清華水處理工程課件第5章 消毒

第5章

消毒

(disinfection)第1節(jié)

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。人體內(nèi)致病微生物主要包括：病菌(bacteria)、原生動(dòng)物胞囊（protozoanoocystsandcysts）、病毒（viruses）（如傳染性肝炎病毒、腦膜炎病毒）等。消毒與滅菌(sterilization)不同：滅菌是消滅所有活的生物。

評(píng)價(jià)指標(biāo)：（生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范，衛(wèi)生部,2001.6）細(xì)菌總數(shù)：<100個(gè)/mL總大腸菌群：每100mL水樣中不得檢出糞大腸菌群：每100mL水樣中不得檢出二、消毒簡(jiǎn)史1854年JohnSnow在倫敦發(fā)現(xiàn)霍亂（cholera）與飲用水密切相關(guān)1881年Koch發(fā)現(xiàn)氯可以殺死細(xì)菌1902年

比利時(shí)的Middleheike市首次在公共水處理中采用氯消毒三、消毒方法：化學(xué)藥劑（氧化劑等）物理法（熱和光）機(jī)械法（格網(wǎng)、膜）輻射（射線、電子束）四、消毒機(jī)理可能有以下幾個(gè)方面的作用：(1)破壞細(xì)胞壁；(2)改變細(xì)胞通透性：（3）改變微生物的DNA或RNA；(4)抑制酶的活性第2節(jié)

氯消毒氯化作用（chlorination）常用作消毒的同義詞。一、氯消毒原理氯易溶于水中，在清水中，發(fā)生下列反應(yīng)：Cl2+H2OHOCl+H++Cl-HOClH++OCl-HOCl和OCl-的比例與水中溫度和pH有關(guān)。pH高時(shí)，OCl-較多。pH>9，OCl-接近100%。pH<6，HOCl接近100%。pH=7.54,[HOCl]=[OCl-]HOCl和OCl-都有氧化能力，但細(xì)菌是帶負(fù)電的，所以一般認(rèn)為主要是通過HOCl的作用來消毒的。只有它才能擴(kuò)散到細(xì)菌表面，并穿透細(xì)胞壁到細(xì)菌內(nèi)部，破壞細(xì)菌酶系統(tǒng)。

實(shí)踐也表明pH越低，消毒作用越強(qiáng)。有關(guān)氯消毒理論仍有待研究。如果有氨存在：NH3+HOClNH2Cl+H2ONH2Cl+HOClNHCl2+H2ONHCl2+HOClNCl3+H2O其比例與pH有關(guān)。pH>9，一氯胺占優(yōu)勢(shì)pH為7時(shí)，一氯胺和二氯胺同時(shí)存在。pH<6.5時(shí)，二氯胺pH<4.5三氯胺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，有氯胺存在時(shí)，消毒作用比較緩慢。如氯消毒5分鐘，殺滅細(xì)菌99％以上，而用氯胺消毒，相同條件下僅殺滅50％。三種氯胺中，二氯胺消毒效果最好，但有嗅味。三氯胺消毒作用極差，且有惡嗅味。自由性或游離性氯（freeavailablechlorine）：HOCl、OCl－化合性氯或結(jié)合性氯（combinedavailablechlorine）：2.濃度的影響（modifiedChick/WatsonEquation）k’：比反應(yīng)速率常數(shù)在給定的滅活率條件下，在log-log坐標(biāo)上，作C和t之間的關(guān)系，可求得n二、消毒動(dòng)力學(xué)1.接觸時(shí)間的影響：在一定消毒劑的濃度下，消毒速度可用Chick定律（1908年）表示：-dN/dt＝kNN：t時(shí)刻活的微生物數(shù)目；k：反應(yīng)速率常數(shù)；t：反應(yīng)時(shí)間在一般情況下，可以視n=1。CT值作為消毒劑消毒能力的判斷指標(biāo)。三、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)所消耗的部分。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。加氯曲線：水中無任何微生物、有機(jī)物等，加氯量＝余氯，圖中的①水中有機(jī)物較少時(shí)，需氯量滿足以后就是余氯。圖中的②當(dāng)水中的污染物主要是氨和氮化合物時(shí)，情況復(fù)雜。OA段：水中雜質(zhì)把氯消耗光。AH段：氯與氨反應(yīng)，有余氯存在，有一定消毒效果，但余氯為化合性氯，其主要成分是一氯氨。HB段：仍然是化合性余氯，加氯量繼續(xù)增加，氯氨被氧化成不起消毒作用的化合物，余氯反而減少。BC段：B點(diǎn)以后，出現(xiàn)自由性余氯。峰點(diǎn)折點(diǎn)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(shí)→→加氯量控制在折點(diǎn)后

