水質(zhì)工程學(xué)-第6章-消毒

第6章消毒將水中的病原微生物滅活，使之減少到可以接受的程度。人體內(nèi)致病微生物主要包括：病菌、原生動(dòng)物胞囊、病毒（如傳染性丙肝病毒、腦膜炎病毒）等。

消毒的概念消毒消毒不同于滅菌滅菌是消滅所有活的微生物。飲用水消毒劑的主要作用a）殺滅飲用水中的病原體；b）消除異味和色度；c）氧化鐵和錳離子；d）強(qiáng)化混凝沉淀和過(guò)濾的作用；e）防止混凝池和沉淀池中藻類的生長(zhǎng)；f）防止管網(wǎng)中病原體再生。艾滋病病毒丙肝病毒小兒麻痹癥病毒消毒次氯酸鈉消毒臭氧消毒紫外線消毒高錳酸鉀消毒氯銨消毒漂白粉消毒氯消毒二氧化氯消毒傳統(tǒng)的消毒方法6.1

氯消毒一、氯消毒原理氯易溶于水中，在清水中，發(fā)生下列反應(yīng)：HOCl和OCl-都有氧化能力，但細(xì)菌帶負(fù)電，故主要通過(guò)HOCl消毒。HOCl為很小的中性分子，可以擴(kuò)散到帶負(fù)電的細(xì)菌表面，并穿過(guò)細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，起氧化作用破壞細(xì)菌的酶系統(tǒng)使細(xì)菌滅亡。Cl2+H2O

HOCl+H++Cl-

HOCl

H++OCl-二、氯消毒的影響因素次氯酸/有效氯=[HOCl]/([HOCl]+[OCl-])=1/(1+[OCl-]/[HOCl])=1/(1+K/[H+])K:離解平衡常數(shù)pH＞9

主要為OCl-

＜6

主要為HOCl

=7.5各為一半左右pH高時(shí)，OCl-較多水中氨氮的影響由于HOCl是主要起消毒作用的物質(zhì)：

HOCl和OCl-的比例與水中溫度和pH有關(guān)。Cl2+H2O

HOCl+H++Cl-

HOCl

H++OCl-圖6-1不同pH值和水溫時(shí)，水中HOCl和OCl-的比例當(dāng)水中有氨存在時(shí)，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：NH3+HOCl

NH2Cl+H2O

NH2Cl+HOCl

NHCl2+H2O

NHCl2+HOCl

NCl3+H2O

反應(yīng)后，一氯胺、二氯胺、三氯胺的含量與pH有關(guān)：pH>9，一氯氨占優(yōu)勢(shì)pH=7，一氯氨和二氯氨同時(shí)存在pH<6.5，二氯氨pH<4.5

三氯氨氯氨的消毒也是依靠HOCl，只有HOCl消耗得差不多時(shí)，反應(yīng)才會(huì)向左移動(dòng)。

因此，采用氯氨消毒需要較長(zhǎng)的接觸時(shí)間。在三種氯氨中，二氯氨消毒效果最好，但有嗅味。三氯氨消毒作用極差，且有惡嗅味。三、化合性氯與自由氯化合性氯(結(jié)合氯)：以氯胺形式存在的氯稱為化合性氯化合性氯消毒自由性氯：以Cl2及HOCl形式存在的氯稱為自由性氯自由性氯消毒四、加氯量余氯：為抑制水中殘余微生物的再度繁殖，管網(wǎng)中尚需維持少量剩余氯。需氯量：用于滅活水里的微生物，氧化有機(jī)物和還原性物質(zhì)等所消耗的氯量。加氯量1.加氯量與余氯量的關(guān)系圖6-2

加氯量與余氯關(guān)系水中無(wú)耗氯性物質(zhì)，如水中無(wú)細(xì)菌、有機(jī)物和還原性物質(zhì)時(shí)，需氯量為0，加氯量等于剩余氯量，該線與坐標(biāo)軸成45°角。當(dāng)原水受到有機(jī)物物污染，氧化這些有機(jī)物需消耗一定的Cl2量，即需氯量。加Cl2量必須超過(guò)需氯量，才能保證一定的剩余Cl2

