水污染控制工程8(新)課件

授課教師：魯金鳳南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院第九講消毒授課教師：魯金鳳第九講消毒內(nèi)容消毒概述氯消毒其他消毒法內(nèi)容9.1概述（一）消毒定義：將水體中的病原微生物(pathogenicorganisms)滅活，使之減少到可以接受的程度。評價指標(biāo)：生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB5749-2006）消毒與滅菌的區(qū)別9.1概述（一）消毒定義：消毒與滅菌的區(qū)別消毒方法（二）消毒方法化學(xué)藥劑法物理法機(jī)械法氯消毒氯胺消毒臭氧消毒二氧化氯消毒紫外線消毒射線消毒格網(wǎng)膜消毒方法（二）消毒方法化學(xué)藥劑法物理法機(jī)械法氯消毒氯胺消毒臭9.2氯消毒9.2.1氯消毒原理

1、氯與水的作用氯易溶于水中，在清水中，發(fā)生下列反應(yīng)：Cl2+H2OHOCl+H++Cl-HOClH++OCl-平衡常數(shù)為

HOCl和OCl-的比例與水中溫度和pH有關(guān)。

與溫度有關(guān)9.2氯消毒9.2.1氯消毒原理與溫度有關(guān)圖9-1不同pH值和水溫時，水中HClO和ClO-的比例HClO的殺菌能力比ClO-高70-80倍圖9-1不同pH值和水溫時，水中HClO和ClO-的比例H表1不同pH值下，HOCl和OCl-的相對濃度分布百分?jǐn)?shù)總Cl（%）pHHOCl（%）OCl-（%）6.096

47.079217.555458.028728.511899.0

496pH高時，OCl-較多pH>9，OCl-接近100%；pH<6，HOCl接近100%；pH=7.54,[HOCl]=[OCl-]表1不同pH值下，HOCl和OCl-的相對濃度分布百分?jǐn)?shù)2、氯與氨的作用

如果水中存在氨，氯和氨會發(fā)生如下反應(yīng)：

NH3+HOClNH2Cl+H2ONH2Cl+HOClNHCl2+H2ONHCl2+HOClNCl3+H2O

其比例與pH有關(guān)。

pH>9，一氯胺占優(yōu)勢；

pH為7時，一氯胺和二氯胺同時存在；

pH<6.5時，二氯胺為主導(dǎo)；

pH<4.5時，三氯胺為主。化合性氯消毒HClO是自由氯消毒2、氯與氨的作用如果水中存在氨，氯和氨會發(fā)生如下

3.余氯及其分類

為了保證水中所有的病原菌都能確實(shí)地受到氯的作用，水加氯接觸一定時間后，所投加的氯除與細(xì)菌和雜質(zhì)作用消耗外，應(yīng)該還有適量的氯留在水中以保證持續(xù)殺菌能力，這部分剩余的氯稱為余氯。余氯根據(jù)氯的存在形式也分為：自由性或游離性余氯（freeavailablechlorine）：HOCl、OCl-化合性或結(jié)合性余氯（combinedavailablechlorine）：氯胺3.余氯及其分類為了保證水中所有的病原菌都能9.2.2加氯量

加氯量＝需氯量＋余氯需氯量：滅活水中微生物、氧化有機(jī)物和還原性物質(zhì)所消耗的氯的量。余氯：出廠水接觸30分后余氯不低于0.3mg/L；在管網(wǎng)末梢不應(yīng)低于0.05mg/L。9.2.2加氯量加氯量＝需氯量＋余氯加氯曲線（三種情況）

水中無任何微生物、有機(jī)物等，需氯量為0，加氯量＝余氯，圖9-2中的①；水中有機(jī)物較少時，需氯量滿足以后就是余氯。圖9-2中的②；

當(dāng)水中的污染物主要是氨和氮化合物時，情況復(fù)雜。圖9-2加氯量與余氯關(guān)系加氯曲線（三種情況）水中無任何微生物、有機(jī)物等，需氯量折點(diǎn)加氯法加氯量超過折點(diǎn)需要量：折點(diǎn)氯化當(dāng)原水游離氨<0.3mg/L時→→加氯量控制在折點(diǎn)后當(dāng)原水游離氨>0.5mg/L時→→加氯量控制在峰點(diǎn)前無余氯余氯為化合性氯氨與氯氨繼續(xù)被氧化既有化合性余氯，又有游離性余氯圖9-3需氯量曲線折點(diǎn)加氯法加氯量超過折點(diǎn)需要量：折點(diǎn)氯化無余氯余氯為化合性氯9.2.3氯化消毒副產(chǎn)物氯與有機(jī)物反應(yīng)會生成有機(jī)氯消毒副產(chǎn)物：

氯消毒的副產(chǎn)物主要有三鹵甲烷（THMs）、鹵乙酸（HAAs)等THMs:

CHCl3、CHBrCl2、CHBr2Cl、CHBr3HAAs：一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸、二溴乙酸、氯溴乙酸、一溴二氯乙酸、二溴一氯乙酸、三溴乙酸《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749-2006中對THMs和HAAs濃度的限定：THMs中，CHCl3≤60μg/L，CHBrCl2≤60μg/L，CHBr2Cl≤100μg/L，CHBr3≤100μg/L；HAAs中，二氯乙酸≤50μg/L，三氯乙酸≤100μg/L。9.2.3氯化消毒副產(chǎn)物氯與有機(jī)物反應(yīng)會生成有機(jī)氯消氯化消毒副產(chǎn)物未鑒定鹵代有機(jī)物氯化消毒副產(chǎn)物未鑒定鹵代9.2.4加氯點(diǎn)消毒：在濾后水中加氯預(yù)氯化：加混凝劑時投加氯。

