第10章消毒.

第10章消毒10.1概述消毒目的：消毒并非把水中微生物全部消灭，主要是消除水中致病的微生物，包括病菌、病毒及原生动物胞囊等。对于生活饮用水，消毒过程必不可少，它是用水安全、卫生的最后保障。消毒方法：氯消毒，臭氧消毒、紫外线消毒及某些重金属离子消毒等。10.2氯消毒10.2.1氯的性质氯气是一种有刺激性气味的黄色气体，极易被压缩成琥珀色的液氯。常温常压下，液氯极易汽化，液氯气化时需要吸热，常采用淋水管喷水供能。氯气容易溶解于水，发生下列反应：Cl2+H2OHOCl+HClHOClH++OCl-上述反应受温度和pH值的影响，HOCl与OCl-的相对比例取决于温度和pH值。其平衡常数为：HOClOClHK10.2.2氯的消毒过程1.氯消毒机理分两种情况讨论。⑴原水中不含氨氮氯溶于水发生下列反应：Cl2+H2OHOCl+HClHOClH++OCl-◆一般认为，氯消毒过程中起消毒作用的主要是次氯酸HOCl。◆PH值越低，产生HOCl越多，消毒效果越好。◆水中所含的氯以次氯酸HOCl、OCl-存在时，称为自由性氯。⑵原水中含氨氮氯加入含氨氮的水中发生下列反应：◆NH2Cl、NHCl2和NCl3分别叫一氯胺、二氯胺、三氯胺，统称化合性氯。◆氯胺消毒起消毒作用的仍然是HOCl。这些HOCl是由上述反应中维持平衡所不断释放出来的。因此，氯胺的消毒效果缓慢而持续。◆氯消毒分为自由性氯消毒和化合性氯消毒两大类。OHNClHOClNHClOHNHClHOClClNHOHClNHHOClNH2322222232.折点加氯法加氯量：包括需氯量和余氯两部分。需氯量：指用于灭活水中微生物、氧化有机物和无机还原性物质等所消耗的氯量。余氯：为了抑制水中残存细菌的再度繁殖而在消毒处理后水中维持的剩余氯量。加氯量与剩余氯量间的关系如下：1）若水中不含消耗氯的微生物、有机物和还原性物质，加氯量等于剩余氯量。如图中的虚线①。2）天然水中存在微生物、有机物以及还原性无机物等。加氯后，当氯的投加量超过需氯量，出现余氯，如图中的实线②。②①加氯量余氯量3）水中主要含有氨和含氮化合物加氯量与余氯量的关系见下图。Hb1b2b3b41234自由余氯化合余氯余氯（mg/L）加氯量（mg/L）OAQ2Q3Q4BC分析上述曲线曲线AHBC与斜虚线间的纵坐标b值表示需氯量；曲线AHBC的纵坐标值a表示余氯量。曲线可分为四个区域：第一区域即OA段，余氯量为零，需氯量为b1，这时消毒效果不能保证；第二区域即AH段，氯与氨反应生成化合性余氯（主要为一氯氨）具有一定消毒效果；第三区域即HB段，仍然产生化合性余氯，加氯量继续增加，发生下列氧化还原反应2NH2Cl+HOCl→N2↑+3HCl+H2O反应结果使氯胺氧化成一些不起消毒作用化合物，余氯反而逐渐减少，最后到达折点B；第四区域即BC段，水中已没有消耗氯的杂质，随投氯量增加，水中余氯量也增加，且是自由性余氯，消毒效果最好。加氯量确定H点称为峰点。余氯最高，但是化合性余氯而非自由性余氯。B点称为折点。余氯最低，如继续加氯，余氯增加，此时所增加的氯是自由性余氯。加氯量超过折点需要量时称为折点氯化。当原水中游离氨在0.3mg/L以下时，通常投氯量控制在折点后，称折点加氯；当原水中游离氨在0.5mg/L以上时，峰点前的化合性余氯已够消毒，控制在峰点前以节约加氯量；原水游离氨在0.3～0.5mg/L范围内，投氯量难以掌握。一般地面水经混凝、沉淀、过滤处理后或清洁地下水，投氯量采用1.0～1.5mg/L；地面水经混凝、沉淀而未过滤，投氯量采用1.5～2.0mg/L。