第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物課件

第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物2022/11/5第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物2022/11/2第5章飲1飲用水消毒的必要性

消毒是給水處理工藝中的重要組成部分。在供水系統(tǒng)中,消毒是最后一道處理工藝,是保證用戶安全用水、防止通過供水管網(wǎng)傳播各種傳染病的必不可少的措施。19世紀中葉,人類歷史第一次將水質(zhì)與人體健康直接聯(lián)系起來,正是認識到嚴重危害生命的霍亂、傷寒、痢疾等傳染病是微生物通過飲用水傳播的。20世紀初發(fā)現(xiàn)氯可以滅活水傳致病微生物后,氯消毒在給水處理中得到廣泛應用,成為保護人體健康的重要技術進步之一。但自20世紀70年代發(fā)現(xiàn)氯消毒產(chǎn)生有“三致”作用的消毒副產(chǎn)物以后,對氯消毒技術的優(yōu)化和再評價成為一個熱點。飲用水中不斷發(fā)現(xiàn)新的病原微生物,如微小似病毒、賈第蟲、軍團菌和隱孢子蟲等。飲用水中越來越多的致病微生物種類對飲用者健康構成直接威脅,而且部分新型致病微生物如隱孢子蟲等不能被氯殺死。此外，給水管網(wǎng)的生物穩(wěn)定性問題對常規(guī)氯消毒技術的挑戰(zhàn)越來越多的研究證實如果出廠水含有足夠多的生物可降解的有機物時,即使維持足夠多的余氯,細菌仍然會在給水管網(wǎng)內(nèi)再繁殖。這些問題對飲用水的安全性構成了嚴重威脅,因此消毒技術的優(yōu)化和發(fā)展成為十分緊迫的問題。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物飲用水消毒的必要性消毒是給水處理工藝中的重要組成部分。在供2飲用水消毒的主要技術氯消毒（液氯消毒和氯胺消毒法）二氧化氯消毒紫外線消毒臭氧消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物飲用水消毒的主要技術氯消毒（液氯消毒和氯胺消毒法）第5章飲用3第1部分氯消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物第1部分氯消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物4氯消毒的優(yōu)點和應用氯消毒使用最早，已成功地應用了一個多世紀,由于其具有價格便宜、容易使用、殺滅細菌能力強及在水中持續(xù)時間較長等優(yōu)點至今仍為許多國家廣泛采用,成為保證飲水流行病學安全的主要措施。美國自來水廠中約有94.5%采用氯消毒，中國99.5%以上自來水廠采用氯消毒。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯消毒的優(yōu)點和應用氯消毒使用最早，已成功地應用了一個多世紀,5氯消毒的缺點消毒產(chǎn)生的副產(chǎn)物長期使用氯消毒，會使病原微生物或多或少的產(chǎn)生了抗藥性余氯的增加,必然導致飲用水的口感變差第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯消毒的缺點消毒產(chǎn)生的副產(chǎn)物第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)6液氯消毒作用的機理一般認為，主要通過次氯酸HClO來起作用。當氯或次氯酸加入到水中時會先水解、解離,主要形成HClO、ClO-等物質(zhì)，由于HClO為分子量很小的電中性分子,比較容易滲透到帶負電的細菌表面，并通過細胞壁穿透到細菌內(nèi)部，通過氧化作用破壞細菌的酶系統(tǒng)而使細菌死亡。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物液氯消毒作用的機理一般認為，主要通過次氯酸H7氯胺消毒20世紀50年代，氯胺用于飲用水消毒盛行一時,但因其對微生物的滅活能力較游離氯弱而逐漸被淘汰。近年來由于氯胺消毒能夠減少消毒過程中三氯甲烷的產(chǎn)生而再度引起關注。如美國為控制飲用水中的三氯甲烷含量，1998年已有29.4%的水廠使用了氯胺消毒，且比例在逐步提高。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯胺消毒20世紀50年代，氯胺用于飲用水消毒盛行一時,但因其8氯胺消毒機理和優(yōu)缺點氯胺是一種復雜的無機氯胺和有機氯胺的混合物,其消毒原理是通過緩慢釋放次氯酸而消毒的。優(yōu)點:當水中含有有機物和酚時,氯胺消毒不會產(chǎn)生氯臭和氯酚臭,同時大大減少THM產(chǎn)生的可能氯胺消毒更能保證管網(wǎng)末梢和慢流地區(qū)的余氯要求,因為HClO是逐漸放出來的,這樣能保持水中余氯較久,適用于供水管網(wǎng)較長的情況。缺點：但氯胺消毒要求氯胺長時間與水接觸才能獲得與氯消毒相同的作用,而且氯胺對人體健康存在著潛在的影響,由它導致產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物的毒性更強,因此，用氯胺消毒應慎重。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯胺消毒機理和優(yōu)缺點氯胺是一種復雜的無機氯胺和有機氯胺的混合9氯化消毒副產(chǎn)物問題由來1974年美國的Rook和Bellar相繼發(fā)現(xiàn)在飲水氯化消毒過程中,有三鹵甲烷等副產(chǎn)物的生成。1976年,美國國立癌癥研究所首次證實三鹵甲烷中的氯仿能引起實驗動物發(fā)生腫瘤。這些研究一經(jīng)報道,立刻引起普遍關注,飲水氯化消毒的安全性問題,尤其是圍繞飲水消毒副產(chǎn)物(disinfectionby_products,DBPs),特別是氯化消毒副產(chǎn)物(CDBPs)對健康的影響便成為眾多研究者的主要研究課題。目前已檢測到的CDBPs多達數(shù)百種。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物問題由來1974年美國的Rook和Bellar10氯化消毒副產(chǎn)物的種類第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物的種類第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物11氯化消毒副產(chǎn)物的危害在CDBPs的流行病學研究方面,主要圍繞在癌癥、生殖毒性和心血管疾病三個方面。三鹵甲烷(THMS):某些動物實驗表明,一定劑量的THMS可以誘導肝、腎細胞毒性。鹵乙酸(HAAS):動物實驗發(fā)現(xiàn),HAAS具有致癌、生殖、發(fā)育毒性,并且發(fā)現(xiàn)高劑量的DCAA有明顯的神經(jīng)毒性,當DCAA和TCAA的劑量增高時,可以引起心臟畸形。研究調(diào)查表明,CDBPs與膀胱癌、結腸癌、直腸癌、胰腺癌、腦癌與肺癌等具有一定的相關性,可增加孕婦早期流產(chǎn)的危險性并可使嬰兒患中樞神經(jīng)缺陷癥,與心血管疾病的關系還有待進一步研究。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物的危害在CDBPs的流行病學研究方面,主要圍繞12