。交角小于45°。水中有機(jī)物與氯反應(yīng)有快慢，測(cè)定時(shí)，部分尚在反應(yīng)中余氯分解。如次氯酸會(huì)催化分解成鹽酸和氧氣，從而減少余氯量加氯量與余氯量的關(guān)系（折點(diǎn)）表示水中雜質(zhì)把Cl2消耗，余氯為0，消毒效果不可靠。OA氯與氨發(fā)生反應(yīng)，有余氯存在，有消毒效果，余氯為化合性氯。AH產(chǎn)生化合性余氯。但由于加Cl2量增加了，出現(xiàn)氧化。HB已沒(méi)有消耗Cl2的雜質(zhì)了，此時(shí)出現(xiàn)自由性余氯，消毒效果最好。BC反應(yīng)結(jié)果使氯氨被氧化成為一些不起消毒作用的化合物，余氯反而逐漸減少了，最后到最低的折點(diǎn)B。水中的有機(jī)物主要是氨和氮的化合物。余氯量和加氯量的關(guān)系曲線是一折線2.加氯量的確定折點(diǎn)加氯法:加氯量超過(guò)折點(diǎn)出現(xiàn)自由性余氯，消毒效果最好。加氯量超過(guò)折點(diǎn)的需要量時(shí)稱為折點(diǎn)加氯。同時(shí)應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際。根據(jù)試驗(yàn)確定二級(jí)澄清(濾后水)或清潔地下水:1.0-1.5mg/L一級(jí)澄清(濾前):1.5-2.5mg/L根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定五、加氯點(diǎn)過(guò)濾之后加氯1加混凝劑的同時(shí)加氯2中途加氯3消耗氯的物質(zhì)已經(jīng)大部分去除，所以加氯量很少可以氧化水中的有機(jī)物，提高混凝效果保證管網(wǎng)末梢的余氯，同時(shí)又不致使水廠附近管網(wǎng)中的余氯過(guò)高。六、加氯設(shè)備、加氯間和氯庫(kù)加氯機(jī)：轉(zhuǎn)子加氯機(jī)，自動(dòng)加氯機(jī)需配以相應(yīng)的自動(dòng)檢測(cè)與控制設(shè)備。加氯間：可以和氯庫(kù)合建，是安置加氯設(shè)備的操作間。氯庫(kù)：是儲(chǔ)備氯瓶的倉(cāng)庫(kù)。加氯間與氯庫(kù)應(yīng)有通風(fēng)、照明、防火、保溫、報(bào)警、事故處理等措施。錄像：氯庫(kù).MOV氯瓶氯在常溫和一個(gè)大氣壓時(shí)為氣體，加壓至6-8大氣壓或使溫度低于-33.6度時(shí)變成液態(tài)，將氯氣液化后灌入鋼瓶就有利于貯藏和運(yùn)輸。

干燥的氣體和液氯的化學(xué)活動(dòng)性很小，沒(méi)有腐蝕性，但遇到水或受潮化學(xué)活動(dòng)性增強(qiáng)，會(huì)嚴(yán)重腐蝕金屬，因此，必須嚴(yán)格防止水或潮氣進(jìn)入鋼瓶。

液氯氣化時(shí)，要吸收大量的熱，生產(chǎn)上常用自來(lái)水澆灑在氯瓶的外殼上以供給熱量？？?。?/p>

立式氯瓶使用時(shí)要豎放，出氯口在上。

臥式氯瓶有兩個(gè)出氯口，使用時(shí)務(wù)必要放得使兩個(gè)出氯口的連線垂直于水平面，上面一個(gè)出氯口為氣態(tài)氯，下面一個(gè)出氯口為液態(tài)氯。并注意將上面出氯口與加濾機(jī)相連接。

氯氣有毒，運(yùn)行時(shí)要防止漏氣。錄像：負(fù)壓型氯吸收裝置.MOV

Cl

2

+

2

NaOH

=NaOCl

+

NaCl

+

H2O

2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-

2Fe3++Fe=3Fe2+

七、氯化消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷(THMS)鹵乙酸(HAAS)一氯二溴甲烷三氯甲烷二氯一溴甲烷三溴甲烷一氯乙酸二氯乙酸三氯乙酸一溴乙酸二溴乙酸其他消毒6.2