預(yù)氯化作用：氧化水中的有機(jī)物；助凝；防止青苔滋生；延長氯胺消毒接觸時間預(yù)氯化的加氯量：維持在AH段9.2.4加氯點(diǎn)消毒：在濾后水中加氯9.2.5加氯設(shè)備、加氯間和氯庫

加氯機(jī)：轉(zhuǎn)子加氯機(jī)，自動加氯機(jī)需配以相應(yīng)的自動檢測與控制設(shè)備。

加氯間：可以和氯庫合建，是安置加氯設(shè)備的操作間

氯庫：是儲備氯瓶的倉庫。加氯間與氯庫應(yīng)有通風(fēng)、照明、防火、保溫、報警、事故處理等措施。9.2.5加氯設(shè)備、加氯間和氯庫9.3其它消毒方法9.3.1二氧化氯消毒1.二氧化氯特性ClO2在常溫下是一種黃綠色氣體，極不穩(wěn)定，與Cl2氣味相似，氣態(tài)和液態(tài)ClO2均易爆炸，故必須以水溶液的形式現(xiàn)場制取。易溶于水，溶解度比Cl2高5倍,ClO2在水中是純粹的溶解狀態(tài)，不與水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)；消毒作用受水的pH影響很小，在較高的PH值下，消毒能力比Cl2強(qiáng)。9.3其它消毒方法9.3.1二氧化氯消毒2.作用機(jī)理

ClO2既是消毒劑又是氧化能力很強(qiáng)的氧化劑，對細(xì)菌的細(xì)胞壁具有較強(qiáng)的吸附和穿透能力，能有效地破壞細(xì)菌內(nèi)含巰基的酶；ClO2可快速控制微生物蛋白質(zhì)的合成，故ClO2對細(xì)菌、病毒等有很強(qiáng)的滅活能力。3.制備方法及投量

（1）亞氯酸鈉和氯制取

（2）酸與亞氯酸鈉制取投量：ClO2的投加量約為1.0～2.0mg/L。2.作用機(jī)理4.優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：不會與水中有機(jī)物作用生成三鹵甲烷,不會生成氯酚；ClO2余量能在管網(wǎng)中保持很長的時間，即衰減速度比氯慢；ClO2不水解，消毒受PH影響較??；作為氧化劑，能去除或降低水的色、嗅及鐵、錳、酚等物質(zhì)。

缺點(diǎn)：ClO2和副產(chǎn)物ClO2－對人體血紅細(xì)胞、神經(jīng)系統(tǒng)及生殖系統(tǒng)有害。美國要求水中剩余ClO2和ClO2－的總量≤1.0mg/L4.優(yōu)缺點(diǎn)美國要求水中剩余ClO2和ClO2－的總量≤1.9.3.2氯胺消毒Cl2氨+氯胺液氨硫酸氨氯化氨3

：

16

：

1投加方式：一般先加氨，再加氯。這樣就可以減小氯臭，尤其是水中含酚時；且能保證管網(wǎng)較長時的余氯量9.3.2氯胺消毒Cl2氨+氯胺液氨硫酸氨氯化氨3優(yōu)點(diǎn)

水中含有有機(jī)物和酚時，氯氨消毒不會產(chǎn)生氯臭和氯酚臭；可大大減小THMs等消毒副產(chǎn)物；能保持水中余氯較久，可用于供水管網(wǎng)較長的情況。缺點(diǎn)

消毒作用緩慢，殺菌能力比自由氯弱

優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)9.3.3臭氧消毒1.臭氧特性

臭氧（O3）常溫常壓下呈淡藍(lán)色、強(qiáng)烈的刺激性氣體，密度為空氣的1.7倍，易溶于水，在空氣或水中均易分解消失。對人體健康有影響。2.臭氧的產(chǎn)生

采用臭氧發(fā)生器制備，在現(xiàn)場用空氣或純氧通過臭氧發(fā)生器高壓放電產(chǎn)生。9.3.3臭氧消毒1.臭氧特性臭氧發(fā)生器圖9-4管式臭氧發(fā)生器臭氧發(fā)生器圖9-4管式臭氧發(fā)生器臭氧消毒作用機(jī)理

O3具有很高的氧化電位，容易通過微生物細(xì)胞膜擴(kuò)散，并能通過氧化微生物細(xì)胞的有機(jī)物或破壞有機(jī)體鏈狀結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡，臭氧消毒后水中瞬間失去活性。

臭氧對甲第蟲、隱孢子蟲有很好的殺滅效果;

臭氧分解產(chǎn)生的?OH是更強(qiáng)的氧化劑（E0=2.8V)；由于臭氧在水中不穩(wěn)定，易散失，因此在O3消毒之后，需投加少量的氯以維持水中剩余消毒劑；臭氧消毒產(chǎn)生的三鹵甲烷等消毒副產(chǎn)物較少，但會生成溴酸鹽副產(chǎn)物臭氧消毒特點(diǎn)：臭氧消毒作用機(jī)理O3具有很高的氧化電位，容易通過微生9.3.4次氯酸鈉消毒次氯酸鈉消毒通常用于小型水廠，因其易分解，常用次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場制取，反應(yīng)如下：

