自来水消毒技术介绍

自来水消毒技术介绍目录一、简介1.1常用的消毒方法1.2自来水厂消毒的工艺流程二、常用消毒方法2.1氯消毒2.1.1氯消毒原理2.1.2氯消毒优缺点2.1.3氯消毒工艺2.2二氧化氯消毒2.2.1二氧化氯的制取2.2.2二氧化氯消毒的特点2.3紫外线消毒2.3.1紫外线消毒的原理2.3.2紫外线消毒的优缺点2.3.3自来水厂用紫外技术的工程案例2.4臭氧（O3）消毒2.4.1臭氧的性质2.4.2臭氧的消毒原理2.4.3臭氧消毒的特点2.4.4自来水厂的臭氧消毒技术三、联合消毒法四、结论一、简介自来水是指通过自来水处理厂净化、消毒后生产出来的符合国家饮用水标准的供人们生活、生产使用的水。它主要通过水厂的取水泵站汲取江河湖泊及地下水，地表水。1.1常用消毒方法自来水消毒方法主要分为物理方法和化学方法两类。物理方法包含有机械过滤、加热、辐射、冷冻、紫外线、微电解和微波消毒等方法；化学方法包含有氯、臭氧、二氧化氯、氯胺、金属离子、卤素、阴离子表面活性剂及其它杀生剂等。1.2自来水厂消毒的工艺流程二、常用消毒方法2.1氯消毒2.1.1氯消毒原理氯气与水反应生成次氯酸，而次氯酸的强氧化性就是导致微生物细胞中的酶被氧化并且蛋白质被阻止合成而死亡，从而实现了消毒。Cl2+H2O→HClO+HClHClO→H++ClO-2.1.2氯消毒的优缺点优点：1）氯消毒操作简便，工艺成熟，便于控制；2）氯消毒的价格较低，不需要庞大的设备；3）低浓度时药效极高，且对人类健康危害不大；4）氯卓越的缓释特性具有特殊的好处，使其可在相对较长的时间内持续对管网系统进行消毒。缺点：1）氯气本身有毒，使用时必须注意安全，防止泄漏；2）水经氯消毒后往往会产生多种有害物质，尤其是“三致”作用的消毒副产物，如三氯甲烷、氯乙酸等。许多氯化消毒副产物在实验中证明具有致畸性、致突变性、致癌性、神经毒性作用等；3）长期饮用氯化水对生殖也有影响，可能引起自然流产、早产和死胎以及出生缺陷，也可能造成新生儿体重太轻，早熟或胎儿生长延迟等；4）液氯不能有效杀灭隐孢子虫及其孢囊。2.1.3氯消毒工艺1)前加氯即在加混凝剂时同时加氯，可氯化水中的有机物，提高混凝效果。2)后加氯在过滤之后加氯，因消耗氯的物质已经大部分去除，所以加氯量很少。滤后消毒为饮用水处理的最后一步。因为城市管网延伸很长，管网末梢的余氯难以保证时，需要在管网中途补充加氯。这样即能保证管网末梢的余氯，又不致使水厂附近管网中的余氯过高。管网中途加氯的位置一般都设在加压泵站或水库泵站内。2.2二氧化氯消毒2.2.1二氧化氯的制取由于二氧化氯性质不稳定，易发生爆炸，不易储存和运输，因此，二氧化氯一般采用现场发生制取。目前，国内外市场上二氧化氯产品主要有二氧化氯发生器、稳定性二氧化氯(液体二氧化氯制剂和固体二氧化氯制剂)。其中，发生器产生的二氧化氯可以直接使用；而稳定性二氧化氯在使用时需经过活化反应后才具有消毒作用。二氧化氯的制备方法有很多常用的有：1)氯酸钠还原法反应方程式为NaClO3+2HCl═ClO2+½Cl2+H2O+NaCl但该工艺最大的缺点是在二氧化氯产生的同时还有约占二氧化氯产量一半的氯气发生。实验结果表明，二氧化氯的有效转化率一般只有50％左右，并且受到反应温度和盐酸浓度的影响。要提高二氧化氯的转化率，必需保持较高的反应温度(约70℃)和加大盐酸的过剩量，但这同时又会导致副产物氯气产率的提高，使反应产物中氯气的含量增大。由于氯气的大量存在，严格讲已经失去了二氧化氯投加的最基本的意义，即降低水中三氯甲烷的含量。并且由于氯酸钠的转化率在实际运行中通常不足50％，这使得在投加量较高时，大量未反应的氯酸钠进入水中，水中剩余的C1O3-的浓度较高，造成二次污染。