其它消毒方法次氯酸鈉消毒臭氧消毒紫外線消毒氯銨消毒漂白粉消毒二氧化氯消毒一、二氧化氯消毒在常溫下是一種黃綠色的氣體，極不穩(wěn)定，氣態(tài)和液態(tài)ClO2均易爆炸。二氧化氯(ClO2)必須以水溶液的形式現(xiàn)場(chǎng)制取。酸與亞氯酸鈉制取亞氯酸鈉和氯制取制取方法二氧化氯發(fā)生器ClO2既是消毒劑又是氧化能力很強(qiáng)的氧化劑。對(duì)細(xì)菌的細(xì)胞具有較強(qiáng)的吸附和穿透能力，能有效地破壞細(xì)菌內(nèi)含巰基地酶。消毒能力比氯強(qiáng)。ClO2的投加量約為1.0-2.0mg/L。作用機(jī)理特

點(diǎn)ClO2本身和副產(chǎn)物ClO2-對(duì)人體血紅細(xì)胞、神經(jīng)系統(tǒng)及生殖系統(tǒng)有損害。因此，美國(guó)歐洲一些國(guó)家對(duì)水的剩余ClO2和ClO2-的總量做了規(guī)定。制取時(shí)的原料價(jià)格很高，限制了其廣泛應(yīng)用。作為氧化劑，能去除或降低水的色、嗅及鐵、錳、酚等物質(zhì)。ClO2不水解，消毒受pH影響較小。ClO2余量能在管網(wǎng)中保持很長(zhǎng)時(shí)間，即衰減速度比氯慢。不會(huì)與水中有機(jī)物作用生成三鹵甲烷，不會(huì)生成氯酚。二、氯銨消毒優(yōu)點(diǎn)水中含有有機(jī)物和酚時(shí)，氯氨消毒不會(huì)產(chǎn)生氯臭和氯酚臭，同時(shí)可大大減小THMS的可性；能保持水中余氯較久，適用于供水管網(wǎng)較長(zhǎng)的情況。缺點(diǎn)作用緩慢，殺菌能力比自由氯弱。單獨(dú)使用的情況較少。操作方法人工投加氨可以是液氨、硫酸氨或氯化氨。氯和氨的投加量視水質(zhì)不同而有所不同。一般采用氯:氨＝3:1~6:1。采用氯氨消毒時(shí)，一般先加氨，再加氯，這樣就可以減小氯臭。管網(wǎng)長(zhǎng)，也可以先加氯再加氨保證余氯持久。但有資料認(rèn)為，氯和氨同時(shí)投加比先加氨后加氯，可減少有毒副產(chǎn)物(如三鹵甲烷、鹵乙酸等)的生成。三、漂白粉消毒漂白粉由氯氣和石灰加工而成，分子式可簡(jiǎn)單表示為CaOCl2，有效氯為30%。漂白精分子式Ca(OCl)2，有效氯約為60%左右。兩者均為白色粉末，有氯的氣味，易受光、熱河潮氣作用而分解使用氯降低，故必須放在陰涼干燥和通風(fēng)良好的地法。漂白粉加入水中反應(yīng)：反應(yīng)后生成HOCl，因此消毒原理與氯氣相同。漂白粉需配成溶液加注，溶解時(shí)先調(diào)成糊狀物，然后再加水配成1.0-2.0%(以有效氯計(jì))濃度的溶液。當(dāng)投加在濾后水中時(shí)，溶液必須經(jīng)過(guò)約4-24h澄清，以免雜質(zhì)帶進(jìn)清水中；若加入渾水中，則配制后可立即使用。四、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(chǎng)制取，就地投加，不宜貯運(yùn)。反應(yīng)如下：次氯酸鈉(NaOCl)是用發(fā)生器的鈦陽(yáng)極點(diǎn)電解食鹽水而制得，反應(yīng)如下：次氯酸鈉也是強(qiáng)氧化劑和消毒劑，但消毒效果不如氯強(qiáng)。消毒作用仍依靠HOCl。反應(yīng)如下：五、臭氧消毒常溫常壓下呈淡藍(lán)色、強(qiáng)烈的刺激性氣體密度為空氣的1.7倍，易溶于水。臭氧對(duì)人體健康有影響。