谈城市给水处理的消毒方法及其应用

侯 云

(太原供水集团有限公司，山西 太原 030003)

0 引言

随着科学技术的进步、经济的发展以及城镇化进程的扩展，城市给水的规模也随之扩大。同时城市给水是人类社会生活和生产环境中的重要环节，它制约着城市的发展壮大。因此，保障城市居民生活饮用水安全势在必行。而消毒是保障水质卫生安全的重要措施，在生活饮用水处理中是必不可少的。消毒作为保障生活饮用水安全的最后一道屏障，必须引起足够的重视。消毒是城市给水处理工艺之一，指杀灭水中对人体健康有害的致病微生物，防止通过生活饮用水将有关疾病、传染病传播。生活饮用水的常用消毒方法有很多，如包含自由氯和化合氯的氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒以及紫外线消毒。现就不同的消毒方法进行简要论述。

1 氯消毒

氯消毒是指以自由氯(液氯、漂白粉或次氯酸钠)和化合氯(氯胺)作为消毒剂的消毒。

1.1 自由氯消毒

自由氯消毒所采用的消毒剂主要是液氯(Cl2)、漂白粉和次氯酸钠(NaClO)，其消毒机理的本质均是通过次氯酸(HClO)和次氯酸根(ClO-)的氧化作用破坏致病微生物的细胞膜，损坏细胞膜的生化活性，氧化其有机体，并对细胞的重要代谢功能造成损坏，抑制破坏酶的活性，从而损坏其核酸组分，最后起到杀死致病微生物的效果。

自由氯消毒具有持续消毒时间长，消毒效果较好，经济有效，使用方便的优点，同时它的应用历史最久也最为广泛，适用于原水水质较好的水厂。但有些微污染水源采用自由氯消毒会产生三卤甲烷等有害健康的“三致”(致癌、致畸、致突变)消毒副产物，同时自由氯消毒会产生氯的刺激性气味，危害人体健康，因此这限制了自由氯消毒的应用。从发展的观点来看，对于不受有机物污染的水源水或在消毒处理之前通过前处理将产生氯消毒副产物的前期物质(如腐殖酸和富里酸等)预先去除，采用氯消毒仍是安全可靠的。

1.2 化合性氯消毒

化合性氯消毒所采用的消毒剂有一氯铵(NH2Cl)、二氯胺(NHCl2)和三氯胺(NCl3)，它们统称为氯胺消毒。在很多地表水中，由于污染而含有一定的氨氮(NH3)，氯(Cl2)加入到这种水中会发生如下反应：

Cl2+H2O→HClO+HCl

NH3+HClO→NH2Cl+H2O

NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O

NHCl2+HClO→NCl3+H2O

氯胺消毒操作简单，消毒费用低，稳定性较好，可以在管网中维持较长时间，因此适用于供水范围较大的大型城市和长距离管网。同时氯胺消毒的氯嗅味和氯酚味比游离氯消毒小，并且产生的三卤甲烷、卤乙酸等消毒副产物少，因此适用于含有氨氮的微污染水源水。

2 二氧化氯消毒

二氧化氯(ClO2)在常温常压下是黄绿色或橘红色气体，极易溶于水而不与水反应，几乎不发生水解。二氧化氯中的有效氯是液氯的2.63倍，因此其具有极强的氧化性，杀菌活性很高，且不发生氯代反应。上述特点使二氧化氯的消毒机理有别于氯消毒，它是一种强氧化剂，可利用自身的氧化性，与细菌及其他微生物细胞中的蛋白质发生氧化还原反应而使其损坏，影响蛋白质合成，最终杀死细菌及病原微生物。

二氧化氯消毒具有很强的反应活性和氧化能力，对水中病原微生物，包括病毒、芽子孢、配水管网的异养菌、硫酸盐、还原菌及真菌等均有很高的杀灭作用[1]。在水的pH=6～10的范围内具有很好的消毒效果，同时其稳定性仅次于氯胺，能在管网中保持较长的消毒作用，并且在饮用水消毒时几乎不形成氯仿(CHCl3)等有机卤代物。但限制二氧化氯消毒大规模应用的主要原因是二氧化氯多为现场制备，设备复杂，费用较高。理论上二氧化氯用于饮用水消毒时不会产生有害健康的致突变物质，但由于在采用电解法和化学法制备二氧化氯时很难得到100%纯二氧化氯，因此仍会生成卤代消毒副产物，致使生产量有所降低，故其在短期之内尚不能全面替代氯消毒技术。

3 臭氧消毒

臭氧(O3)由三个氧原子(O)组成，极不稳定，易分解产生初生态[O]，具有极强的氧化能力。它对具有极强抵抗力的微生物如病毒、芽孢等具有很强的杀伤力。初生态[O]还有很强的渗入细胞壁的能力，从而破坏细菌有机链状结构导致细菌死亡。臭氧的消毒机理实际上仍是自身强氧化作用。