NaCl+H2ONaOCl+H2次氯酸鈉也是強(qiáng)氧化劑和消毒劑，但消毒效果不如氯。次氯酸鈉的消毒仍靠HOCl。反應(yīng)如下：

NaOCl+H2OHOCl+NaOH9.3.4次氯酸鈉消毒9.3.5漂白粉消毒漂白粉由氯氣和石灰加工而成，分子式可簡單表示為CaOCl2，有效氯約30%。

漂白粉的消毒也靠HOCl。加入水后反應(yīng)如下：

2CaOCl2+H2O2HOCl+Ca(OH)2+CaCl2漂白粉需配成溶液加注，溶解時先調(diào)成糊狀，然后再加水配成1.0%-2.0%（以有效氯計）濃度的溶液；投加到濾后水中時，溶液要經(jīng)過4-24h澄清，以免雜質(zhì)帶進(jìn)清水中。9.3.5漂白粉消毒漂白粉需配成溶液加注，溶解時先調(diào)成糊紫外線消毒紫外線消毒優(yōu)點(diǎn)：不產(chǎn)生THMs等消毒副產(chǎn)物；速度快、不影響水的物理化學(xué)性質(zhì)，處理后水無色無味；操作簡單。缺點(diǎn)：消毒效果易受水中懸浮物質(zhì)影響；消毒后不能防止水在管網(wǎng)中再度污染；電耗大，消毒費(fèi)用高；紫外燈管壽命低紫外線消毒優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：紫外線消毒優(yōu)缺點(diǎn)授課教師：魯金鳳南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院第十一講水的其他處理方法授課教師：魯金鳳第十一講水的其他處理方法內(nèi)容

地下水除鐵除錳活性炭吸附法水的除氟內(nèi)容1.地下水中含鐵特征分布普遍含鐵量一般小于5~10mg/L鐵和錳共存于地下水中，含鐵量高于含錳量，從含鐵量來看：10mg/L較多；

20~30mg/L較少；

30mg/L罕見。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：Fe≯0.3mg/L,Mn≯0.1mg/L

10.1地下水除鐵方法1.地下水中含鐵特征10.1地下水除鐵方法含鐵形態(tài):以溶解性鐵的化合物存在

地表水中：Fe3+、Mn4+在正常水中（pH5）的溶解度極小。我國地下水pH=5~8，多數(shù)在6.0~7.5，在地表水中含有溶解氧，鐵、錳主要以不溶解Fe(OH)3、MnO2狀態(tài)存在，所以鐵、錳含量不高。

地下水、湖泊和水庫：這些深層水中缺少溶解氧，以至使Fe3+和Mn4+還原成為溶解的Fe2+和Mn2+，因而鐵的含量較高，需加以處理。含鐵形態(tài):以溶解性鐵的化合物存在2.地下水除鐵方法除鐵對象：Fe2+及水合離子形式的二價鐵Fe2+或Fe3+形成的絡(luò)合物除鐵原理：將溶解性的Fe2+轉(zhuǎn)化成不溶性的三價鐵，之后過濾去除。地下水除鐵的方法氧化法沉淀法（石灰處理法）離子交換法掩蔽法自然氧化法接觸氧化法

空氣氧化法藥劑氧化法Cl2氧化法KMnO4氧化法2.地下水除鐵方法除鐵對象：Fe2+及水合離子形式的二價鐵除（一）自然氧化法的原理（曝氣氧化法）1.氧化反應(yīng)生成沉淀后→分離（沉淀、過濾）2.亞鐵氧化過程

4Fe2++O2+2H2O=4Fe3++4OH-

（氧化）（1）

Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3H+

（水解）（2）將（1）+（2）4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+A.實(shí)際需氧量

a—過剩溶氧系數(shù)（一般2~5）

B.氧化速度

k—反應(yīng)速度常數(shù)，其值與溫度有關(guān)。（一）自然氧化法的原理（曝氣氧化法）pH、溫度對Fe2+氧化速率的影響都很大，pH↑1，OH-↑10倍，氧化速度↑100倍；溫度↑15℃，反應(yīng)速度↑10倍?！嗟蜏亍⒌蚿H氧化速度相當(dāng)慢，甚至達(dá)一周以上，也不能達(dá)到完全氧化，此外還受堿度、溶解性硅酸等物質(zhì)的影響，(SiO230mg/L).影響二價鐵氧化速率的一些因素圖10-1

