水质工程学第6章消毒

第6章消毒将水中的病原微生物灭活，使之减少到可以接受的程度。人体内致病微生物主要包括：病菌、原生动物胞囊、病毒（如传染性丙肝病毒、脑膜炎病毒）等。消毒的概念消毒消毒不同于灭菌灭菌是消灭所有活的微生物。饮用水消毒剂的主要作用a）杀灭饮用水中的病原体；b）消除异味和色度；c）氧化铁和锰离子；d）强化混凝沉淀和过滤的作用；e）防止混凝池和沉淀池中藻类的生长；f）防止管网中病原体再生。艾滋病病毒丙肝病毒小儿麻痹症病毒消毒次氯酸钠消毒臭氧消毒紫外线消毒高锰酸钾消毒氯铵消毒漂白粉消毒氯消毒二氧化氯消毒传统的消毒方法6.1氯消毒一、氯消毒原理氯易溶于水中，在清水中，发生下列反应：HOCl和OCl-都有氧化能力，但细菌带负电，故主要通过HOCl消毒。HOCl为很小的中性分子，可以扩散到带负电的细菌表面，并穿过细胞壁进入细菌内部，起氧化作用破坏细菌的酶系统使细菌灭亡。Cl2+H2OHOCl+H++Cl-HOClH++OCl-二、氯消毒的影响因素次氯酸/有效氯=[HOCl]/([HOCl]+[OCl-])=1/(1+[OCl-]/[HOCl])=1/(1+K/[H+])K:离解平衡常数pH＞9主要为OCl-＜6主要为HOCl=7.5各为一半左右pH高时，OCl-较多水中氨氮的影响由于HOCl是主要起消毒作用的物质：HOCl和OCl-的比例与水中温度和pH有关。Cl2+H2OHOCl+H++Cl-HOClH++OCl-][]][[HOClOClHK045678910111008060402020406080HOCL(%)OCL-(%)0℃20℃图11-1不同pH值和水温时，水中HOCL和OCL-的比例pH图6-1不同pH值和水温时，水中HOCl和OCl-的比例当水中有氨存在时，会发生如下反应：NH3+HOClNH2Cl+H2ONH2Cl+HOClNHCl2+H2ONHCl2+HOClNCl3+H2O反应后，一氯胺、二氯胺、三氯胺的含量与pH有关：pH9，一氯氨占优势pH=7，一氯氨和二氯氨同时存在pH6.5，二氯氨pH4.5三氯氨氯氨的消毒也是依靠HOCl，只有HOCl消耗得差不多时，反应才会向左移动。因此，采用氯氨消毒需要较长的接触时间。在三种氯氨中，二氯氨消毒效果最好，但有嗅味。三氯氨消毒作用极差，且有恶嗅味。三、化合性氯与自由氯化合性氯(结合氯)：以氯胺形式存在的氯称为化合性氯化合性氯消毒自由性氯：以Cl2及HOCl形式存在的氯称为自由性氯自由性氯消毒四、加氯量余氯：为抑制水中残余微生物的再度繁殖，管网中尚需维持少量剩余氯。需氯量：用于灭活水里的微生物，氧化有机物和还原性物质等所消耗的氯量。加氯量1.加氯量与余氯量的关系余氯（mg/L）加氯量（mg/L)b2自由余氯化合余氯BA0HCb4b3a4a3a2b12134加氯量（mg/L)21M0余氯（mg/L）图6-2加氯量与余氯关系水中无耗氯性物质，如水中无细菌、有机物和还原性物质时，需氯量为0，加氯量等于剩余氯量，该线与坐标轴成45°角。当原水受到有机物物污染，氧化这些有机物需消耗一定的Cl2量，即需氯量。加Cl2量必须超过需氯量，才能保证一定的剩余Cl2。交角小于45°。水中有机物与氯反应有快慢，测定时，部分尚在反应中余氯分解。如次氯酸会催化分解成盐酸和氧气，从而减少余氯量余氯（mg/L）加氯量（mg/L)b2自由余氯化合余氯BA0HCb4b3a4a3a2b12134加氯量（mg/L)21M0余氯（mg/L）加氯量与余氯量的关系（折点）表示水中杂质把Cl2消耗，余氯为0，消毒效果不可靠。OA氯与氨发生反应，有余氯存在，有消毒效果，余氯为化合性氯。AH产生化合性余氯。但由于加Cl2量增加了，出现氧化。HB已没有消耗Cl2的杂质了，此时出现自由性余氯，消毒效果最好。BC22223NHClHOClNHClHO反应结果使氯氨被氧化成为一些不起消毒作用的化合物，余氯反而逐渐减少了，最后到最低的折点B。水中的有机物主要是氨和氮的化合物。余氯量和加氯量的关系曲线是一折线2.加氯量的确定折点加氯法:加氯量超过折点出现自由性余氯，消毒效果最好。加氯量超过折点的需要量时称为折点加氯。同时应结合生产实际。根据试验确定•二级澄清(滤后水)或清洁地下水:1.0-1.5mg/L•一级澄清(滤前):1.5-2.5mg/L根据经验确定五、加氯点过滤之后加氯1加混凝剂的同时加氯2中途加氯3消耗氯的物质已经大部分去除，所以加氯量很少可以氧化水中的有机物，提高混凝效果保证管网末梢的余氯，同时又不致使水厂附近管网中的余氯过高。