10.2.3加氯点的确定滤后加氯：加氯点设在过滤水到清水池的管道上，或清水池的进口处，以保证氯与水的充分接触，这样加氯量少，效果也较好。滤前氯化：过滤之前与混凝剂同时加氯。可以氧化水中的有机物，提高混凝效果，降低色度和去除铁锰等杂质，还可改善处理构筑物的工作条件，防止沉淀池底部的污泥腐败，防止青苔滋长或微生物在滤料层生长，延长滤池的工作周期。对于污染较严重的原水，加氯点放在滤池前为好，也可以采用二次加氯，滤前、滤后各一次。管网中途补充加氯：在配水管网很长的情况下，要在管网中途补加氯，加氯点设在中途加压水泵站内。10.2.4加氯设备、加氯间和氯库加氯设备主要包括加氯机、氯瓶等。采用自动检测和自动加氯技术的水厂，加氯设备除了加氯机和氯瓶外，还相应设置了自动检测（如余氯自动连续检测）和自动控制装置。当前，国内外普遍采用真空加氯机。氯气吸收装置。氯气吸收系统是将泄漏至厂房的氯气，用风机送入吸收系统，经化学物质吸收而转化为其它物质，避免氯气直接排入大气，污染环境。常选用的吸收剂为碱性强、吸收率高的NaOH。NaOH与Cl2的反应如下2NaOH+Cl2→NaClO+NaCl+H2O加氯间是安置加氯设备的操作间。氯库是储备氯瓶的仓库。加氯间、氯库的设计请参阅相关设计规范与手册。加氯间详景一V10K远程加氯机(两用一备)加氯间详景二V10K远程加氯机近影加氯间详景三氯瓶及加氯系统加氯间详景四氯气切换装置加氯间详景五加氯间在线仪表系统加氯间详景六加氯间排风扇加氯间详景七加氯间报警器加氯间详景八加氯间电磁流量计(原水)加氯间详景九加氯间加氯管道(部分)加氯间详景十工作于电子磅上的氯瓶加氯间详景十一加氯间仪表(部分)加氯间详景十二氯库天车事故处理间详景一KWL-I型漏氯中和装置(部分)事故处理间详景二氯气吸收装置(部分)事故处理间详景三上为中和室下为储液池事故处理间详景四事故处理间报警及手控装置10.3氯胺消毒和漂白粉消毒10.3.1氯胺消毒氯胺消毒的应用氯胺消毒的优点是当水中含有酚等有机物时，它不会产生氯臭和氯酚臭，同时大大减少THMS产生的可能；能较长时间保持水中余氯。通常作为辅助消毒剂以抑制管网中细菌繁殖，提高给水管网水质的生物稳定性。氯胺消毒的操作投加量：人工投加的氨可以是液氨、硫酸铵或氯化铵。液氨的投加方法和液氯相似，氯和氨的投加比例视水质而易，一般采用氯：氨＝3～6：1。投加顺序：采用氯胺消毒时，一般先加氨，再加氯，这样可减少氯臭。氯和氨液也可同时投加。有资料认为，氯和氨同时投加与先加氨后加氯相比可降低三卤甲烷、卤乙酸等有害副产物的生成。10.3.2漂白粉消毒特性漂白粉由氯气和石灰加工而成，分子式可为CaOCl2，有效氯约30%。漂白精分子式为Ca(OCl)2，有效氯约60%。两者均为白色粉末，有氯的气味，易分解使有效氯降低，故必须放在阴凉干燥和通风良好的地方。消毒原理漂白粉加入水中后发生反应2CaOCl2+2H2O2HOCl+Ca(OH)2+CaCl2生成HOCl，漂白粉消毒原理与氯气相同。应用一般用于小水厂或临时性给水设施，投加时需配成浓度为1.0%～2.0%(有效氯计)溶液。当在过滤后水中投加时，溶液必须经过4～24h澄清，以避免杂质带进清水中。10.4二氧化氯消毒10.4.1二氧化氯的理化性质二氧化氯（ClO2）是一种绿色气体，极不稳定，气态和液态ClO2均易爆炸。故不宜贮存，应采取现制现用。ClO2是一种强氧化剂，对水中残存有机物的氧化，ClO2比C12要优越。被氧化的有机物多降解为含氧基团为主的产物，无氯代产物出现。