三鹵甲烷與鹵乙酸的單位致癌風險

第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物

三鹵甲烷與鹵乙酸的單位致癌風險

第5章飲用水消毒技術及其消13氯化消毒副產(chǎn)物形成機理在氯化消毒過程中,水中天然有機物,如腐殖酸、富里酸和藻類與加入水中的氯發(fā)生取代、加成和氧化反應生成CDBPs。飲用水加氯消毒,HOCl等消毒劑既是氧化劑,也是親電加成試劑。THMs的形成過程可分為兩個步驟,第一步是氯原子對前體物質(zhì)的取代與加成反應,第二步是前體物質(zhì)中的烯醇式結構發(fā)生互變異構形成醛酮結構,經(jīng)歷開環(huán)、水解、脫羧,逐步生成THMs。對HAAs的形成機理研究雖然不及THMs深入，但普遍認為NOM也是生成HAAs等的主要前體物質(zhì)，且HAAs的主要存在形式三氯乙酸(TCAA)并不是由二氯乙酸(DCAA)進一步氯化生成，兩者分別由不同的反應途徑生成，TCAA的形成與腐殖酸的芳香環(huán)斷裂有關,DCAA的形成與腐殖酸上芳香環(huán)和含氮官能團的多少有關。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物形成機理在氯化消毒過程中,水中天然有機物,如腐14氯化消毒副產(chǎn)物形成的主要影響因素對三氯甲烷等的動力學研究表明,CDBPs的生成屬于二級反應，主要與有機化合物的濃度和投氯量有關,并受反應時間、pH值、水溫、Br-及金屬離子濃度、氨等多種因素的影響。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物形成的主要影響因素對三氯甲烷15氯化消毒副產(chǎn)物形成的影響因素1－21原水中腐殖酸等有機物含量越高，CDBPs的生成量越大，且與有機物的性質(zhì)、成分等有關。疏水性成分對THMs的貢獻率比相應的親水性成分要大，疏水性有機堿和中性物質(zhì)生成HAAs的能力強。2投氯量對CDBPs的影響表現(xiàn)在兩個方面。

一方面,投氯量影響CDBPs的濃度水平,在低于某一比例時，CDBPs隨投氯量增加而增加,但投氯量達到某一特定值時,CDBPs不再隨投氯量增加;另一方面，投氯量影響CDBPs的種類分布,在低投氯量時,腐殖酸、富里酸氯化的主要產(chǎn)物為三氯甲烷,其次為二氯乙酸和三氯乙酸;在高投氯量時,上述物質(zhì)的氯化主要產(chǎn)物為三氯乙酸,三氯甲烷次之,最后是二氯乙酸。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物形成的影響因素1－21原水中腐殖酸等有機物16氯化消毒副產(chǎn)物形成的影響因素3－43pH值對CDBPs的影響顯著。研究發(fā)現(xiàn),THMs的生成量在中性和弱堿性條件下較大,在酸性條件下較少。但Bocye等證實在低pH值下,仍然有三氯甲烷生成。Rebenne研究了較寬pH值范圍下間苯二酚型化合物和HOCl的反應,認為反應表觀速率常數(shù)Kapp的變化與pH有關,在中性和弱堿性條件下Kapp極大而在酸性條件下Kapp極小。三鹵甲烷更容易在pH值高的水樣中生成。因此,為提高消毒效果及減少消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生,水樣的pH值不宜過高,凈水工藝中,?？刂苝H值在6·5~7·5之間4反應溫度低可減少CDBPs的產(chǎn)生。研究證實,溫度增加10℃,THMs的產(chǎn)生速率增加一倍。一般來說,夏天因為水溫高而產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物濃度相應比較高,冬天水溫低消毒副產(chǎn)物的濃度就比較低。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物形成的影響因素3－43pH值對CDBPs的17氯化消毒副產(chǎn)物形成的影響因素5－65Br-影響CDBPs的種類分布。當水中尤其是地下水中存在一定濃度的Br-時,Br-首先被氧化成HOBr,它們與有機物反應生成三溴甲烷和其他溴代副產(chǎn)物。在高溴水氯化時,發(fā)現(xiàn)地表水氯化產(chǎn)物存在三溴乙酸和溴氯代乙酸，其中85%的THMs和HAAs是溴代物。水中溴化物的含量與處理出水中氯仿含量與溴-氯型THM的比例有密切的關系。當源水中有機物含量一定時,隨溴化物濃度的增加,經(jīng)氯消毒處理后,不僅THM的生成量隨之明顯增加,而且溴代THM物質(zhì)的比例亦明顯增加。6水中微量金屬離子或管網(wǎng)材質(zhì)對CDBPs也具有影響。Cu2+可催化腐殖酸等形成CHCl3,且主要是對腐殖酸中檸檬酸結構的活性基團起催化作用。Fe0對HAAs具有一定的脫鹵降解作用。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物形成的影響因素5－65Br-影響CDBPs18氯化消毒副產(chǎn)物形成的影響因素77氨對三鹵甲烷的形成具有明顯的抑制作用。隨著水樣中氨的投加量的增加，三鹵甲烷的生成量明顯減少。水中存在一定濃度的氨氮有利于抑制三鹵甲烷的生成。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物形成的影響因素77氨對三鹵甲烷的形成具有明19國內(nèi)外飲用水消毒副產(chǎn)物標準第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物國內(nèi)外飲用水消毒副產(chǎn)物標準第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物20氯化消毒副產(chǎn)物的濃度水平

澳大利亞對飲用水中CDBPs分布情況進行了分析,發(fā)現(xiàn)液氯消毒方式、THMS、HAAS的含量分別占DBPS的46%、42%;氯胺消毒分別為24%、54%,也就是說加氯消毒主要的副產(chǎn)物是THMS和HAAS,兩者含量之和占全部DBPS的80%以上。Kransner調(diào)查了美國35個水廠的水質(zhì),THMs為20～44μg/L，HAAs為13～20μg/L。Williams測定了加拿大52個主要城市的出廠水,THMs為16.8～33.5μg/L，DCAA為13.2～21.1μg/L，TCAA為27.8～34.0μg/L。黃君禮調(diào)查了24個城市自來水中的氯仿,大部分城市管網(wǎng)水中的氯仿濃度為15～46.7μg/L;岳舜琳調(diào)查研究了12個城市自來水的出廠水質(zhì)，氯仿的平均濃度為4.4～28μg/L，最高可達111hg/L;劉文君等調(diào)查了北京市9個自來水廠的出廠水和管網(wǎng)水的HAAs,以地下水為水源的出廠水中HAAs為0.7～5.7μg/L,以地表水為水源的出廠水和管網(wǎng)水中HAAs分別為7.5～28.0μg/L和7.9～23.3μg/L。香港1997年對19個地區(qū)飲用水進行了THMS(四個組分)的監(jiān)測,THMS的含量在未檢出~104·68μg/L,并且發(fā)現(xiàn)4個地區(qū)飲用水中THMS超過了100μg/L。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物的濃度水平

澳大利亞對飲用水中CDBPs分布情21氯化消毒副產(chǎn)物的控制方法1降低已生成CDBPs的方法2降低CDBPs的前體物質(zhì)3優(yōu)化消毒方法4尋找替代消毒劑第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物的控制方法1降低已生成CDBPs的方法第5章22降低已生成CDBPs的方法CDBPs一旦生成，其去除就比較困難。活性炭吸附活性炭纖維吸附輻射降解第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物降低已生成CDBPs的方法CDBPs一旦生成，其去除23去除CDBPs的前體物的主要方法強化混凝化學氧化法生物預處理臭氧活性炭膜處理第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物去除CDBPs的前體物的主要方法強化混凝第5章飲用水消毒技術24優(yōu)化氯消毒方法陳超等提出的短時游離氯后轉(zhuǎn)氯胺的順序氯化消毒工藝：可使THMs生成減少35.8%~77.0%，HAAs生成減少36.6%~54.8%。此外,嚴格控制投氯量,投氯后充分快速混合,采用中途加氯法等均是控制DBPs的有效途徑。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物優(yōu)化氯消毒方法陳超等提出的短時游離氯后轉(zhuǎn)氯胺25

