自来水厂消毒技术应用与展望

曹杰

摘要：消毒是城市供水系统中最基本的水处理工艺。消毒技术作为饮用水处理中最后一道工序，是保证用水安全必不可少的措施之一。这里对消毒技术在饮用水处理中的应用进行了阐述，并对影响消毒效果的因素和消毒机理进行了分析。

关键词：自来水厂；消毒技术；展望

中图分类号：TU991文献标识码： A

引言

水是生命之源，是维持生命最重要的物质之一，人的生活离不开水。随着城镇化工作的不断推进，自来水将走进越来越多的用户家中。自来水经庞大的地下管网输送到用水点的过程中会发生复杂的物理、化学和生物反应，有害细菌及微生物也会借此得到繁殖，危害人类健康。在给水处理工艺流程中，消毒既是最终环节，也是保证水质安全必不可少的一项措施。当今水处理领域广泛应用的消毒技术有：氯气及其衍生物、臭氧及紫外线等。但是随着人民生活水平的提高，现有的这几种消毒技术已不能满足人们对饮用水水质的要求，因而新的给水处理消毒技术应运而生。

一、氯消毒(CI2)

在常温常压的情况下，氯气呈现的是黄绿色气体状态，属性是有毒，并且具有剧烈的窒息性臭味，具有很强的氧化能力。自从将氯气用来作为消毒剂以来，已经有一百多年的历史了。加上其价格相对比较低廉，消毒的作用好，消毒经验也相对比较成熟，在水厂的消毒中得到了广泛的应用。

（一）消毒机理

在氯消毒剂中加入水会发生水解反应，主要的形成物质有HCIO和CIO-，属于一种快速氧化剂。由于HCIO是分子量很小的电中性分子，能够很容易渗透到

带负电的细菌表面，并通过细胞壁穿透到细胞内部，通过氧化作用破坏细菌的酶系统，使糖代谢失调而导致细菌死亡。液氯易溶于水，在水中的反应很复杂，主要有:

HCIO与CIO-浓度大小与水的pH值的关系见表1:

表1HCIO与CIO-浓度大小与水的pH值的关系

由表1可以看出，pH≥10.0,HC10浓度几乎为0，杀灭细菌时间越长；pH≤6.0,C10-浓度几乎为0，杀灭细菌的时间越短。起杀菌作用的主要是次氯酸HC10，而次氯酸根C10-不能穿透细胞壁，因而不能杀火细菌，C10-杀菌效果仅为HC10的1/80。

（二）氯消毒的缺点

1、氯气本身有毒，使用时必须注意安全，防止泄漏；2、水经氯消毒后往往会产生多种有害物质，尤其是“三致”消毒副产物，如:三氯甲烷、氯乙酸等，许多氯化消毒副产物在实验中证明具有致畸形、致突变性、致癌性；3、孕期饮用氯化水对生殖也有影响，可能引起自然流产、早产及出生缺陷，也可能造成新生儿体重太轻，早熟或胎儿发育延迟等；4、液氯不能有效杀死隐孢子虫及其孢囊。

二、二氧化氯消毒技术

二氧化氯消毒技术是十九世纪欧洲一些国家首先发现的。但是因为制造复杂，价格昂贵而被忽视，没有发展起来。近些年，为了降低氯化消毒的危害而寻找新的消毒剂，从而对二氧化氯的研究和应用也就日益增多。

二氧化氯是一种橙黄色气体，在热水中易分解成氯气、氯酸和氧气。二氧化氯易溶于水，形成黄绿色的溶液，但是并不与水进行化学反应，敞开放置时很容易被光分解，因此不宜贮存。另外，二氧化氯很容易引起爆炸，当空气中浓度高于百分之十或在水中浓度高于百分之三十时，都具有很强的爆炸性，因此在生产中要利用空气对二氧化氯气体进行冲淡，以降低其浓度。实验表明，二氧化氯在酸性条件下具有很强的氧化性，容易透过细胞膜通过其强氧化性，将微生物细胞内的氨基酸进行氧化破坏，进而控制其蛋白质的合成，从而达到杀灭微生物的目的。二氧化氯水溶液不会产生对人体有很大危害的三卤甲烷，其残留生成物主要为水、氯化钠和微量的二氧化碳、有机糖等无毒物质。