ClO2的强氧化性还表现在可将致癌物苯并芘氧化成无致癌活性的醌式结构。此外，水中黄霉素、腐植酸也可被其氧化降解，且其降解产物不以氯仿出现，这是传统的氯消毒方法所不能实现的。10.4.2二氧化氯的消毒作用二氧化氯对细菌的细胞壁的穿透能力和吸附能力都较强，能有效地破坏细菌内含硫基的酶，对细菌和病毒有很强的灭活能力。消毒能力比氯强。10.4.3二氧化氯的投加二氧化氯的投加量与原水水质和投加用途有关，约为0.1～1.5mg/L。仅用作消毒时，一般投加量为0.1～0.3mg/L；兼用作除臭时，一般投加量为0.6～1.3mg/L；兼用作前处理、氧化有机物和锰、铁时，投加量约为1.0～1.5mg/L。投加浓度必须控制在防爆浓度以下，二氧化氯水溶液浓度可采用6～8mg/L。必须设置安全防爆措施。10.4.4二氧化氯的制取用亚氯酸钠和氯制备，反应如下：用酸与亚氯酸钠制备，反应如下：10.5臭氧消毒10.5.1臭氧的理化性质臭氧（O3）是氧的同素异形体，由三个氧原子组成，呈三角形排列，其结构如下图。纯净的臭氧（O3）常温常压下为淡蓝色气体，与空气的密度比为1.657。臭氧极不稳定，常温常压下会缓慢地分解成O2，同时放出大量的热量。臭氧在水中的分解速度比在空气中快得多。在水中臭氧分解反应式为O3+3H2O→H3O++3OH-H3O++3OH-→2H2O+O2O3+OH-→HO2-+O2O3+HO2-→OH-+2O2氧原子氧原子键角116.8键长127.810.5.2臭氧消毒臭氧既是消毒剂，也是很强的氧化剂。在水中投加臭氧进行消毒或氧化称为臭氧化。消毒机理：臭氧具有很高的氧化电位，容易通过微生物细胞扩散，并能通过氧化微生物细胞的有机物或破坏有机体链状结构而导致微生物细胞死亡。臭氧消毒的特点：主要优点是不产生三卤甲烷等副产物，其杀菌和氧化能力均比氯强。但作为消毒剂，由于臭氧在水中很不稳定，易消失，故在臭氧消毒后，往往仍需投加少量氯、二氧化氯或氯胺以维持水中剩余消毒剂。臭氧的应用：近年来有关臭氧化的副作用也引起人们的关注。有人认为，水中有机物经臭氧化后，有可能将大分子有机物分解成分子较小的中间产物，在中间产物中，可能存在毒性物质或致突变物；或者有些中间产物与氯作用后致突变反而增强。因此，当前通常把臭氧与粒状活性炭联用。10.5.3臭氧的制备臭氧发生器是生产臭氧的核心设备。臭氧是在现场用空气或纯氧通过臭氧发生器高压放电产生的。以空气作气源，臭氧生产系统包括空气净化和干燥装置，以及鼓风机或空气压缩机等。如果以纯氧作为气源，臭氧生产系统应包括纯氧制取设备。10.5.4臭氧的投加由臭氧发生器出来的臭氧化空气(或纯氧)进入接触池与待处理水充分混和。为提高传质效率，臭氧化空气(或纯氧)可以通过微孔扩散器形成微小气泡均匀分散于水中。饮用水中的投加臭氧剂量一般为0.2～1.5mg/L。10.6物理消毒法10.6.1紫外线消毒法水银灯发出的紫外光，能穿透细胞壁并与细胞质反应达到消毒的目的。紫外线消毒与液氯消毒比较，具有以下优点：①消毒速度快，效率高，不影响水的物理性质和化学成分，不增加水的臭和味。②操作简单，便于管理，易于实现自动化。紫外线消毒不能解决消毒后在管网中二次污染问题，电耗较大，水中悬浮杂质妨碍光线投射等。紫外线消毒一般仅用于特殊情况下的小水量处理厂。10.6.2辐射消毒法辐射是利用电子射线、γ射线、x射线、β射线等高能射线来实现对微生物的灭菌消毒。目前此法还未见有应用。10.6.3加热消毒加热消毒仅适用于水量很小特殊场合的消毒。