二價鐵氧化速率和pH的關(guān)系pH、溫度對Fe2+氧化速率的影響都很大，pH↑1，OH-自然氧化法除鐵流程為：

曝氣的目的：

1.散除CO2，提高pH，增大氧化速度；

2.增加O2；缺點(diǎn)：1.反應(yīng)速率低，需采用較厚的濾層；

2.絮凝體附著力很差，工作周期末水質(zhì)差；

3.工藝流程復(fù)雜，占地大費(fèi)用高；

4.它的適用范圍小，受很多因素影響，設(shè)計前，最好做實(shí)驗(yàn)，否則有可能失?。╬H7，受還原物質(zhì)SiO2影響）

曝氣氧化反應(yīng)沉淀過濾O2CO2含鐵地下水除鐵水自然氧化法除鐵流程為：曝氣的目的：曝氣氧化反（二）接觸氧化法除鐵1.特點(diǎn)原水曝氣后進(jìn)入濾層，在濾層中完成氧化和截留過程。與自然氧化法相比是氧化環(huán)境不同。2.接觸氧化法除鐵理論經(jīng)曝氣后的水，在濾料表面生成的鐵的化合物，有催化作用，除鐵能力強(qiáng)，國外提出有催化作用的是FeOOH(結(jié)晶質(zhì))、我國試驗(yàn)認(rèn)為是Fe(OH)3?2H2O（活性鐵質(zhì)濾膜）,在濾料表面生成的Fe(OH)3?2H2O有催化作用，自然氧化形成的Fe(OH)3無催化能力。（二）接觸氧化法除鐵Fe(OH)3?2H2O（鐵質(zhì)活性濾膜）接觸氧化除鐵過程，是鐵質(zhì)活性濾膜首先以離子交換方式吸附水中的二價鐵離子。

Fe2++Fe(OH)3?2H2O=Fe(OH)2(OFe)?2H2O++H+

當(dāng)水中有溶解氧時，被吸附的二價鐵離子在活性濾膜的催化下迅速氧化并水解，從而使催化劑得到再生：

反應(yīng)生成物又作為催化劑參與反應(yīng)，因此，鐵質(zhì)活性濾膜接觸氧化除鐵是一個自催化過程。Fe(OH)3?2H2O（鐵質(zhì)活性濾膜）接觸氧化除鐵過程，接觸氧化法除鐵特點(diǎn)：鐵質(zhì)活性濾膜具有自催化作用；不受pH限制，大大擴(kuò)大使用范圍。作為載體，錳砂、石英砂作用一樣，但錳砂和石英砂初期吸附容量是不同的。石英砂吸附能力小，開始效果不好。（成熟期一般要2個月）錳砂吸附能力大，開始就能機(jī)械吸附，所以開始效果就好。對所有水都適用，曝氣目的是溶氧，不要求散除CO2，曝氣裝置簡單、高效。水中硅酸（SiO2）對接觸氧化無干擾。接觸氧化法除鐵特點(diǎn)：接觸氧化法流程為：

曝氣接觸氧化

O2除鐵水成熟期水中含鐵量低，成熟期得達(dá)一個月以上；水中含鐵量高，成熟期可能7~8天。加速石英砂成熟過程：加FeSO4,提高Fe2+可使Fe2+達(dá)100~200mg/L,生成濾膜快，3天就可以成熟（人工銹砂）。（三）Cl2化法除鐵2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-每氧化1mg/LFe2+

，需0.64mg/LCl2.。

PH5氧化的很快，國外用的較多，國內(nèi)用的較少，主要因成本較高，要有混合、反應(yīng)、過濾。有時為了省CL2，還要曝氣。水中的有機(jī)鐵、用Cl2氧化效果好。含鐵地下水接觸氧化法流程為：曝氣接觸氧化O2除鐵水成熟期水中

3Fe2++MnO4-+2H2O=3Fe3++MnO2+4OH-每氧化1mg/LFe2+需要0.94mg/LKMnO4實(shí)際需要較理論值高。3.地下水的曝氣裝置曝氣的作用：

利用空氣中的氧使二價鐵氧化時，向水中充氧和散除少量

的CO2，以提高pH值。分類：1.水為連續(xù)介質(zhì)：氣泡式，將空氣以氣泡形式分散于水中。2.空氣為連續(xù)介質(zhì)：噴淋式,將水以水滴或水膜的形式分散于

空氣中。（四）高錳酸鉀法除鐵3Fe2++MnO4-+2H2O=3Fe3+根據(jù)亨利定律：

C—?dú)怏w溶解度；

P—該氣體在水面上的分壓力；

H—亨利系數(shù)。

氣泡式，P大，所以易于溶O2。噴淋式，P小，所以易于散除CO2。常用的曝氣裝置壓縮空氣曝氣：水射器曝氣利用空壓機(jī)進(jìn)行曝氣跌水曝氣跌水曝氣曝氣塔根據(jù)亨利定律：氣泡式，P大，所以易于溶O2。常用的曝氣裝置壓圖10-2

射流曝氣除鐵系統(tǒng)

1-深井泵；2-射流泵；3-除鐵濾池圖10-3

配水跌水曝氣

1-配水室；2-配水渠；3-曝氣室；4-進(jìn)水室；5-U型進(jìn)水管；6-天然錳砂無閥濾池圖10-2射流曝氣除鐵系統(tǒng)圖10-3配水跌水曝氣圖10-4表面葉輪曝氣裝置1-曝氣葉輪；2-曝氣反應(yīng)池；3-石英砂無閥濾池圖10-5曝氣除鐵塔1-焦炭層30-40cm；2-浮球閥圖10-4表面葉輪曝氣裝置圖10-5曝氣除鐵塔4.地下水除錳（一）錳的存在形態(tài)及性質(zhì)1.水中主要是Mn2+。2.錳和鐵共存。3.提高pH，有利于鐵(Fe2+)、錳(Mn2+)的氧化。（二）除錳的方法含Mn2+地下水曝氣后，經(jīng)濾層過濾，能使高價錳的氧化物逐漸附著在濾料表面上，形成錳質(zhì)活性濾膜，使其成為黑色或暗褐色的“錳質(zhì)熟砂”有接觸催化作用，提高氧化速度，使Mn2+在較低的pH條件下，就能氧化為高價錳而從水中除去。首先Mn2+被濾膜吸附，然后再被溶解氧氧化，又生成新的濾膜物質(zhì)，是自動催化過程。催化劑Mn3O4