尋找替代消毒劑

二氧化氯過氧化氫臭氧電化學消毒紫外光催化組合消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物

尋找替代消毒劑

二氧化氯第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物26第2部分二氧化氯消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物第2部分二氧化氯消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副27二氧化氯的發(fā)展二氧化氯是微紅-黃色、強烈刺激性有毒氣體,分子式為ClO2,分子量為67·46,具強氧化性,屬易燃易爆品。1811年二氧化氯由漢弗萊·戴維首先成,用二氧化氯作為消毒劑始于1944年。二氧化氯是一種強力殺菌消毒劑,經(jīng)美國食品藥物管理局(FDA)和美國環(huán)境保護署(EPA)的長期科學試驗被確認為是醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、食品保鮮、環(huán)境、飲水和工業(yè)循環(huán)水等方面殺菌消毒、除臭的理想藥劑，也是被世界衛(wèi)生組織（WHO）所確認的A1級安全高效廣譜強力殺菌劑。

第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物二氧化氯的發(fā)展二氧化氯是微紅-黃色、強烈刺28二氧化氯消毒的應用美國已經(jīng)有1000家左右的自來水廠使用二氧化氯,成為美國在氯和氯胺之后排第三位的消毒劑。在歐洲,使用二氧化氯消毒則更為普遍，目前歐洲已有數(shù)千家水廠采用二氧化氯作為消毒劑，如在德國有70%以上的飲用水廠用二氧化氯作次級消毒處理。因此中國盡管目前二氧化氯在小規(guī)模的給水廠有應用,但大型水廠還未見使用的報道。近年來,我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)級自來水廠采用二氧化氯消毒飲用水日趨增多。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物二氧化氯消毒的應用美國已經(jīng)有1000家左右的自來水廠使用二29二氧化氯的消毒機理通過吸附、滲透作用進入細胞體,氧化細胞內(nèi)酶系統(tǒng)和生物大分子，較好殺滅細菌、病毒,且不對動、植物產(chǎn)生損傷。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物二氧化氯的消毒機理第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物30二氧化氯消毒的優(yōu)點1殺菌效果好、用量少,作用快,消毒作用持續(xù)時間長,可以保持剩余消毒劑量。二氧化氯用于飲用水消毒殺菌效果比氯高5倍。2氧化性強,能分解細胞結構,并能殺死隱孢子蟲，對病毒、放線菌及孢子體的殺滅均優(yōu)于氯，對給水管網(wǎng)中的藻類、厭氧菌、唑鐵細菌均有較強殺滅能力。3能同時控制水中鐵、錳、色、味、嗅。4受溫度和pH影響小，二氧化氯適應pH值范圍寬。5不產(chǎn)生三鹵甲烷和鹵乙酸等副產(chǎn)物,不產(chǎn)生致突變物質(zhì),其Ames試驗和小鼠骨髓嗜多染紅細胞微核試驗均呈陰性結果。與氯消毒相比,二氧化氯能降低致突活性。6二氧化氯與水中有機物的反應為氧化作用,而氯則以取代反應為主，不生成THMs等。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物二氧化氯消毒的優(yōu)點1殺菌效果好、用量少,作用快,消毒作用持31二氧化氯消毒的缺點但二氧化氯的使用還存在一些缺點,影響了二氧化氯的推廣應用，特別是在大型給水處理系統(tǒng)中的應用。