臭氧作为消毒剂的主要优点是杀菌和消毒能力强，反应快，投量少，不会产生三氯甲烷和卤乙酸等消毒副产物，不会产生氯及氯酚等臭味。同时消毒后水的口感好，适用于饮品水的消毒工艺。但其缺点是设备复杂，且能耗大、投资高而产量有限，所以城市给水厂单纯消毒一般不采用臭氧，通常与微污染水源氧化预处理或深度处理相结合。此外臭氧在水中很不稳定，易分解，没有持续的消毒能力，故经臭氧消毒后，管网水中无消毒剂余量。因此采用臭氧作为消毒剂时，为维持管网消毒剂余量，常配合化学消毒剂如氯、氯胺联合使用。

4 紫外线消毒

紫外线消毒是一种物理消毒方法。紫外线光子能量能够破坏水中各种病毒、细菌以及致病微生物的遗传系统(DNA)结构。经紫外光照射后，微生物DNA中的结构键断裂，或发生光学聚合反应，DNA丧失复制繁殖能力，进而达到消毒灭菌的目的。波长为2 500 Å～3 600 Å的紫外光杀菌能力最强。

一般化学氧化剂消毒处理不是灭菌，并不能杀灭水中所有微生物，特别是对于个别生存能力很强的微生物，如某些病毒和原生动物(隐孢子虫及贾第鞭毛虫)，一般消毒处理并不能完全去除。而紫外线消毒则可以在短时间内杀灭这些病毒和原生动物，因此它是控制两虫行之有效的方法。此外紫外线消毒还具有杀菌速度快，效率高，产生消毒副产物少，操作简单，易于实现自动化管理的优点。但其不足之处在于紫外线无持续消毒能力，不能解决消毒后管网水再污染的问题，同臭氧一样，需配合化学消毒剂使用。并且紫外灯管易产生污垢，影响使用寿命。

5 工程实例及应用

5.1 采用次氯酸钠消毒的地下水配水厂

太原供水集团某地下水配水厂采用次氯酸钠水溶液消毒工艺，其日供水量为13万m3左右，属于小型配水厂，考虑到该厂供水量不大，并且采用次氯酸钠消毒发生事故的危害性较小，故应用之。虽然次氯酸钠消毒效果较液氯消毒要差一些，但消毒处理后仍能达到GB 5749生活饮用水卫生标准[2]的要求，加之次氯酸钠运行安全、管理维护方便、便于运输，所以采用次氯酸钠消毒是可靠的。

5.2 采用二氧化氯消毒的小型地下水水站

太原供水集团某地下水水站采用二氧化氯消毒工艺，日供水规模2 000 m3左右，属于小型水站。该水站采用电解饱和氯化钠(NaCl)水溶液制备二氧化氯和氯气的气体，通过水射器将产生的气体与自来水充分混合、溶解，产生二氧化氯协同消毒剂。二氧化氯协同消毒剂投加到待消毒水体中，作用30 min[2]达到消毒效果。采用该方法有如下优点：能耗低，消毒效果好，消毒副产物少，能在管网中持续较长的消毒时间，从而保证管网余氯符合要求。同时从实际运行情况考虑，该水站所处地理位置偏僻，同时供水量不大，应用电解法制备二氧化氯消毒是经济可行的。

5.3 城市供水消毒工艺的改进

以太原市城市供水为例进行简要探讨。目前，太原城市供水所采用的消毒工艺以氯消毒为主，地下水水厂采用次氯酸钠消毒，地表水水厂采用液氯消毒。而随着城市工业化发展，地表水受到不同程度的污染，有机物含量有所增高，直接采用液氯消毒会导致生成三氯甲烷等消毒副产物，影响饮用水安全。为避免此类事件发生，可对该地表水消毒工艺进行改造，引进臭氧消毒工艺，将臭氧预氧化、臭氧消毒和液氯消毒相结合，从而使城市供水水质符合要求。臭氧预氧化可以降解原水中的有机物，减少消毒副产物的产生，同时臭氧预氧化还有微絮凝作用，可提高出水水质。但由于臭氧没有持续消毒能力，为维持管网末梢余氯含量，需以液氯消毒作为辅助，联合使用。臭氧—液氯的消毒方法在理论上是可行的，但也存在生产制造、经济成本、应用最适条件等有待解决的问题，这需要进一步的研究和探讨。从整体而言，臭氧消毒是未来消毒工艺的发展方向。

6 结语

消毒作为生活饮用水给水处理不可或缺的重要一环，在水质处理中占有举足轻重的地位，它是保障生活饮用水卫生安全的技术措施，也是保障人民身体健康的手段，因此城市给水处理必须重视消毒技术。未来关于消毒的研究重点应在于发展消毒效果好，无消毒副产物，运行维护安全方便，经济适用性佳的消毒方法，将传统、单一的消毒工艺向组合消毒工艺发展，多重保护城市给水水质和人民身体健康。