。4.地下水除錳（一）錳的存在形態(tài)及性質(zhì)鐵的氧化還原電位比錳低，F(xiàn)e2+對高價錳便成為還原劑，因此，F(xiàn)e2+能大大阻礙Mn2+的氧化。（三）存在問題

2Fe2++MnO2+H2O=2Fe3++Mn2++4OH-所以，只有在水中基本不存Fe2+在的情況下，Mn2+才能被氧化。鐵的氧化還原電位比錳低，F(xiàn)e2+對高價錳便成為還原

(四）工藝流程為除錳一般要將水的pH提高到7.5左右，含錳地下水絕大多數(shù)低于7.5，所以曝氣散除水中CO2，提高pH，在地下水中鐵錳共存的情況下，一般要先除Fe2+，后除Mn2+（首先吸附Fe2+，然后吸附Mn2+）水中Fe2+、Mn2+含量均較低時，可經(jīng)過一級過濾去除。其流程為：曝氣除Fe2+、Mn2+濾池消毒含F(xiàn)e2+、Mn2+地下水出水O2CO2(四）工藝流程曝氣除Fe2+、Mn2+濾池消毒含F(xiàn)e圖10-6除鐵除錳雙層濾池圖10-6除鐵除錳雙層濾池當(dāng)Fe2+、Mn2+含量較高時，可采用兩級過濾

單級過濾：系統(tǒng)簡單、費(fèi)用較低、當(dāng)Fe2+、Mn2+含量較低時，宜優(yōu)先考慮采用。(Mn2+1.5mg/L,Fe2+5mg/L)雙級過濾：可靠、但系統(tǒng)復(fù)雜、費(fèi)用較高。當(dāng)Fe2+、Mn2+較高，或含Mn2+一般而含F(xiàn)e2+量很高時，宜采用二級過濾處理流程。曝氣除Fe2+濾池充分曝氣除Mn2+濾池含F(xiàn)e2+、Mn2+地下水出水消毒O2O2當(dāng)Fe2+、Mn2+含量較高時，可采用兩級過濾授課教師：魯金鳳南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院第九講消毒授課教師：魯金鳳第九講消毒內(nèi)容消毒概述氯消毒其他消毒法內(nèi)容9.1概述（一）消毒定義：將水體中的病原微生物(pathogenicorganisms)滅活，使之減少到可以接受的程度。評價指標(biāo)：生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB5749-2006）消毒與滅菌的區(qū)別9.1概述（一）消毒定義：消毒與滅菌的區(qū)別消毒方法（二）消毒方法化學(xué)藥劑法物理法機(jī)械法氯消毒氯胺消毒臭氧消毒二氧化氯消毒紫外線消毒射線消毒格網(wǎng)膜消毒方法（二）消毒方法化學(xué)藥劑法物理法機(jī)械法氯消毒氯胺消毒臭9.2氯消毒9.2.1氯消毒原理

1、氯與水的作用氯易溶于水中，在清水中，發(fā)生下列反應(yīng)：Cl2+H2OHOCl+H++Cl-HOClH++OCl-平衡常數(shù)為

HOCl和OCl-的比例與水中溫度和pH有關(guān)。

與溫度有關(guān)9.2氯消毒9.2.1氯消毒原理與溫度有關(guān)圖9-1不同pH值和水溫時，水中HClO和ClO-的比例HClO的殺菌能力比ClO-高70-80倍圖9-1不同pH值和水溫時，水中HClO和ClO-的比例H表1不同pH值下，HOCl和OCl-的相對濃度分布百分?jǐn)?shù)總Cl（%）pHHOCl（%）OCl-（%）6.096

47.079217.555458.028728.511899.0

496pH高時，OCl-較多pH>9，OCl-接近100%；pH<6，HOCl接近100%；pH=7.54,[HOCl]=[OCl-]表1不同pH值下，HOCl和OCl-的相對濃度分布百分?jǐn)?shù)2、氯與氨的作用

如果水中存在氨，氯和氨會發(fā)生如下反應(yīng)：

NH3+HOClNH2Cl+H2ONH2Cl+HOClNHCl2+H2ONHCl2+HOClNCl3+H2O

其比例與pH有關(guān)。

pH>9，一氯胺占優(yōu)勢；

pH為7時，一氯胺和二氯胺同時存在；

pH<6.5時，二氯胺為主導(dǎo)；

pH<4.5時，三氯胺為主。化合性氯消毒HClO是自由氯消毒2、氯與氨的作用如果水中存在氨，氯和氨會發(fā)生如下

3.余氯及其分類

為了保證水中所有的病原菌都能確實(shí)地受到氯的作用，水加氯接觸一定時間后，所投加的氯除與細(xì)菌和雜質(zhì)作用消耗外，應(yīng)該還有適量的氯留在水中以保證持續(xù)殺菌能力，這部分剩余的氯稱為余氯。余氯根據(jù)氯的存在形式也分為：自由性或游離性余氯（freeavailablechlorine）：HOCl、OCl-化合性或結(jié)合性余氯（combinedavailablechlorine）：氯胺3.余氯及其分類為了保證水中所有的病原菌都能9.2.2加氯量