主要缺點:二氧化氯消毒產(chǎn)生無機消毒副產(chǎn)物亞氯酸根離子(ClO2-)和氯酸根離子(ClO3-。ClO2本身有毒,對人體血紅細胞有損害,特別是濃度高的時候,有報道認為,ClO2對人的神經(jīng)系統(tǒng)及生殖系統(tǒng)有損害;ClO2消毒過程中也產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物,目前種類和對人體健康的危害還不清楚。ClO2極不穩(wěn)定,常溫下氣體極易爆炸,必須現(xiàn)場生產(chǎn)使用。二氧化氯的制備、使用還存在一些技術問題,二氧化氯發(fā)生過程操作復雜,試劑價格高或純度低,第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物二氧化氯消毒的缺點但二氧化氯的使用還存在一些缺32二氧化氯消毒的副產(chǎn)物亞氯酸鹽與氯酸鹽會引起少兒神經(jīng)系統(tǒng)效應和貧血。亞氯酸鹽屬于生成高鐵血紅蛋白的化合物。因此,世界衛(wèi)生組織規(guī)定,在飲用水中亞氯酸鹽的含量標準為<200μg/L，美國加州衛(wèi)生署規(guī)定配水系統(tǒng)中亞氯酸鹽殘留量<0.02mg/L。國際癌癥研究所將亞氯酸鹽歸入易見的致癌物類中。因此，飲用水處理中要嚴格控制ClO2的投加量（中國不超過0.8mg/L）。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物二氧化氯消毒的副產(chǎn)物亞氯酸鹽與氯酸鹽會引起少兒神經(jīng)系統(tǒng)效應和33飲水中消毒副產(chǎn)物的控制1要改進二氧化氯發(fā)生器的生產(chǎn)工藝,提高二氧化氯發(fā)生純度和原料的轉(zhuǎn)化率,以便減少ClO2-、ClO3-的產(chǎn)生,再要通過控制ClO2投加劑量和條件,2利用Cl2和ClO2協(xié)同進行水質(zhì)處理等方法來減少ClO2-、ClO3-的形成。3通過投加粉末活性炭或顆?；钚蕴?在相對高的劑量(10~20mg/L)和低pH值(5·5~6·5)時,粉末活性炭能夠有效去除ClO2-。利用顆?；钚蕴坑行コ鼵lO2-且減少ClO3-的生成,其最有效的方法是降低顆粒活性炭的運行周期。4為避免飲用水中二氧化氯毒副產(chǎn)物亞氯酸鹽殘留的污染,應盡量選用食鹽電解法二氧化氯消毒設備。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物飲水中消毒副產(chǎn)物的控制1要改進二氧化氯發(fā)生器的生產(chǎn)工藝,提高34二氧化氯的應用選擇由于二氧化氯與水中有機物發(fā)生反應有50%～70%ClO2分解為ClO2-,其余生成Cl-,故水中有機物含量越高,投放二氧化氯消毒量就越大,而反應生成的ClO2-也越多,對人體危害就越嚴重。在一般水體中,德國和挪威等國家規(guī)定二氧化氯消毒投入量為0.3mg/L。對污染較嚴重的水源，不宜使用二氧化氯作為消毒劑,特別是我國南方大部分是用江、湖水作為飲用水水源，含有大量有機物，使用二氧化氯作為消毒劑,投入量大且其殘留的亞氯酸鹽含量大大超過WHO所規(guī)定的0.2mg/L的標準。對二氧化氯作為消毒劑對飲用水進行消毒時應根據(jù)實際情況使用。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物二氧化氯的應用選擇由于二氧化氯與水中有機物發(fā)生反應有50%～35第3部分臭氧消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物第3部分臭氧消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物36臭氧消毒的發(fā)展采用臭氧消毒已有很長歷史,1886年即有試驗性應用,但由于臭氧制取設備復雜，投資大，運行費用高，一直沒有得到普遍推廣。臭氧消毒目前主要在歐洲應用較多，但最大規(guī)模的水廠卻在加拿大的蒙特利爾,約110萬m3/d。近年來由于對氯化消毒副產(chǎn)物和新型致病微生物如隱孢子蟲的關注，而且也由于臭氧制備技術的進步，臭氧消毒的應用有增加的趨勢。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物臭氧消毒的發(fā)展采用臭氧消毒已有很長歷史,1886年即有試驗性37臭氧消毒的優(yōu)點臭氧消毒的優(yōu)點是：殺菌效果好、用量少，作用快，能同時控制水中鐵、錳、色、味、嗅，同時產(chǎn)生的副產(chǎn)物少。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物臭氧消毒的優(yōu)點臭氧消毒的優(yōu)點是：殺菌效果好、38不同消毒劑比滅活率常數(shù)α比較第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物不同消毒劑比滅活率常數(shù)α比較第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)39臭氧消毒的缺點1臭氧分子不穩(wěn)定,易自行分解,在水中保留時間很短,小于30min,因此不能維持管網(wǎng)持續(xù)的消毒能力。2臭氧消毒產(chǎn)生溴酸鹽、醛、酮和羧酸類副產(chǎn)物，醛、酮和羧酸類副產(chǎn)物部分是有害健康的化合物,部分使管網(wǎng)水生物穩(wěn)定性下降，因此臭氧消毒在使用中受到一定的限制。3對于大、中型管網(wǎng)系統(tǒng),采用臭氧消毒時必須依靠氯來維持管網(wǎng)中持續(xù)的消毒效果。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物臭氧消毒的缺點1臭氧分子不穩(wěn)定,易自行分解,在水中保留時間很40第4部分紫外消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物第4部分紫外消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物41紫外消毒的發(fā)展紫外線的滅菌作用最早在20世紀初由英國學者貝納德和莫加報道，真正開始應用為20世紀60年代。早期主要是低壓汞燈(LP),90年代中壓汞燈(MP)和脈沖汞燈(P-UV)得到研究、應用。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物紫外消毒的發(fā)展紫外線的滅菌作用最早在20世紀初由英國學者貝納42紫外線消毒機理紫外線是指電磁波波長處于200~380nm的光波,一般分為三個區(qū),即UVA(315~380nm)，UVB(280~315nm),UVC(200~280nm)。低于200nm的遠紫外線區(qū)域稱為真空紫外線，極易被水吸收，因此不能用于消毒。用于消毒的紫外線是UVC區(qū)，即波長為200~280nm的區(qū)域，特別是254nm附近。紫外線消毒機理與前面的氧化劑不同,它是利用波長254nm及其附近波長區(qū)域?qū)ξ⑸顳NA的破壞,阻止蛋白質(zhì)合成而使細菌不能繁殖。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物紫外線消毒機理紫外線是指電磁波波長處于200~380nm的43紫外線消毒的優(yōu)點1對致病微生物有廣譜消毒效果、消毒效率高;2對隱孢子蟲卵囊有特效消毒作用;3不產(chǎn)生有毒、有害副產(chǎn)物;4不增加AOC及BDOC等損害管網(wǎng)水生物穩(wěn)定性的副產(chǎn)物;5能降低嗅、味和降解微量有機污染物;6占地面積小,消毒效果受水溫、pH影響小第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物紫外線消毒的優(yōu)點1對致病微生物有廣譜消毒效果、消毒效率高;44紫外線消毒技術在飲用水處理的應用紫外線消毒技術在飲用水處理中的應用自1993在美國Milwaukee市爆發(fā)隱孢子蟲病后倍受青睞，因為氯消毒不能有效殺滅隱孢子蟲卵囊，而研究發(fā)現(xiàn)紫外線對隱孢子蟲卵囊有很好的殺滅效果。而且在常規(guī)消毒劑量范圍內(nèi)(40mJ/cm2)紫外線消毒不產(chǎn)生有害副產(chǎn)物,因此近幾年在西方發(fā)達國家的應用實例增加十分迅速,特別是在小型水廠。為此國際紫外線協(xié)會(IUVA)在1999年成立。目前采用紫外線消毒的最大自來水水廠在加拿大的埃得蒙屯,為40萬m3/d，溫哥華計劃在2006年建成100萬m3/d的采用紫外線消毒的自來水廠。但紫外線不能在管網(wǎng)內(nèi)維持持續(xù)的消毒效果,在大型水廠的應用必須跟氯結合,目前其使用還受到一定限制。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物紫外線消毒技術在飲用水處理的應用第5章飲用水消毒技術及其消毒45紫外線消毒的缺點1沒有持續(xù)消毒效果,需與氯配合使用;2管壁易結垢,降低消毒效果;3消毒效果受水中SS和濁度影響較大；4被殺滅的細菌通過DNA修復機制有可能復活；5電耗較高，燈管壽命短。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物紫外線消毒的缺點1沒有持續(xù)消毒效果,需與氯配合使用;第5章飲46第5部分膜過濾消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物第5部分膜過濾消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物47膜過濾消毒膜過濾技術是近70年來才發(fā)展起來的一項新技術，應用范圍很廣泛。作為一種消毒技術它也有較長的歷史，早在第二次世界大戰(zhàn)時，德國就利用膜過濾技術檢測飲用水是否被細菌炸彈污染。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物膜過濾消毒膜過濾技術是近70年來才發(fā)展起來的48膜過濾消毒的原理和優(yōu)點膜過濾消毒主要利用水通過濾膜時，細菌和病毒等微生物顆粒在膜表面或內(nèi)部被截留住而實現(xiàn)的。兩種作用：機械篩分作用和吸附截留作用。Madsen曾經(jīng)指出,膜過濾技術之所以能夠提高飲用水的安全可靠性在于兩點:

1作為一種消毒技術,它能有效去除病原微生物；

2作為一種深度水處理技術,它能有效降低濁度、色度、TOC等,提高飲用水水質(zhì)。大量研究和實踐也表明，通過對膜及操作控制條件的適當選擇，膜過濾可以從水中全部或大部分地去除細菌、病毒和其它微生物體，可直接用于給水處理和中水回用的消毒處理。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物膜過濾消毒的原理和優(yōu)點膜過濾消毒主要利用水通過濾膜時，細菌和49膜過濾消毒技術存在的問題

及相應的解決措施11由于膜過濾消毒不具有持續(xù)消毒能力,因此有必要與其它消毒措施結合起來，才能更好地保證飲用水供水水質(zhì)的安全可靠。實踐中,可以在膜過濾的出水中加少量的氯、氯胺等,以保證配水管網(wǎng)中的余氯。由于膜過濾作為一種深度水處理技術,已將水中全部或大部分的膠體物質(zhì)、有機物、微生物去除掉了，這樣投加的氯、氯胺量將會很少；同時由于水中的大部分有機物已經(jīng)被去除了,產(chǎn)生三致危害物的幾率會非常小,所以這種聯(lián)合消毒方法將會是十分安全可靠的。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物膜過濾消毒技術存在的問題

及相應的解決措施11由于膜過濾50膜過濾消毒技術存在的問題

及相應的解決措施22膜污染一直是限制膜技術在水處理應用中最突出的問題。膜技術用于飲用水消毒時,是水在經(jīng)過常規(guī)處理以后才進行膜過濾消毒的,因而進水水質(zhì)非常好,再加上簡單的預處理和定時的清洗,相信膜污染問題可以得到很好的解決。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物膜過濾消毒技術存在的問題