除此之外，二氧化氯在除嗅和脱色性能上有很明显的优势，明显优于活性炭、紫外线和超声波等传统除嗅脱色方式。黄君礼等通过研究证明，二氧化氯对水中的硫化氢、硫醇、二甲基硫酸盐、甲酸、草酸、乙二酸盐和酚类都有很好的氧化效果。

三、臭氧消毒

（一）臭氧消毒原理

臭氧技术不生成其他副产物；臭氧的强大氧化作用使微生物细菌失活；臭氧通常使用臭氧发生器制取；臭氧和氧在一定条件下可以相互转化的原理用于消除臭氧尾气。

（二）臭氧消毒的作用及特点

臭氧消毒在水处理中的作用主要是杀菌脱色除嗅、控制藻类。作为氯消毒的替代方法，臭氧消毒对致病菌尤其是耐氯的隐孢子虫和贾第虫，在低投加量的情况下就可以达到理想的杀菌效果，消毒后的水口感明显好于氯消毒水。臭氧不稳定易分解，需现场制备；臭氧在水中消毒持继性不足，因此需投加少量氯以维持消毒余量。

（三）臭氧消毒工艺的尾气处理

臭氧尾气一般采取吸附方法回收，然后集中处理。目前采用热分解法和吸附法处理。热分解法是将臭氧尾气加热到300℃分解为氧气的方法；吸附法是用活性碳吸附器吸附臭氧尾气，再加热活性碳使臭氧分解的方法。

（四）臭氧持续消毒方法

为了维持管网中的持续消毒能力，使用臭氧消毒的同时还需联合使用作用时间长的其他消毒剂，例如氯、氯胺或二氧化氯等。

四、紫外线与氯胺的组合工艺

紫外线与氯胺的组合工艺可以充分发挥二者消毒的优势，通过紫外线消毒提高饮用水的消毒效果，氯胺保证管网持续的消毒效率。这种组合工艺降低了消毒副产物的生成，提高了消毒效率，特别是提高了对隐孢子虫和抗氯性致病细菌的杀灭效果。国内的一些水源含氨氮量较高，导致氯消毒演变为氯胺消毒，而等量的加氯条件下，氯胺消毒效率是氯消毒效率的1/80—1/100，故导致实际的消毒效果不能达到最优，管网中细菌仍大量存活。这种情况下采用紫外线消毒就可以弥补原水氨氮较高带来的消毒问题，保障供水的微生物安全性。此外，一些原水中氨氮较低，为避免采用加氨系统，人们惯常采用游离氯消毒。这种情况下，采用紫外线后变成紫外线氯复合消毒工艺，这样可以降低维持管网所需的余氯量，从而减少加氯量和消毒副产物。

紫外线与氯胺的组合消毒工艺由于其安全、高效，被认为是最佳的消毒工艺。但由于紫外线消毒仍然是一项新技术，需要投入更多的研发力量，对紫外线及其组合消毒技术的特点和优缺点充分研究。

五、高锰酸钾复合药剂与粒状活性炭联用新技术控制饮用水氯化消毒副产物

活性炭对三卤甲烷等卤代物前驱物质的去除能力已经为广泛的实践所证实，它主要取决于水质条件，如活性炭种类、有机物负荷、水力条件和接触时间等。近年来，哈尔滨建筑大学的李圭白院士和马军教授经过多年的研究证实，高锰酸钾复合药剂预处理可以有效降低饮用水氯化消毒过程中产生的卤代有机物和致突变物质，并能够良好控制氯化过程中氯酚的生成。现在，通过将高锰酸钾复合药剂和粒状的活性炭相结合对水进行处理，然后再加上氯消毒，就可以发现原本水中的卤代物被全部的去除了，而且新生的微量有机物中也没有产生卤代物，并且含量都非常低，都不会对人体产生危害。对其原因进行分析，发现高锰酸钾符合药剂与活性炭的成分中都含有能够去除卤代物的前驱物质，并且在两者联合之后，对水中的有机物的去除效率比它们在单独使用的情况下的效率要高很多。二者对于有机物的去除具有很高的协同作用，从而有效地保证了水的安全性。

结束语

水自古以来和人们的生产生活息息相关,随着从古到今科学技术的进步,给水消毒技术正在从单一化、简单化走向联合化、系统化，新消毒技术的研究与发展则更以人与自然和谐共处、注重环境保护为基础。给水处理的消毒技术应该从传统、单一的消毒工艺向组合式消毒工艺发展，各种工艺取长补短，多屏障保证人们健康和生存环境。

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