毒的替代方法，臭氧消毒對致病菌尤其是耐氯的隱孢子蟲和賈第蟲，在低投加量的情況下就可以達到理想的殺菌效果，消毒后的水口感明顯好于氯消毒水。臭氧不穩定易分解，需現場制備；臭氧在水中消毒持繼性不足，因此需投加少量氯以維持消毒余量。

（三）臭氧消毒工藝的尾氣處理

臭氧尾氣一般采取吸附方法回收，然后集中處理。目前采用熱分解法和吸附法處理。熱分解法是將臭氧尾氣加熱到300℃分解為氧氣的方法；吸附法是用活性碳吸附器吸附臭氧尾氣，再加熱活性碳使臭氧分解的方法。

（四）臭氧持續消毒方法

為了維持管網中的持續消毒能力，使用臭氧消毒的同時還需聯合使用作用時間長的其他消毒劑，例如氯、氯胺或二氧化氯等。

四、紫外線與氯胺的組合工藝

紫外線與氯胺的組合工藝可以充分發揮二者消毒的優勢，通過紫外線消毒提高飲用水的消毒效果，氯胺保證管網持續的消毒效率。這種組合工藝降低了消毒副產物的生成，提高了消毒效率，特別是提高了對隱孢子蟲和抗氯性致病細菌的殺滅效果。國內的一些水源含氨氮量較高，導致氯消毒演變為氯胺消毒，而等量的加氯條件下，氯胺消毒效率是氯消毒效率的1/80—1/100，故導致實際的消毒效果不能達到最優，管網中細菌仍大量存活。這種情況下采用紫外線消毒就可以彌補原水氨氮較高帶來的消毒問題，保障供水的微生物安全性。此外，一些原水中氨氮較低，為避免采用加氨系統，人們慣常采用游離氯消毒。這種情況下，采用紫外線后變成紫外線氯復合消毒工藝，這樣可以降低維持管網所需的余氯量，從而減少加氯量和消毒副產物。

紫外線與氯胺的組合消毒工藝由于其安全、高效，被認為是最佳的消毒工藝。但由于紫外線消毒仍然是一項新技術，需要投入更多的研發力量，對紫外線及其組合消毒技術的特點和優缺點充分研究。

五、高錳酸鉀復合藥劑與粒狀活性炭聯用新技術控制飲用水氯化消毒副產物

活性炭對三鹵甲烷等鹵代物前驅物質的去除能力已經為廣泛的實踐所證實，它主要取決于水質條件，如活性炭種類、有機物負荷、水力條件和接觸時間等。近年來，哈爾濱建筑大學的李圭白院士和馬軍教授經過多年的研究證實，高錳酸鉀復合藥劑預處理可以有效降低飲用水氯化消毒過程中產生的鹵代有機物和致突變物質，并能夠良好控制氯化過程中氯酚的生成?，F在，通過將高錳酸鉀復合藥劑和粒狀的活性炭相結合對水進行處理，然后再加上氯消毒，就可以發現原本水中的鹵代物被全部的去除了，而且新生的微量有機物中也沒有產生鹵代物，并且含量都非常低，都不會對人體產生危害。對其原因進行分析，發現高錳酸鉀符合藥劑與活性炭的成分中都含有能夠去除鹵代物的前驅物質，并且在兩者聯合之后，對水中的有機物的去除效率比它們在單獨使用的情況下的效率要高很多。二者對于有機物的去除具有很高的協同作用，從而有效地保證了水的安全性。

結束語

水自古以來和人們的生產生活息息相關,隨著從古到今科學技術的進步,給水消毒技術正在從單一化、簡單化走向聯合化、系統化，新消毒技術的研究與發展則更以人與自然和諧共處、注重環境保護為基礎。給水處理的消毒技術應該從傳統、單一的消毒工藝向組合式消毒工藝發展，各種工藝取長補短，多屏障保證人們健康和生存環境。

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