及相應的解決措施22膜污染一直51飲用水主流消毒技術的發(fā)展方向在氯、二氧化氯、臭氧、紫外線、膜等主流消毒技術中，紫外線、膜及其各自的組合消毒技術由于其消毒效率高，不產(chǎn)生消毒產(chǎn)物或產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物少在給水處理中將有很好的發(fā)展前途。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物飲用水主流消毒技術的發(fā)展方向在氯、二氧化氯、52第6部分其它非主流飲用水消毒技術第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物第6部分其它非主流飲用水消毒技術第5章飲用水消毒技術及其53表面接觸消毒技術表面接觸消毒技術是通過將消毒介質(zhì)固定在不溶性固相載體上,當污染水通過時,消毒介質(zhì)直接作用于水中的病原微生物，將其殺滅。與傳統(tǒng)的小分子消毒劑消毒過程相比,表面接觸消毒技術的優(yōu)勢是將消毒介質(zhì)固定化,避免了對環(huán)境的二次污染;并可進行回收利用。近些年來表面接觸消毒技術日益受到重視,并靈活地應用在小型的飲用水處理設備中,如家用飲水器和野外個人飲水器。目前表面接觸消毒技術的研究主要集中在新型高效接觸消毒劑的研制與開發(fā)。目前常用的接觸消毒劑主要有三碘樹脂、聚溴樹脂、載銀樹脂(活性炭)、季胺(膦)鹽型等。根據(jù)消毒劑固定方式的不同，它們又可以分為吸附型和共價型兩種。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物表面接觸消毒技術表面接觸消毒技術是通過將消毒介質(zhì)固定在不溶性54超聲波消毒超聲波技術比光、熱、化學等方法消毒更直接,很早就被廣泛應用到醫(yī)學消毒上。超聲波和消毒劑(Cl2,O3,H2O2)聯(lián)合作為自來水的消毒由來已久,可以大大減少消毒劑的用量。Masaki等通過加入TiO2使超聲波對水中的大腸桿菌的去除效果大大提高。大齡搖蚊幼蟲對常規(guī)的消毒劑氯氣、臭氧、雙氧水有很強的抵抗力,南方一些自來水廠研究發(fā)現(xiàn)超聲波可以有效去除自來水廠里的搖蚊幼蟲。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物超聲波消毒超聲波技術比光、熱、化學等方法消毒更直接,很早就被55

TiO2光催化消毒

1985年Matsunaga等發(fā)現(xiàn),TiO2在紫外光照射下有殺菌作用,由于TiO2催化劑本身不溶于水,無毒無污染,適宜于對飲用水進行消毒。TiO2光催化氧化產(chǎn)生的HO·及其它活性氧類物質(zhì)對水中細菌、病毒、細菌孢子等具有很強的滅活能力。但對蘭伯氏賈第蟲,隱孢子蟲等殺滅能力有限,且缺乏持續(xù)消毒能力。具代表性的TiO2光催化滅菌機理主要有代謝破壞機理、遺傳物質(zhì)破壞機理、細胞壁(膜)結構破壞機理等。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物

TiO2光催化消毒

1985年Matsunaga等發(fā)現(xiàn),T56討論專題

1結合實例講述國內(nèi)外某地區(qū)飲用水消毒工藝特點、設計參數(shù)、處理效果。2講述一種新型的氯化消毒副產(chǎn)物的控制技術的研究進展。3講述一種新型消毒技術的研究進展。4比較某種主流消毒技術在飲用水和污水處理應用中的異同點。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物討論專題1結合實例講述國內(nèi)外某地區(qū)飲用水消毒工藝特點、設計57演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew2022/11/5第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew58第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物2022/11/5第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物2022/11/2第5章飲59飲用水消毒的必要性

消毒是給水處理工藝中的重要組成部分。在供水系統(tǒng)中,消毒是最后一道處理工藝,是保證用戶安全用水、防止通過供水管網(wǎng)傳播各種傳染病的必不可少的措施。19世紀中葉,人類歷史第一次將水質(zhì)與人體健康直接聯(lián)系起來,正是認識到嚴重危害生命的霍亂、傷寒、痢疾等傳染病是微生物通過飲用水傳播的。20世紀初發(fā)現(xiàn)氯可以滅活水傳致病微生物后,氯消毒在給水處理中得到廣泛應用,成為保護人體健康的重要技術進步之一。但自20世紀70年代發(fā)現(xiàn)氯消毒產(chǎn)生有“三致”作用的消毒副產(chǎn)物以后,對氯消毒技術的優(yōu)化和再評價成為一個熱點。飲用水中不斷發(fā)現(xiàn)新的病原微生物,如微小似病毒、賈第蟲、軍團菌和隱孢子蟲等。飲用水中越來越多的致病微生物種類對飲用者健康構成直接威脅,而且部分新型致病微生物如隱孢子蟲等不能被氯殺死。此外，給水管網(wǎng)的生物穩(wěn)定性問題對常規(guī)氯消毒技術的挑戰(zhàn)越來越多的研究證實如果出廠水含有足夠多的生物可降解的有機物時,即使維持足夠多的余氯,細菌仍然會在給水管網(wǎng)內(nèi)再繁殖。這些問題對飲用水的安全性構成了嚴重威脅,因此消毒技術的優(yōu)化和發(fā)展成為十分緊迫的問題。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物飲用水消毒的必要性消毒是給水處理工藝中的重要組成部分。在供60飲用水消毒的主要技術氯消毒（液氯消毒和氯胺消毒法）二氧化氯消毒紫外線消毒臭氧消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物飲用水消毒的主要技術氯消毒（液氯消毒和氯胺消毒法）第5章飲用61第1部分氯消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物第1部分氯消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物62氯消毒的優(yōu)點和應用氯消毒使用最早，已成功地應用了一個多世紀,由于其具有價格便宜、容易使用、殺滅細菌能力強及在水中持續(xù)時間較長等優(yōu)點至今仍為許多國家廣泛采用,成為保證飲水流行病學安全的主要措施。美國自來水廠中約有94.5%采用氯消毒，中國99.5%以上自來水廠采用氯消毒。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯消毒的優(yōu)點和應用氯消毒使用最早，已成功地應用了一個多世紀,63氯消毒的缺點消毒產(chǎn)生的副產(chǎn)物長期使用氯消毒，會使病原微生物或多或少的產(chǎn)生了抗藥性余氯的增加,必然導致飲用水的口感變差第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯消毒的缺點消毒產(chǎn)生的副產(chǎn)物第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)64液氯消毒作用的機理一般認為，主要通過次氯酸HClO來起作用。當氯或次氯酸加入到水中時會先水解、解離,主要形成HClO、ClO-等物質(zhì)，由于HClO為分子量很小的電中性分子,比較容易滲透到帶負電的細菌表面，并通過細胞壁穿透到細菌內(nèi)部，通過氧化作用破壞細菌的酶系統(tǒng)而使細菌死亡。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物液氯消毒作用的機理一般認為，主要通過次氯酸H65氯胺消毒20世紀50年代，氯胺用于飲用水消毒盛行一時,但因其對微生物的滅活能力較游離氯弱而逐漸被淘汰。近年來由于氯胺消毒能夠減少消毒過程中三氯甲烷的產(chǎn)生而再度引起關注。如美國為控制飲用水中的三氯甲烷含量，1998年已有29.4%的水廠使用了氯胺消毒，且比例在逐步提高。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯胺消毒20世紀50年代，氯胺用于飲用水消毒盛行一時,但因其66氯胺消毒機理和優(yōu)缺點氯胺是一種復雜的無機氯胺和有機氯胺的混合物,其消毒原理是通過緩慢釋放次氯酸而消毒的。優(yōu)點:當水中含有有機物和酚時,氯胺消毒不會產(chǎn)生氯臭和氯酚臭,同時大大減少THM產(chǎn)生的可能氯胺消毒更能保證管網(wǎng)末梢和慢流地區(qū)的余氯要求,因為HClO是逐漸放出來的,這樣能保持水中余氯較久,適用于供水管網(wǎng)較長的情況。缺點：但氯胺消毒要求氯胺長時間與水接觸才能獲得與氯消毒相同的作用,而且氯胺對人體健康存在著潛在的影響,由它導致產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物的毒性更強,因此，用氯胺消毒應慎重。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯胺消毒機理和優(yōu)缺點氯胺是一種復雜的無機氯胺和有機氯胺的混合67氯化消毒副產(chǎn)物問題由來1974年美國的Rook和Bellar相繼發(fā)現(xiàn)在飲水氯化消毒過程中,有三鹵甲烷等副產(chǎn)物的生成。1976年,美國國立癌癥研究所首次證實三鹵甲烷中的氯仿能引起實驗動物發(fā)生腫瘤。這些研究一經(jīng)報道,立刻引起普遍關注,飲水氯化消毒的安全性問題,尤其是圍繞飲水消毒副產(chǎn)物(disinfectionby_products,DBPs),特別是氯化消毒副產(chǎn)物(CDBPs)對健康的影響便成為眾多研究者的主要研究課題。目前已檢測到的CDBPs多達數(shù)百種。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物問題由來1974年美國的Rook和Bellar68氯化消毒副產(chǎn)物的種類第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物的種類第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物69氯化消毒副產(chǎn)物的危害在CDBPs的流行病學研究方面,主要圍繞在癌癥、生殖毒性和心血管疾病三個方面。三鹵甲烷(THMS):某些動物實驗表明,一定劑量的THMS可以誘導肝、腎細胞毒性。鹵乙酸(HAAS):動物實驗發(fā)現(xiàn),HAAS具有致癌、生殖、發(fā)育毒性,并且發(fā)現(xiàn)高劑量的DCAA有明顯的神經(jīng)毒性,當DCAA和TCAA的劑量增高時,可以引起心臟畸形。研究調(diào)查表明,CDBPs與膀胱癌、結腸癌、直腸癌、胰腺癌、腦癌與肺癌等具有一定的相關性,可增加孕婦早期流產(chǎn)的危險性并可使嬰兒患中樞神經(jīng)缺陷癥,與心血管疾病的關系還有待進一步研究。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物的危害在CDBPs的流行病學研究方面,主要圍繞70