加氯量＝需氯量＋余氯需氯量：滅活水中微生物、氧化有機(jī)物和還原性物質(zhì)所消耗的氯的量。余氯：出廠水接觸30分后余氯不低于0.3mg/L；在管網(wǎng)末梢不應(yīng)低于0.05mg/L。9.2.2加氯量加氯量＝需氯量＋余氯加氯曲線（三種情況）

水中無任何微生物、有機(jī)物等，需氯量為0，加氯量＝余氯，圖9-2中的①；水中有機(jī)物較少時，需氯量滿足以后就是余氯。圖9-2中的②；

當(dāng)水中的污染物主要是氨和氮化合物時，情況復(fù)雜。圖9-2加氯量與余氯關(guān)系加氯曲線（三種情況）水中無任何微生物、有機(jī)物等，需氯量折點(diǎn)加氯法加氯量超過折點(diǎn)需要量：折點(diǎn)氯化當(dāng)原水游離氨<0.3mg/L時→→加氯量控制在折點(diǎn)后當(dāng)原水游離氨>0.5mg/L時→→加氯量控制在峰點(diǎn)前無余氯余氯為化合性氯氨與氯氨繼續(xù)被氧化既有化合性余氯，又有游離性余氯圖9-3需氯量曲線折點(diǎn)加氯法加氯量超過折點(diǎn)需要量：折點(diǎn)氯化無余氯余氯為化合性氯9.2.3氯化消毒副產(chǎn)物氯與有機(jī)物反應(yīng)會生成有機(jī)氯消毒副產(chǎn)物：

氯消毒的副產(chǎn)物主要有三鹵甲烷（THMs）、鹵乙酸（HAAs)等THMs:

CHCl3、CHBrCl2、CHBr2Cl、CHBr3HAAs：一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸、二溴乙酸、氯溴乙酸、一溴二氯乙酸、二溴一氯乙酸、三溴乙酸《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749-2006中對THMs和HAAs濃度的限定：THMs中，CHCl3≤60μg/L，CHBrCl2≤60μg/L，CHBr2Cl≤100μg/L，CHBr3≤100μg/L；HAAs中，二氯乙酸≤50μg/L，三氯乙酸≤100μg/L。9.2.3氯化消毒副產(chǎn)物氯與有機(jī)物反應(yīng)會生成有機(jī)氯消氯化消毒副產(chǎn)物未鑒定鹵代有機(jī)物氯化消毒副產(chǎn)物未鑒定鹵代9.2.4加氯點(diǎn)消毒：在濾后水中加氯預(yù)氯化：加混凝劑時投加氯。

預(yù)氯化作用：氧化水中的有機(jī)物；助凝；防止青苔滋生；延長氯胺消毒接觸時間預(yù)氯化的加氯量：維持在AH段9.2.4加氯點(diǎn)消毒：在濾后水中加氯9.2.5加氯設(shè)備、加氯間和氯庫

加氯機(jī)：轉(zhuǎn)子加氯機(jī)，自動加氯機(jī)需配以相應(yīng)的自動檢測與控制設(shè)備。

加氯間：可以和氯庫合建，是安置加氯設(shè)備的操作間

氯庫：是儲備氯瓶的倉庫。加氯間與氯庫應(yīng)有通風(fēng)、照明、防火、保溫、報警、事故處理等措施。9.2.5加氯設(shè)備、加氯間和氯庫9.3其它消毒方法9.3.1二氧化氯消毒1.二氧化氯特性ClO2在常溫下是一種黃綠色氣體，極不穩(wěn)定，與Cl2氣味相似，氣態(tài)和液態(tài)ClO2均易爆炸，故必須以水溶液的形式現(xiàn)場制取。易溶于水，溶解度比Cl2高5倍,ClO2在水中是純粹的溶解狀態(tài)，不與水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)；消毒作用受水的pH影響很小，在較高的PH值下，消毒能力比Cl2強(qiáng)。9.3其它消毒方法9.3.1二氧化氯消毒2.作用機(jī)理

ClO2既是消毒劑又是氧化能力很強(qiáng)的氧化劑，對細(xì)菌的細(xì)胞壁具有較強(qiáng)的吸附和穿透能力，能有效地破壞細(xì)菌內(nèi)含巰基的酶；ClO2可快速控制微生物蛋白質(zhì)的合成，故ClO2對細(xì)菌、病毒等有很強(qiáng)的滅活能力。3.制備方法及投量

（1）亞氯酸鈉和氯制取

（2）酸與亞氯酸鈉制取投量：ClO2的投加量約為1.0～2.0mg/L。2.作用機(jī)理4.優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：不會與水中有機(jī)物作用生成三鹵甲烷,不會生成氯酚；ClO2余量能在管網(wǎng)中保持很長的時間，即衰減速度比氯慢；ClO2不水解，消毒受PH影響較小；作為氧化劑，能去除或降低水的色、嗅及鐵、錳、酚等物質(zhì)。

缺點(diǎn)：ClO2和副產(chǎn)物ClO2－對人體血紅細(xì)胞、神經(jīng)系統(tǒng)及生殖系統(tǒng)有害。美國要求水中剩余ClO2和ClO2－的總量≤1.0mg/L4.優(yōu)缺點(diǎn)美國要求水中剩余ClO2和ClO2－的總量≤1.9.3.2氯胺消毒Cl2氨+氯胺液氨硫酸氨氯化氨3