2)亚氯酸钠氧化法反应方程式为5NaClO2+4HCl═4ClO2+5NaCl+2H2O优点：具有工艺简单，设备容易操作及维护，产生物中二氧化氯纯度高的优点。缺点：成本较高，为达到95%的高产率，盐酸过量，使出口药液的pH值小于1。盐酸需要大量储备。产生1吨ClO2理论上需NaClO21.67吨，纯盐酸0.53吨。上式中将亚氯酸钠中的氯转化成二氧化氯的理论转化率为80%，但是按照实际反应获得的二氧化氯计算产率，往往可以超过该理论值。制取二氧化氯时，要注意盐酸与亚氯酸钠的浓度控制。反应物浓度过高（如32%的浓盐酸和高于24%的亚氯酸钠）会发生爆炸。常用的盐酸浓度为9%，亚氯酸钠的浓度7.5%。二氧化氯的生成速度和产率与pH值有很大关系，当pH值分别为2和5时，二氧化氯的产率分别为70%和85%，但pH值较高时的反应速度却很慢，发生器转换效率还与反应时间和温度有关，一般约10—20min、19–26℃。通常要求使用的盐酸过量，实践中使用的盐酸常常是化学计算值的3—4倍，也有观点认为过量27%。即可获得约95%的产率，通常本法反应速度较慢酸用量大，产品中常常带有一定量的剩余盐酸，还可能因副反应产生氯酸。我国中小型水厂普遍采用的饮用水二氧化氯消毒技术是氯酸钠盐酸法。是以氯酸钠器产生的负压将空气吸入反应室内，并将生成的二氧化氯和氯气气体从液相中移出。该工艺二氧化氯转化率低，同时，反应温度要求高，在制备二氧化氯的同时还会有氯气的存在，具有产生卤代烃的可能性。此外，由于原料转化率低，如果处理不当，未反应完全的原料可进入供水系统，造成新的污染。图1典型二氧化氯发生器2.2.2二氧化氯消毒的特点1）二氧化氯消毒的优势作为一种氧化型消毒剂，二氧化氯具有较强的杀灭病原体的能力，使用时不易水解，不与氨氮反应，杀菌效果不受水pH值影响，能够有效去除水中的铁、锰、臭味和色度、藻类、酚类及硫化物等，在自来水消毒中产生的三卤甲烷要比氯化消毒低得多。二氧化氯可快速杀灭水中各种微生物，如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌和枯草杆菌黑色变种芽孢等。与氯消毒剂相比，二氧化氯具有更好的灭菌、除藻、除味和助凝效果。2）二氧化氯消毒的弊端二氧化氯消毒灭菌效果好,有机副产物少,毒性较轻,但其主要无机副产物为亚氯酸盐（ClO2-）、氯酸盐（ClO3-）等,其中亚氯酸盐毒性较大,可能对血液中红细胞有影响,国外研究雌鼠饮用含有高浓度亚氯酸盐的水,生产的幼鼠体重轻,并有死胎。2.3紫外线消毒2.3.1紫外线消毒的原理紫外线杀菌就是通过紫外线的照射，破坏及改变微生物的DNA（脱氧核糖核酸）结构，使细菌当即死亡或不能繁殖后代，达到杀菌的目的。运用得当的紫外线消毒技术和有效的紫外线剂量可以确保饮用水安全。每天，全世界范围内有超过3000万吨的饮用水是经过紫外线消毒处理的。2.3.2紫外线消毒的优缺点自来水厂中采用紫外线消毒的优点有：对致病微生物有广谱消毒效果、消毒效率高，运行安全可靠；对隐孢子虫、贾第虫卵囊有特效消毒作用；不产生有毒、有害副产物；占地面积小，停留时间短；消毒效果受水温、pH影响小不增加可同化有机碳（AOC）、生物可降解溶解性有机碳（BDOC）等损害管网水质生物稳定性的副产物；可以降解水中的有机物和嗅味。自来水厂采用紫外线消毒存在的不足有：无持续杀菌能力，消毒后的水如果遇到新的污染源，会再次被污染，需要与氯配合使用；无后续杀菌作用；紫外灯套管容易结垢，影响紫外光的透出和杀菌效果；一些细菌被紫外照射失活的病毒细菌可通过光的协助修复自身被破坏的组织，达到复活目的，另外一些细菌可能存在着暗复活现象（不需光照）；国内使用经验少，对紫外线消毒技术的研究还没有完全开展起来，对紫外线消毒的应用还存在着许多问题。