三鹵甲烷與鹵乙酸的單位致癌風險

第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物

三鹵甲烷與鹵乙酸的單位致癌風險

第5章飲用水消毒技術及其消71氯化消毒副產(chǎn)物形成機理在氯化消毒過程中,水中天然有機物,如腐殖酸、富里酸和藻類與加入水中的氯發(fā)生取代、加成和氧化反應生成CDBPs。飲用水加氯消毒,HOCl等消毒劑既是氧化劑,也是親電加成試劑。THMs的形成過程可分為兩個步驟,第一步是氯原子對前體物質(zhì)的取代與加成反應,第二步是前體物質(zhì)中的烯醇式結構發(fā)生互變異構形成醛酮結構,經(jīng)歷開環(huán)、水解、脫羧,逐步生成THMs。對HAAs的形成機理研究雖然不及THMs深入，但普遍認為NOM也是生成HAAs等的主要前體物質(zhì)，且HAAs的主要存在形式三氯乙酸(TCAA)并不是由二氯乙酸(DCAA)進一步氯化生成，兩者分別由不同的反應途徑生成，TCAA的形成與腐殖酸的芳香環(huán)斷裂有關,DCAA的形成與腐殖酸上芳香環(huán)和含氮官能團的多少有關。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物形成機理在氯化消毒過程中,水中天然有機物,如腐72氯化消毒副產(chǎn)物形成的主要影響因素對三氯甲烷等的動力學研究表明,CDBPs的生成屬于二級反應，主要與有機化合物的濃度和投氯量有關,并受反應時間、pH值、水溫、Br-及金屬離子濃度、氨等多種因素的影響。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物形成的主要影響因素對三氯甲烷73氯化消毒副產(chǎn)物形成的影響因素1－21原水中腐殖酸等有機物含量越高，CDBPs的生成量越大，且與有機物的性質(zhì)、成分等有關。疏水性成分對THMs的貢獻率比相應的親水性成分要大，疏水性有機堿和中性物質(zhì)生成HAAs的能力強。2投氯量對CDBPs的影響表現(xiàn)在兩個方面。

一方面,投氯量影響CDBPs的濃度水平,在低于某一比例時，CDBPs隨投氯量增加而增加,但投氯量達到某一特定值時,CDBPs不再隨投氯量增加;另一方面，投氯量影響CDBPs的種類分布,在低投氯量時,腐殖酸、富里酸氯化的主要產(chǎn)物為三氯甲烷,其次為二氯乙酸和三氯乙酸;在高投氯量時,上述物質(zhì)的氯化主要產(chǎn)物為三氯乙酸,三氯甲烷次之,最后是二氯乙酸。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物形成的影響因素1－21原水中腐殖酸等有機物74氯化消毒副產(chǎn)物形成的影響因素3－43pH值對CDBPs的影響顯著。研究發(fā)現(xiàn),THMs的生成量在中性和弱堿性條件下較大,在酸性條件下較少。但Bocye等證實在低pH值下,仍然有三氯甲烷生成。Rebenne研究了較寬pH值范圍下間苯二酚型化合物和HOCl的反應,認為反應表觀速率常數(shù)Kapp的變化與pH有關,在中性和弱堿性條件下Kapp極大而在酸性條件下Kapp極小。三鹵甲烷更容易在pH值高的水樣中生成。因此,為提高消毒效果及減少消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生,水樣的pH值不宜過高,凈水工藝中,常控制pH值在6·5~7·5之間4反應溫度低可減少CDBPs的產(chǎn)生。研究證實,溫度增加10℃,THMs的產(chǎn)生速率增加一倍。一般來說,夏天因為水溫高而產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物濃度相應比較高,冬天水溫低消毒副產(chǎn)物的濃度就比較低。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物形成的影響因素3－43pH值對CDBPs的75氯化消毒副產(chǎn)物形成的影響因素5－65Br-影響CDBPs的種類分布。當水中尤其是地下水中存在一定濃度的Br-時,Br-首先被氧化成HOBr,它們與有機物反應生成三溴甲烷和其他溴代副產(chǎn)物。在高溴水氯化時,發(fā)現(xiàn)地表水氯化產(chǎn)物存在三溴乙酸和溴氯代乙酸，其中85%的THMs和HAAs是溴代物。水中溴化物的含量與處理出水中氯仿含量與溴-氯型THM的比例有密切的關系。當源水中有機物含量一定時,隨溴化物濃度的增加,經(jīng)氯消毒處理后,不僅THM的生成量隨之明顯增加,而且溴代THM物質(zhì)的比例亦明顯增加。6水中微量金屬離子或管網(wǎng)材質(zhì)對CDBPs也具有影響。Cu2+可催化腐殖酸等形成CHCl3,且主要是對腐殖酸中檸檬酸結構的活性基團起催化作用。Fe0對HAAs具有一定的脫鹵降解作用。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物形成的影響因素5－65Br-影響CDBPs76氯化消毒副產(chǎn)物形成的影響因素77氨對三鹵甲烷的形成具有明顯的抑制作用。隨著水樣中氨的投加量的增加，三鹵甲烷的生成量明顯減少。水中存在一定濃度的氨氮有利于抑制三鹵甲烷的生成。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物形成的影響因素77氨對三鹵甲烷的形成具有明77國內(nèi)外飲用水消毒副產(chǎn)物標準第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物國內(nèi)外飲用水消毒副產(chǎn)物標準第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物78氯化消毒副產(chǎn)物的濃度水平