：

16

：

1投加方式：一般先加氨，再加氯。這樣就可以減小氯臭，尤其是水中含酚時；且能保證管網(wǎng)較長時的余氯量9.3.2氯胺消毒Cl2氨+氯胺液氨硫酸氨氯化氨3優(yōu)點(diǎn)

水中含有有機(jī)物和酚時，氯氨消毒不會產(chǎn)生氯臭和氯酚臭；可大大減小THMs等消毒副產(chǎn)物；能保持水中余氯較久，可用于供水管網(wǎng)較長的情況。缺點(diǎn)

消毒作用緩慢，殺菌能力比自由氯弱

優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)9.3.3臭氧消毒1.臭氧特性

臭氧（O3）常溫常壓下呈淡藍(lán)色、強(qiáng)烈的刺激性氣體，密度為空氣的1.7倍，易溶于水，在空氣或水中均易分解消失。對人體健康有影響。2.臭氧的產(chǎn)生

采用臭氧發(fā)生器制備，在現(xiàn)場用空氣或純氧通過臭氧發(fā)生器高壓放電產(chǎn)生。9.3.3臭氧消毒1.臭氧特性臭氧發(fā)生器圖9-4管式臭氧發(fā)生器臭氧發(fā)生器圖9-4管式臭氧發(fā)生器臭氧消毒作用機(jī)理

O3具有很高的氧化電位，容易通過微生物細(xì)胞膜擴(kuò)散，并能通過氧化微生物細(xì)胞的有機(jī)物或破壞有機(jī)體鏈狀結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡，臭氧消毒后水中瞬間失去活性。

臭氧對甲第蟲、隱孢子蟲有很好的殺滅效果;

臭氧分解產(chǎn)生的?OH是更強(qiáng)的氧化劑（E0=2.8V)；由于臭氧在水中不穩(wěn)定，易散失，因此在O3消毒之后，需投加少量的氯以維持水中剩余消毒劑；臭氧消毒產(chǎn)生的三鹵甲烷等消毒副產(chǎn)物較少，但會生成溴酸鹽副產(chǎn)物臭氧消毒特點(diǎn)：臭氧消毒作用機(jī)理O3具有很高的氧化電位，容易通過微生9.3.4次氯酸鈉消毒次氯酸鈉消毒通常用于小型水廠，因其易分解，常用次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場制取，反應(yīng)如下：

NaCl+H2ONaOCl+H2次氯酸鈉也是強(qiáng)氧化劑和消毒劑，但消毒效果不如氯。次氯酸鈉的消毒仍靠HOCl。反應(yīng)如下：

NaOCl+H2OHOCl+NaOH9.3.4次氯酸鈉消毒9.3.5漂白粉消毒漂白粉由氯氣和石灰加工而成，分子式可簡單表示為CaOCl2，有效氯約30%。

漂白粉的消毒也靠HOCl。加入水后反應(yīng)如下：

2CaOCl2+H2O2HOCl+Ca(OH)2+CaCl2漂白粉需配成溶液加注，溶解時先調(diào)成糊狀，然后再加水配成1.0%-2.0%（以有效氯計）濃度的溶液；投加到濾后水中時，溶液要經(jīng)過4-24h澄清，以免雜質(zhì)帶進(jìn)清水中。9.3.5漂白粉消毒漂白粉需配成溶液加注，溶解時先調(diào)成糊紫外線消毒紫外線消毒優(yōu)點(diǎn)：不產(chǎn)生THMs等消毒副產(chǎn)物；速度快、不影響水的物理化學(xué)性質(zhì)，處理后水無色無味；操作簡單。缺點(diǎn)：消毒效果易受水中懸浮物質(zhì)影響；消毒后不能防止水在管網(wǎng)中再度污染；電耗大，消毒費(fèi)用高；紫外燈管壽命低紫外線消毒優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：紫外線消毒優(yōu)缺點(diǎn)授課教師：魯金鳳南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院第十一講水的其他處理方法授課教師：魯金鳳第十一講水的其他處理方法內(nèi)容

地下水除鐵除錳活性炭吸附法水的除氟內(nèi)容1.地下水中含鐵特征分布普遍含鐵量一般小于5~10mg/L鐵和錳共存于地下水中，含鐵量高于含錳量，從含鐵量來看：10mg/L較多；

20~30mg/L較少；

30mg/L罕見。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：Fe≯0.3mg/L,Mn≯0.1mg/L

10.1地下水除鐵方法1.地下水中含鐵特征10.1地下水除鐵方法含鐵形態(tài):以溶解性鐵的化合物存在

地表水中：Fe3+、Mn4+在正常水中（pH5）的溶解度極小。我國地下水pH=5~8，多數(shù)在6.0~7.5，在地表水中含有溶解氧，鐵、錳主要以不溶解Fe(OH)3、MnO2狀態(tài)存在，所以鐵、錳含量不高。