臭氧特性臭氧發(fā)生器，在現(xiàn)場(chǎng)用空氣或純氧通過(guò)臭氧發(fā)生器高壓放電產(chǎn)生。臭氧的產(chǎn)生既是氧化劑，又是消毒劑，在水中投入臭氧進(jìn)行消毒或氧化通稱臭氧化。作用主要靠·OH的作用，它的氧化作用極強(qiáng)(E0＝3.06V)。但作為消毒劑，由于臭氧在水中不穩(wěn)定，易散失，因此在O3消毒之后，往往需要投加少量的氯等以維持水中剩余消毒劑。臭氧消毒的副產(chǎn)物比氯消毒時(shí)少，但也有可能產(chǎn)生三鹵甲烷，溴酸鹽等副產(chǎn)物，此外臭氧消毒的生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜，投資較大，電耗也較高，目前我國(guó)很少應(yīng)用。臭氧消毒的特點(diǎn)六、紫外線消毒七、消毒方法的比較與選擇消毒劑分子式主要特點(diǎn)適用條件液氯Cl2優(yōu)點(diǎn)：1．具有余氯的持續(xù)消毒作用；2．成本較低，不需要龐大的設(shè)備；3．操作簡(jiǎn)單，投量準(zhǔn)確；4．可氧化鐵、錳等物質(zhì)。缺點(diǎn)：1．當(dāng)原水遭受污染（特別是遭受有機(jī)污染）時(shí)，加氯后容易產(chǎn)生鹵代烴類有機(jī)物，其中有的是致癌或可疑致癌物；2．結(jié)合氯消毒時(shí)，產(chǎn)生氯酚味；3．氯氣有毒，使用時(shí)需注意安全，配備防毒設(shè)施。液氯供應(yīng)方便的地點(diǎn)氯胺NH2Cl、NHCl2優(yōu)點(diǎn)：1．能減低三鹵甲烷和氯酚的產(chǎn)生；2．能延長(zhǎng)管網(wǎng)中余氯的持續(xù)時(shí)間，抑止細(xì)菌生成，防止管網(wǎng)中鐵細(xì)菌的繁殖；3．可降低加氯量，減輕氯消毒時(shí)所產(chǎn)生的氯酚味或氯味。缺點(diǎn)：1．消毒作用慢，接觸時(shí)間長(zhǎng)；2．需增加氨設(shè)備，管理維護(hù)較麻煩。原水受有機(jī)物污染以及配水管網(wǎng)較長(zhǎng)時(shí)二氧化氯ClO2優(yōu)點(diǎn)：1．不會(huì)產(chǎn)生有機(jī)氯化物；2．較自由氯消毒效果好；3．具有較強(qiáng)氧化作用，可除嗅、去色、氧化鐵、錳等物質(zhì)。缺點(diǎn)：1．不能儲(chǔ)存，須現(xiàn)場(chǎng)制備；2．制取設(shè)備較復(fù)雜，操作管理要求高；3．成本較高。1．液氯供應(yīng)不方便及配水管網(wǎng)較長(zhǎng)時(shí)；2．小型水廠。臭氧O3優(yōu)點(diǎn)：1．具有強(qiáng)氧化能力，是最活潑等氧化劑之一，對(duì)微生物、病毒、芽孢等均具有殺滅能力。消毒效果好，接觸時(shí)間短；2．能除嗅、去色、氧化鐵、錳等物質(zhì)；3．不會(huì)產(chǎn)生有機(jī)氯化物；4．能除酚，不會(huì)產(chǎn)生氯酚味。缺點(diǎn)：1．基建投資大，經(jīng)常耗電費(fèi)用高，制水成本較高；2．O3在水中不穩(wěn)定，易揮發(fā)，無(wú)余氯持續(xù)消毒作用；3．設(shè)備復(fù)雜，操作管理維護(hù)麻煩。1．有機(jī)物污染嚴(yán)重且電力供應(yīng)充足處；2．原水需預(yù)處理時(shí)。3．深度處理時(shí)。紫外線優(yōu)點(diǎn)：處理后的水無(wú)味無(wú)色，不會(huì)產(chǎn)生有害副產(chǎn)