澳大利亞對飲用水中CDBPs分布情況進行了分析,發(fā)現(xiàn)液氯消毒方式、THMS、HAAS的含量分別占DBPS的46%、42%;氯胺消毒分別為24%、54%,也就是說加氯消毒主要的副產(chǎn)物是THMS和HAAS,兩者含量之和占全部DBPS的80%以上。Kransner調(diào)查了美國35個水廠的水質(zhì),THMs為20～44μg/L，HAAs為13～20μg/L。Williams測定了加拿大52個主要城市的出廠水,THMs為16.8～33.5μg/L，DCAA為13.2～21.1μg/L，TCAA為27.8～34.0μg/L。黃君禮調(diào)查了24個城市自來水中的氯仿,大部分城市管網(wǎng)水中的氯仿濃度為15～46.7μg/L;岳舜琳調(diào)查研究了12個城市自來水的出廠水質(zhì)，氯仿的平均濃度為4.4～28μg/L，最高可達111hg/L;劉文君等調(diào)查了北京市9個自來水廠的出廠水和管網(wǎng)水的HAAs,以地下水為水源的出廠水中HAAs為0.7～5.7μg/L,以地表水為水源的出廠水和管網(wǎng)水中HAAs分別為7.5～28.0μg/L和7.9～23.3μg/L。香港1997年對19個地區(qū)飲用水進行了THMS(四個組分)的監(jiān)測,THMS的含量在未檢出~104·68μg/L,并且發(fā)現(xiàn)4個地區(qū)飲用水中THMS超過了100μg/L。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物的濃度水平

澳大利亞對飲用水中CDBPs分布情79氯化消毒副產(chǎn)物的控制方法1降低已生成CDBPs的方法2降低CDBPs的前體物質(zhì)3優(yōu)化消毒方法4尋找替代消毒劑第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物氯化消毒副產(chǎn)物的控制方法1降低已生成CDBPs的方法第5章80降低已生成CDBPs的方法CDBPs一旦生成，其去除就比較困難?；钚蕴课交钚蕴坷w維吸附輻射降解第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物降低已生成CDBPs的方法CDBPs一旦生成，其去除81去除CDBPs的前體物的主要方法強化混凝化學氧化法生物預處理臭氧活性炭膜處理第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物去除CDBPs的前體物的主要方法強化混凝第5章飲用水消毒技術82優(yōu)化氯消毒方法陳超等提出的短時游離氯后轉(zhuǎn)氯胺的順序氯化消毒工藝：可使THMs生成減少35.8%~77.0%，HAAs生成減少36.6%~54.8%。此外,嚴格控制投氯量,投氯后充分快速混合,采用中途加氯法等均是控制DBPs的有效途徑。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物優(yōu)化氯消毒方法陳超等提出的短時游離氯后轉(zhuǎn)氯胺83

尋找替代消毒劑

二氧化氯過氧化氫臭氧電化學消毒紫外光催化組合消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物

尋找替代消毒劑

二氧化氯第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物84第2部分二氧化氯消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物第2部分二氧化氯消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副85二氧化氯的發(fā)展二氧化氯是微紅-黃色、強烈刺激性有毒氣體,分子式為ClO2,分子量為67·46,具強氧化性,屬易燃易爆品。1811年二氧化氯由漢弗萊·戴維首先成,用二氧化氯作為消毒劑始于1944年。二氧化氯是一種強力殺菌消毒劑,經(jīng)美國食品藥物管理局(FDA)和美國環(huán)境保護署(EPA)的長期科學試驗被確認為是醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、食品保鮮、環(huán)境、飲水和工業(yè)循環(huán)水等方面殺菌消毒、除臭的理想藥劑，也是被世界衛(wèi)生組織（WHO）所確認的A1級安全高效廣譜強力殺菌劑。

第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物二氧化氯的發(fā)展二氧化氯是微紅-黃色、強烈刺86二氧化氯消毒的應用美國已經(jīng)有1000家左右的自來水廠使用二氧化氯,成為美國在氯和氯胺之后排第三位的消毒劑。在歐洲,使用二氧化氯消毒則更為普遍，目前歐洲已有數(shù)千家水廠采用二氧化氯作為消毒劑，如在德國有70%以上的飲用水廠用二氧化氯作次級消毒處理。因此中國盡管目前二氧化氯在小規(guī)模的給水廠有應用,但大型水廠還未見使用的報道。近年來,我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)級自來水廠采用二氧化氯消毒飲用水日趨增多。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物二氧化氯消毒的應用美國已經(jīng)有1000家左右的自來水廠使用二87二氧化氯的消毒機理通過吸附、滲透作用進入細胞體,氧化細胞內(nèi)酶系統(tǒng)和生物大分子，較好殺滅細菌、病毒,且不對動、植物產(chǎn)生損傷。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物二氧化氯的消毒機理第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物88二氧化氯消毒的優(yōu)點1殺菌效果好、用量少,作用快,消毒作用持續(xù)時間長,可以保持剩余消毒劑量。二氧化氯用于飲用水消毒殺菌效果比氯高5倍。2氧化性強,能分解細胞結構,并能殺死隱孢子蟲，對病毒、放線菌及孢子體的殺滅均優(yōu)于氯，對給水管網(wǎng)中的藻類、厭氧菌、唑鐵細菌均有較強殺滅能力。3能同時控制水中鐵、錳、色、味、嗅。4受溫度和pH影響小，二氧化氯適應pH值范圍寬。5不產(chǎn)生三鹵甲烷和鹵乙酸等副產(chǎn)物,不產(chǎn)生致突變物質(zhì),其Ames試驗和小鼠骨髓嗜多染紅細胞微核試驗均呈陰性結果。與氯消毒相比,二氧化氯能降低致突活性。6二氧化氯與水中有機物的反應為氧化作用,而氯則以取代反應為主，不生成THMs等。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物二氧化氯消毒的優(yōu)點1殺菌效果好、用量少,作用快,消毒作用持89二氧化氯消毒的缺點但二氧化氯的使用還存在一些缺點,影響了二氧化氯的推廣應用，特別是在大型給水處理系統(tǒng)中的應用。