地下水、湖泊和水庫：這些深層水中缺少溶解氧，以至使Fe3+和Mn4+還原成為溶解的Fe2+和Mn2+，因而鐵的含量較高，需加以處理。含鐵形態(tài):以溶解性鐵的化合物存在2.地下水除鐵方法除鐵對象：Fe2+及水合離子形式的二價鐵Fe2+或Fe3+形成的絡(luò)合物除鐵原理：將溶解性的Fe2+轉(zhuǎn)化成不溶性的三價鐵，之后過濾去除。地下水除鐵的方法氧化法沉淀法（石灰處理法）離子交換法掩蔽法自然氧化法接觸氧化法

空氣氧化法藥劑氧化法Cl2氧化法KMnO4氧化法2.地下水除鐵方法除鐵對象：Fe2+及水合離子形式的二價鐵除（一）自然氧化法的原理（曝氣氧化法）1.氧化反應(yīng)生成沉淀后→分離（沉淀、過濾）2.亞鐵氧化過程

4Fe2++O2+2H2O=4Fe3++4OH-

（氧化）（1）

Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3H+

（水解）（2）將（1）+（2）4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+A.實(shí)際需氧量

a—過剩溶氧系數(shù)（一般2~5）

B.氧化速度

k—反應(yīng)速度常數(shù)，其值與溫度有關(guān)。（一）自然氧化法的原理（曝氣氧化法）pH、溫度對Fe2+氧化速率的影響都很大，pH↑1，OH-↑10倍，氧化速度↑100倍；溫度↑15℃，反應(yīng)速度↑10倍。∴低溫、低pH氧化速度相當(dāng)慢，甚至達(dá)一周以上，也不能達(dá)到完全氧化，此外還受堿度、溶解性硅酸等物質(zhì)的影響，(SiO230mg/L).影響二價鐵氧化速率的一些因素圖10-1

二價鐵氧化速率和pH的關(guān)系pH、溫度對Fe2+氧化速率的影響都很大，pH↑1，OH-自然氧化法除鐵流程為：

曝氣的目的：

1.散除CO2，提高pH，增大氧化速度；

2.增加O2；缺點(diǎn)：1.反應(yīng)速率低，需采用較厚的濾層；

2.絮凝體附著力很差，工作周期末水質(zhì)差；

3.工藝流程復(fù)雜，占地大費(fèi)用高；

4.它的適用范圍小，受很多因素影響，設(shè)計前，最好做實(shí)驗(yàn)，否則有可能失敗（pH7，受還原物質(zhì)SiO2影響）

曝氣氧化反應(yīng)沉淀過濾O2CO2含鐵地下水除鐵水自然氧化法除鐵流程為：曝氣的目的：曝氣氧化反（二）接觸氧化法除鐵1.特點(diǎn)原水曝氣后進(jìn)入濾層，在濾層中完成氧化和截留過程。與自然氧化法相比是氧化環(huán)境不同。2.接觸氧化法除鐵理論經(jīng)曝氣后的水，在濾料表面生成的鐵的化合物，有催化作用，除鐵能力強(qiáng)，國外提出有催化作用的是FeOOH(結(jié)晶質(zhì))、我國試驗(yàn)認(rèn)為是Fe(OH)3?2H2O（活性鐵質(zhì)濾膜）,在濾料表面生成的Fe(OH)3?2H2O有催化作用，自然氧化形成的Fe(OH)3無催化能力。（二）接觸氧化法除鐵Fe(OH)3?2H2O（鐵質(zhì)活性濾膜）接觸氧化除鐵過程，是鐵質(zhì)活性濾膜首先以離子交換方式吸附水中的二價鐵離子。

Fe2++Fe(OH)3?2H2O=Fe(OH)2(OFe)?2H2O++H+

當(dāng)水中有溶解氧時，被吸附的二價鐵離子在活性濾膜的催化下迅速氧化并水解，從而使催化劑得到再生：

反應(yīng)生成物又作為催化劑參與反應(yīng)，因此，鐵質(zhì)活性濾膜接觸氧化除鐵是一個自催化過程。Fe(OH)3?2H2O（鐵質(zhì)活性濾膜）接觸氧化除鐵過程，接觸氧化法除鐵特點(diǎn)：鐵質(zhì)活性濾膜具有自催化作用；不受pH限制，大大擴(kuò)大使用范圍。作為載體，錳砂、石英砂作用一樣，但錳砂和石英砂初期吸附容量是不同的。石英砂吸附能力小，開始效果不好。（成熟期一般要2個月）錳砂吸附能力大，開始就能機(jī)械吸附，所以開始效果就好。對所有水都適用，曝氣目的是溶氧，不要求散除CO2，曝氣裝置簡單、高效。水中硅酸（SiO2）對接觸氧化無干擾。接觸氧化法除鐵特點(diǎn)：接觸氧化法流程為：

曝氣接觸氧化

O2除鐵水成熟期水中含鐵量低，成熟期得達(dá)一個月以上；水中含鐵量高，成熟期可能7~8天。加速石英砂成熟過程：加FeSO4,提高Fe2+可使Fe2+達(dá)100~200mg/L,生成濾膜快，3天就可以成熟（人工銹砂）。（三）Cl2化法除鐵2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-每氧化1mg/LFe2+

，需0.64mg/LCl2.。

PH5氧化的很快，國外用的較多，國內(nèi)用的較少，主要因成本較高，要有混合、反應(yīng)、過濾。有時為了省CL2，還要曝氣。水中的有機(jī)鐵、用Cl2氧化效果好。含鐵地下水接觸氧化法流程為：曝氣接觸氧化O2除鐵水成熟期水中