2.3.3自来水厂用紫外技术的工程案例位于德国中部的Essen自来水厂,日处理量20万m3。系统采用单一紫外线消毒工艺,整套系统由四台大管径反应器并联组合而成,由于水源水质较高,整套设备没有配套石英套管的清洗系统。2.4臭氧(O3)消毒2.4.1臭氧的性质与氧相比臭氧比重大、有味、有色、易溶于水、易分解。由于臭氧是由氧分子携带一个氧原子组成，决定了它只是一种暂存形态，携带的氧原子除氧化用掉外，剩余的又组合为氧气进入稳定状态，所以臭氧在工作中没有二次污染产生，这是臭氧技术应用的最大优越性。臭氧是已知最强的氧化剂之一，仅次于氟，可以氧化大多数有机物、无机物，其标准电极电位比氟低外，比氧、氯和二氧化氯及高锰酸钾等氧化剂都高。2.4.2臭氧的消毒原理臭氧在水中发生氧化还原反应，产生氧化能力极强的单原子氧（O）和羟基自由基（OH-），瞬间分解水中的有机物质、细菌和微生物。羟基自由基（OH-）是强氧化剂、催化剂，可使有机物发生连锁反应，反应十分迅速。羟基自由基（OH-）对各种致病微生物有极强的杀灭作用。单原子氧（O）也具有强氧化能力，对顽强的微生物如病毒、芽孢等有强大的杀伤力。臭氧杀灭细菌和病毒的作用，通常是物理的、化学的及生物的等几个方面的综合作用。臭氧消亡的途径，有两个，一是自然消亡，臭氧在250nm-320nm的紫外线照射下自然分解为O2；二是化合消亡，臭氧是强氧化剂，它可与任何物质反应，即称为化合消亡。由此使臭氧变成了不稳定，可迅速分解的物质2.4.3臭氧消毒的特点臭氧消毒的优势：1）无毒、无味、无副反应、无物染、无水质变化；2）臭氧改变微生物蛋白结构后，氧气直接挥发，微生物被杀灭，对水中的矿质营养没有破坏；3）无需耗能（不用加热），操作简单（气体稀释后直接由通入水中）；4）用量少，用0.1%的就可以；5）消毒全面彻底速度快，气相与液相有较快的扩散作用速度。臭氧消毒的不足：1）臭氧对物体有氧化性，主要是对天然橡胶或天然橡胶制品以及铜制品（有水汽存在时）有一定的腐蚀；2）臭氧发生器工作时，不宜导入超过爆炸极限的易燃性气体；3）产生臭化副产物；4）臭氧的穿透力弱，对物体纵深处细菌杀灭能力低；5）臭氧极不稳定，且臭氧生产成本高。2.4.4自来水厂的臭氧消毒技术1)臭氧气源系统臭氧系统生产臭氧的原料有两种，即空气和氧气，氧气主要通过现场制氧或从外部采购。大部分城市自来水厂现阶段采用的是液态氧为气源生产臭氧。臭氧发生器需要加入1%至3%的微量氮气(空气即可)，主要是为了提高设备生产效率和保护放电管，尽量延长设备使用寿命。图2一种臭氧发生器臭氧发生器主要包括放电体部分、电源控制系统和冷却水系统。2)尾气的破坏加热催化法：将尾气加热至40℃~50℃，利用催化剂对臭氧尾气进行分解破坏，催化剂为MnO2。加热催化法的优点是设备投资和运行能耗低；缺点是处理尾气中如含硫化物、卤素等杂质会导致催化剂中毒失效。高温加热法。臭氧加热至350℃时，在2秒内可100%分解。高温加热法就是对臭氧尾气高温加热分解。高温加热法优点是原理简单、设备稳定；缺点是设备投资和运行能耗高。据了解，一般在污水处理行业选用较多。给水厂不受水质限制，考虑到设备投资和运行能耗，一般采用加热催化法。三、联合消毒法自来水消毒的方法有许多，每种方法有其特有的优缺点，自来水厂选用的时候均为结合各方面因素的综合考虑结果。目前已有许多人开始研究两种甚至几种方法联合消毒。常见的有紫外线与氯联合消毒、生物氧化结合臭氧消毒的技术等。四、结论随着科学的发展，技术的进步，传统的氯消毒方法将逐渐被其他消毒方法所取代；多种方法联合消毒将成为今后的发展方向。