主要缺點:二氧化氯消毒產(chǎn)生無機消毒副產(chǎn)物亞氯酸根離子(ClO2-)和氯酸根離子(ClO3-。ClO2本身有毒,對人體血紅細胞有損害,特別是濃度高的時候,有報道認為,ClO2對人的神經(jīng)系統(tǒng)及生殖系統(tǒng)有損害;ClO2消毒過程中也產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物,目前種類和對人體健康的危害還不清楚。ClO2極不穩(wěn)定,常溫下氣體極易爆炸,必須現(xiàn)場生產(chǎn)使用。二氧化氯的制備、使用還存在一些技術問題,二氧化氯發(fā)生過程操作復雜,試劑價格高或純度低,第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物二氧化氯消毒的缺點但二氧化氯的使用還存在一些缺90二氧化氯消毒的副產(chǎn)物亞氯酸鹽與氯酸鹽會引起少兒神經(jīng)系統(tǒng)效應和貧血。亞氯酸鹽屬于生成高鐵血紅蛋白的化合物。因此,世界衛(wèi)生組織規(guī)定,在飲用水中亞氯酸鹽的含量標準為<200μg/L，美國加州衛(wèi)生署規(guī)定配水系統(tǒng)中亞氯酸鹽殘留量<0.02mg/L。國際癌癥研究所將亞氯酸鹽歸入易見的致癌物類中。因此，飲用水處理中要嚴格控制ClO2的投加量（中國不超過0.8mg/L）。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物二氧化氯消毒的副產(chǎn)物亞氯酸鹽與氯酸鹽會引起少兒神經(jīng)系統(tǒng)效應和91飲水中消毒副產(chǎn)物的控制1要改進二氧化氯發(fā)生器的生產(chǎn)工藝,提高二氧化氯發(fā)生純度和原料的轉(zhuǎn)化率,以便減少ClO2-、ClO3-的產(chǎn)生,再要通過控制ClO2投加劑量和條件,2利用Cl2和ClO2協(xié)同進行水質(zhì)處理等方法來減少ClO2-、ClO3-的形成。3通過投加粉末活性炭或顆?；钚蕴?在相對高的劑量(10~20mg/L)和低pH值(5·5~6·5)時,粉末活性炭能夠有效去除ClO2-。利用顆?；钚蕴坑行コ鼵lO2-且減少ClO3-的生成,其最有效的方法是降低顆?；钚蕴康倪\行周期。4為避免飲用水中二氧化氯毒副產(chǎn)物亞氯酸鹽殘留的污染,應盡量選用食鹽電解法二氧化氯消毒設備。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物飲水中消毒副產(chǎn)物的控制1要改進二氧化氯發(fā)生器的生產(chǎn)工藝,提高92二氧化氯的應用選擇由于二氧化氯與水中有機物發(fā)生反應有50%～70%ClO2分解為ClO2-,其余生成Cl-,故水中有機物含量越高,投放二氧化氯消毒量就越大,而反應生成的ClO2-也越多,對人體危害就越嚴重。在一般水體中,德國和挪威等國家規(guī)定二氧化氯消毒投入量為0.3mg/L。對污染較嚴重的水源，不宜使用二氧化氯作為消毒劑,特別是我國南方大部分是用江、湖水作為飲用水水源，含有大量有機物，使用二氧化氯作為消毒劑,投入量大且其殘留的亞氯酸鹽含量大大超過WHO所規(guī)定的0.2mg/L的標準。對二氧化氯作為消毒劑對飲用水進行消毒時應根據(jù)實際情況使用。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物二氧化氯的應用選擇由于二氧化氯與水中有機物發(fā)生反應有50%～93第3部分臭氧消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物第3部分臭氧消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物94臭氧消毒的發(fā)展采用臭氧消毒已有很長歷史,1886年即有試驗性應用,但由于臭氧制取設備復雜，投資大，運行費用高，一直沒有得到普遍推廣。臭氧消毒目前主要在歐洲應用較多，但最大規(guī)模的水廠卻在加拿大的蒙特利爾,約110萬m3/d。近年來由于對氯化消毒副產(chǎn)物和新型致病微生物如隱孢子蟲的關注，而且也由于臭氧制備技術的進步，臭氧消毒的應用有增加的趨勢。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物臭氧消毒的發(fā)展采用臭氧消毒已有很長歷史,1886年即有試驗性95臭氧消毒的優(yōu)點臭氧消毒的優(yōu)點是：殺菌效果好、用量少，作用快，能同時控制水中鐵、錳、色、味、嗅，同時產(chǎn)生的副產(chǎn)物少。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物臭氧消毒的優(yōu)點臭氧消毒的優(yōu)點是：殺菌效果好、96不同消毒劑比滅活率常數(shù)α比較第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物不同消毒劑比滅活率常數(shù)α比較第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)97臭氧消毒的缺點1臭氧分子不穩(wěn)定,易自行分解,在水中保留時間很短,小于30min,因此不能維持管網(wǎng)持續(xù)的消毒能力。2臭氧消毒產(chǎn)生溴酸鹽、醛、酮和羧酸類副產(chǎn)物，醛、酮和羧酸類副產(chǎn)物部分是有害健康的化合物,部分使管網(wǎng)水生物穩(wěn)定性下降，因此臭氧消毒在使用中受到一定的限制。3對于大、中型管網(wǎng)系統(tǒng),采用臭氧消毒時必須依靠氯來維持管網(wǎng)中持續(xù)的消毒效果。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物臭氧消毒的缺點1臭氧分子不穩(wěn)定,易自行分解,在水中保留時間很98第4部分紫外消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物第4部分紫外消毒第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物99紫外消毒的發(fā)展紫外線的滅菌作用最早在20世紀初由英國學者貝納德和莫加報道，真正開始應用為20世紀60年代。早期主要是低壓汞燈(LP),90年代中壓汞燈(MP)和脈沖汞燈(P-UV)得到研究、應用。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物紫外消毒的發(fā)展紫外線的滅菌作用最早在20世紀初由英國學者貝納100紫外線消毒機理紫外線是指電磁波波長處于200~380nm的光波,一般分為三個區(qū),即UVA(315~380nm)，UVB(280~315nm),UVC(200~280nm)。低于200nm的遠紫外線區(qū)域稱為真空紫外線，極易被水吸收，因此不能用于消毒。用于消毒的紫外線是UVC區(qū)，即波長為200~280nm的區(qū)域，特別是254nm附近。紫外線消毒機理與前面的氧化劑不同,它是利用波長254nm及其附近波長區(qū)域?qū)ξ⑸顳NA的破壞,阻止蛋白質(zhì)合成而使細菌不能繁殖。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物紫外線消毒機理紫外線是指電磁波波長處于200~380nm的101紫外線消毒的優(yōu)點1對致病微生物有廣譜消毒效果、消毒效率高;2對隱孢子蟲卵囊有特效消毒作用;3不產(chǎn)生有毒、有害副產(chǎn)物;4不增加AOC及BDOC等損害管網(wǎng)水生物穩(wěn)定性的副產(chǎn)物;5能降低嗅、味和降解微量有機污染物;6占地面積小,消毒效果受水溫、pH影響小第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物紫外線消毒的優(yōu)點1對致病微生物有廣譜消毒效果、消毒效率高;102紫外線消毒技術在飲用水處理的應用紫外線消毒技術在飲用水處理中的應用自1993在美國Milwaukee市爆發(fā)隱孢子蟲病后倍受青睞，因為氯消毒不能有效殺滅隱孢子蟲卵囊，而研究發(fā)現(xiàn)紫外線對隱孢子蟲卵囊有很好的殺滅效果。而且在常規(guī)消毒劑量范圍內(nèi)(40mJ/cm2)紫外線消毒不產(chǎn)生有害副產(chǎn)物,因此近幾年在西方發(fā)達國家的應用實例增加十分迅速,特別是在小型水廠。為此國際紫外線協(xié)會(IUVA)在1999年成立。目前采用紫外線消毒的最大自來水水廠在加拿大的埃得蒙屯,為40萬m3/d，溫哥華計劃在2006年建成100萬m3/d的采用紫外線消毒的自來水廠。但紫外線不能在管網(wǎng)內(nèi)維持持續(xù)的消毒效果,在大型水廠的應用必須跟氯結合,目前其使用還受到一定限制。第5章飲用水消毒技術及其消毒副產(chǎn)物紫外線消毒技術在飲用水處理的應用第5章飲用水消毒技術及其消毒103紫外線消毒的缺點1沒有持續(xù)消毒效果,需與氯配合使用;2管壁易結垢,