水質(zhì)工程學-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）強化混凝沉淀和過濾的作用；e）防止混凝池和沉淀池中藻類的生長；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：HOCl和OCl-都有氧化能力，但細菌帶負電，故主要通過HOCl消毒。HOCl為很小的中性分子，可以擴散到帶負電的細菌表面，并穿過細胞壁進入細菌內(nèi)部，起氧化作用破壞細菌的酶系統(tǒng)使細菌滅亡。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，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，水中HOCl和OCl-的比例當水中有氨存在時，會發(fā)生如下反應：NH3+HOCl

NH2Cl+H2O

NH2Cl+HOCl

NHCl2+H2O

NHCl2+HOCl

NCl3+H2O

反應后，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pH=7，一氯氨和二氯氨同時存在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，反應才會向左移動。

因此，采用氯氨消毒需要較長的接觸時間。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)系水中無耗氯性物質(zhì)，如水中無細菌、有機物和還原性物質(zhì)時，需氯量為0，加氯量等于剩余氯量，該線與坐標軸成45°角。當原水受到有機物物污染，氧化這些有機物需消耗一定的Cl2量，即需氯量。加Cl2量必須超過需氯量，才能保證一定的剩余Cl2

。交角小于45°。水中有機物與氯反應有快慢，測定時，部分尚在反應中余氯分解。如次氯酸會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）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，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已沒有消耗Cl2的雜質(zhì)了，此時出現(xiàn)自由性余氯，消毒效果最好。BC反應結(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B。水中的有機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.加氯量的確定折點加氯法:加氯量超過折點出現(xiàn)自由性余氯，消毒效果最好。加氯量超過折點的需要量時稱為折點加氯。同時應結(jié)合生產(chǎn)實際。根據(jù)試驗確定二級澄清(濾后水)或清潔地下水:1.0-1.5mg/L一級澄清(濾前):1.5-2.5mg/L根據(jù)經(jīng)驗確定五、加氯點過濾之后加氯1加混凝劑的同時加氯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物，提高混凝效果保證管網(wǎng)末梢的余氯，同時又不致使水廠附近管網(wǎng)中的余氯過高。六、加氯設(shè)備、加氯間和氯庫加氯機：轉(zhuǎn)子加氯機，自動加氯機需配以相應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。加氯間與氯庫應有通風、照明、防火、保溫、報警、事故處理等措施。錄像：氯庫.MOV氯瓶氯在常溫和一個大氣壓時為氣體，加壓至6-8大氣壓或使溫度低于-33.6度時變成液態(tài)，將氯氣液化后灌入鋼瓶就有利于貯藏和運輸。

干燥的氣體和液氯的化學活動性很小，沒有腐蝕性，但遇到水或受潮化學活動性增強，會嚴重腐蝕金屬，因此，必須嚴格防止水或潮氣進入鋼瓶。

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

立式氯瓶使用時要豎放，出氯口在上。

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

氯氣有毒，運行時要防止漏氣。錄像：負壓型氯吸收裝置.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的氧化劑。對細菌的細胞具有較強的吸附和穿透能力，能有效地破壞細菌內(nèi)含巰基地酶。消毒能力比氯強。ClO2的投加量約為1.0-2.0mg/L。作用機理特

點ClO2本身和副產(chǎn)物ClO2-對人體血紅細胞、神經(jīng)系統(tǒng)及生殖系統(tǒng)有損害。因此，美國歐洲一些國家對水的剩余ClO2和ClO2-的總量做了規(guī)定。制取時的原料價格很高，限制了其廣泛應用。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)中保持很長時間，即衰減速度比氯慢。不會與水中有機物作用生成三鹵甲烷，不會生成氯酚。二、氯銨消毒優(yōu)點水中含有有機物和酚時，氯氨消毒不會產(chǎn)生氯臭和氯酚臭，同時可大大減小THMS的可性；能保持水中余氯較久，適用于供水管網(wǎng)較長的情況。缺點作用緩慢，殺菌能力比自由氯弱。單獨使用的情況較少。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，一般先加氨，再加氯，這樣就可以減小氯臭。管網(wǎng)長，也可以先加氯再加氨保證余氯持久。但有資料認為，氯和氨同時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良好的地法。漂白粉加入水中反應：反應后生成HOCl，因此消毒原理與氯氣相同。漂白粉需配成溶液加注，溶解時先調(diào)成糊狀物，然后再加水配成1.0-2.0%(以有效氯計)濃度的溶液。當投加在濾后水中時，溶液必須經(jīng)過約4-24h澄清，以免雜質(zhì)帶進清水中；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)場制取，就地投加，不宜貯運。反應如下：次氯酸鈉(NaOCl)是用發(fā)生器的鈦陽極點電解食鹽水而制得，反應如下：次氯酸鈉也是強氧化劑和消毒劑，但消毒效果不如氯強。消毒作用仍依靠HOCl。反應如下：五、臭氧消毒常溫常壓下呈淡藍色、強烈的刺激性氣體密度為空氣的1.7倍，易溶于水。臭氧對人體健康有影響。臭氧特性臭氧發(fā)生器，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。臭氧的產(chǎn)生既是氧化劑，又是消毒劑，在水中投入臭氧進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(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)備復雜，投資較大，電耗也較高，目前我國很少應用。臭氧消毒的特點六、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適用條件液氯Cl2優(yōu)點：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．操作簡單，投量準確；4．可氧化鐵、錳等物質(zhì)。缺點：1．當原水遭受污染（特別是遭受有機污染）時，加氯后容易產(chǎn)生鹵代烴類有機物，其中有的是致癌或可疑致癌物；2．結(jié)合氯消毒時，產(chǎn)生氯酚味；3．氯氣有毒，使用時需注意安全，配備防毒設(shè)施。液氯供應方便的地點氯胺NH2Cl、NHCl2優(yōu)點：1．能減低三鹵甲烷和氯酚的產(chǎn)生；2．能延長管網(wǎng)中余氯的持續(xù)時間，抑止細菌生成，防止管網(wǎng)中鐵細菌的繁殖；3．可降低加氯量，減輕氯消毒時所產(chǎn)生的氯酚味或氯味。缺點：1．消毒作用慢，接觸時間長；2．需增加氨設(shè)備，管理維護較麻煩。原水受有機物污染以及配水管網(wǎng)較長時二氧化氯ClO2優(yōu)點：1．不會產(chǎn)生有機氯化物；2．較自由氯消毒效果好；3．具有較強氧化作用，可除嗅、去色、氧化鐵、錳等物質(zhì)。缺點：1．不能儲存，須現(xiàn)場制備；2．制取設(shè)備較復雜，操作管理要求高；3．成本較高。1．液氯供應不方便及配水管網(wǎng)較長時；2．小型水廠。臭氧O3優(yōu)點：1．具有強氧化能力，是最活潑等氧化劑之一，對微生物、病毒、芽孢等均具有殺滅能力。消毒效果好，接觸時間短；2．能除嗅、去色、氧化鐵、錳等物質(zhì)；3．不會產(chǎn)生有機氯化物；4．能除酚，不會產(chǎn)生氯酚味。缺點：1．基建投資大，經(jīng)常耗電費用高，制水成本較高；2．O3在水中不穩(wěn)定，易揮發(fā)，無余氯持續(xù)消毒作用；3．設(shè)備復雜，操作管理維護麻煩。1．有機物污染嚴重且電力供應充足處；2．原水需預處理時。3．深度處理時。紫外線優(yōu)點：處理后的水無味無色，不會產(chǎn)生有害副產(chǎn)