當(dāng)原水游離氨>0.5mg/L時(shí)→→加氯量控制在峰點(diǎn)前四、加氯點(diǎn)：

濾后加氯

濾前加氯――混凝劑投加時(shí)加氯，提高混凝效果。

管網(wǎng)中途加氯五、加氯設(shè)備與工藝1.加氯設(shè)備一般用氯氣：有毒氣體，在6－8氣壓下變成液氯

使用時(shí)采用氯瓶。干燥氯氣和液氯對(duì)鋼瓶無腐蝕作用，但遇水或受潮則會(huì)嚴(yán)重腐蝕金屬。因此，必須嚴(yán)格防止水和潮氣進(jìn)入氯瓶。加氯機(jī)：轉(zhuǎn)子加氯機(jī)六、氯化消毒副產(chǎn)物有機(jī)物與氯生成有機(jī)氯化物，三鹵甲烷。我國(guó)新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了三鹵甲烷(THMs)濃度，包括：氯仿、溴仿、二溴一氯甲烷和一溴二氯甲烷四種物質(zhì)。1993年美國(guó)制訂的消毒劑－消毒副產(chǎn)物方案中建議：THMs80g/L，

鹵乙酸（HAAS）：一共五種（一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸、二溴乙酸），五種之和在1997年低于60g/L，2000年低于30g/L。第3節(jié)

其它消毒法一、氯氨消毒優(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，大大減少了THMs的產(chǎn)生，能保持水中余氯較久。但作用緩慢，殺菌能力比自由氯弱。單獨(dú)使用的情況較少。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。二、二氧化氯消毒ClO2在常溫下是一種黃綠色氣體，具有刺激性。溶解度是氯的5倍。極不穩(wěn)定，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(chǎng)制取。

制取方法：

亞氯酸鈉和氯制取：Cl2+H2O→HOCl+HClHOCl+HCl+2NaClO2→2ClO2+2NaCl+H2O用酸與亞氯酸鈉制取:5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O前者轉(zhuǎn)化率為100％；后者轉(zhuǎn)化率為80％二氧化氯在內(nèi)填磁環(huán)的圓柱型發(fā)生器中進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為1分鐘，觀察管中呈現(xiàn)黃綠色即被認(rèn)為二氧化氯產(chǎn)生二氧化氯在圓柱型發(fā)生器中進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為20分鐘，酸的實(shí)際用量為理論的3－4倍如用硫酸，則不可與固態(tài)亞氯酸鈉接觸，否則會(huì)發(fā)生爆炸；反應(yīng)物濃度都不能過高，否則在反應(yīng)時(shí)也會(huì)發(fā)生爆炸。8.5％7％優(yōu)點(diǎn)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，滅活能力強(qiáng)。

不會(huì)與水中有機(jī)物作用生成有機(jī)氯化物。甚至本身的氧化能力能去除THMs前驅(qū)體。ClO2消毒能力比氯強(qiáng)。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)的時(shí)間。作為氧化劑，能去除或降低水的色度等。

缺點(diǎn)

但ClO2本身和副產(chǎn)物ClO2－對(duì)人體血紅細(xì)胞有損害。有報(bào)道認(rèn)為還對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)及生殖系統(tǒng)有損害。美國(guó)EPA規(guī)定，水中剩余ClO2和ClO2－濃度不超過1.0mg/L一般ClO2投加量為1.0-2.0mg/L三、臭氧消毒作用：既是氧化劑，又是消毒劑，滲入細(xì)胞壁。機(jī)理：臭氧和水的直接接觸，反應(yīng)慢且有選擇性；二級(jí)反應(yīng)產(chǎn)物為氫氧自由基，是非選擇性的強(qiáng)氧化劑，可以將許多物質(zhì)快速礦化。優(yōu)點(diǎn)：作為消毒劑，不會(huì)產(chǎn)生三鹵甲烷副產(chǎn)物，殺菌和氧化能力比氯強(qiáng)。但由于臭氧在水中不穩(wěn)定，易散失，因此在O3之后，往往需要投加少量的氯等。缺點(diǎn)：水中大分子物質(zhì)變成分子較小的中間產(chǎn)物，可能有毒性?；蛘咧虚g產(chǎn)物和氯作用后致突變反而增強(qiáng)前景：歐洲普遍用臭氧處理飲用水，在美國(guó)也逐漸流行。但近年來臭氧化的副作用也開始引起人們的關(guān)注。制備：現(xiàn)場(chǎng)利用空氣或純氧制備，然后通過微孔擴(kuò)散器均勻分散到水中。

臭氧發(fā)生器臭氧反應(yīng)池四、其它次氯酸鈉消毒：次氯酸鈉發(fā)生器食鹽電解：NaCl+H2ONaOCl+H2紫外線消毒：消毒速度快，幾十秒鐘即能殺菌；不影響水的物理和化學(xué)性質(zhì)；操作簡(jiǎn)單電化學(xué)消毒：消毒效率高第4節(jié)

污水消毒污水經(jīng)一級(jí)或二級(jí)處理以后，水質(zhì)