六、加氯设备、加氯间和氯库加氯机：转子加氯机，自动加氯机需配以相应的自动检测与控制设备。加氯间：可以和氯库合建，是安置加氯设备的操作间。氯库：是储备氯瓶的仓库。加氯间与氯库应有通风、照明、防火、保温、报警、事故处理等措施。录像：氯库.MOV氯瓶氯在常温和一个大气压时为气体，加压至6-8大气压或使温度低于-33.6度时变成液态，将氯气液化后灌入钢瓶就有利于贮藏和运输。干燥的气体和液氯的化学活动性很小，没有腐蚀性，但遇到水或受潮化学活动性增强，会严重腐蚀金属，因此，必须严格防止水或潮气进入钢瓶。液氯气化时，要吸收大量的热，生产上常用自来水浇洒在氯瓶的外壳上以供给热量？？！！立式氯瓶使用时要竖放，出氯口在上。卧式氯瓶有两个出氯口，使用时务必要放得使两个出氯口的连线垂直于水平面，上面一个出氯口为气态氯，下面一个出氯口为液态氯。并注意将上面出氯口与加滤机相连接。氯气有毒，运行时要防止漏气。录像：负压型氯吸收装置.MOVCl2+2NaOH=NaOCl+NaCl+H2O2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-2Fe3++Fe=3Fe2+七、氯化消毒副产物三卤甲烷(THMS)卤乙酸(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钠消毒臭氧消毒紫外线消毒氯铵消毒漂白粉消毒二氧化氯消毒一、二氧化氯消毒在常温下是一种黄绿色的气体，极不稳定，气态和液态ClO2均易爆炸。二氧化氯(ClO2)必须以水溶液的形式现场制取。酸与亚氯酸钠制取亚氯酸钠和氯制取制取方法二氧化氯发生器ClO2既是消毒剂又是氧化能力很强的氧化剂。对细菌的细胞具有较强的吸附和穿透能力，能有效地破坏细菌内含巯基地酶。消毒能力比氯强。ClO2的投加量约为1.0-2.0mg/L。作用机理特点ClO2本身和副产物ClO2-对人体血红细胞、神经系统及生殖系统有损害。因此，美国欧洲一些国家对水的剩余ClO2和ClO2-的总量做了规定。制取时的原料价格很高，限制了其广泛应用。作为氧化剂，能去除或降低水的色、嗅及铁、锰、酚等物质。ClO2不水解，消毒受pH影响较小。ClO2余量能在管网中保持很长时间，即衰减速度比氯慢。不会与水中有机物作用生成三卤甲烷，不会生成氯酚。二、氯铵消毒优点水中含有有机物和酚时，氯氨消毒不会产生氯臭和氯酚臭，同时可大大减小THMS的可性；能保持水中余氯较久，适用于供水管网较长的情况。缺点作用缓慢，杀菌能力比自由氯弱。单独使用的情况较少。操作方法人工投加氨可以是液氨、硫酸氨或氯化氨。氯和氨的投加量视水质不同而有所不同。一般采用氯:氨＝3:1~6:1。采用氯氨消毒时，一般先加氨，再加氯，这样就可以减小氯臭。管网长，也可以先加氯再加氨保证余氯持久。但有资料认为，氯和氨同时投加比先加氨后加氯，可减少有毒副产物(如三卤甲烷、卤乙酸等)的生成。三、漂白粉消毒漂白粉由氯气和石灰加工而成，分子式可简单表示为CaOCl2，有效氯为30%。漂白精分子式Ca(OCl)2，有效氯约为60%左右。两者均为白色粉末，有氯的气味，易受光、热河潮气作用而分解使用氯降低，故必须放在阴凉干燥和通风良好的地法。漂白粉加入水中反应：反应后生成HOCl，因此消毒原理与氯气相同。漂白粉需配成溶液加注，溶解时先调成糊状物，然后再加水配成1.0-2.0%(以有效氯计)浓度的溶液。当投加在滤后水中时，溶液必须经过约4-24h澄清，以免杂质带进清水中；若加入浑水中，则配制后可立即使用。2222222CaOClHOHOClCaOHCaCl四、次氯酸钠消毒次氯酸钠消毒通常用于小型水厂，因其易分解，常用次氯酸钠发生器现场制取，就地投加，不宜贮运。反应如下：22NaClHONaOClH2NaOClHOHOClNaOH次氯酸钠(NaOCl)是用发生器的钛阳极点电解食盐水而制得，反应如下：2NaClHO消毒剂次氯酸钠也是强氧化剂和消毒剂，但消毒效果不如氯强。消毒作用仍依靠HOCl。反应如下：五、臭氧消毒常温常压下呈淡蓝色、强烈的刺激性气体密度为空气的1.7倍，易溶于水。臭氧对人体健康有影响。臭氧特性臭氧发生器，在现场用空气或纯氧通过臭氧发生器高压放电产生。臭氧的产生既是氧化剂，又是消毒剂，在水中投入臭氧进行消毒或氧化通称臭氧化。作用主要靠·OH的作用，它的氧化作用极强(E0＝3.06V)。但作为消毒剂，由于臭氧在水中不稳定，易散失，因此在O3消毒之后，往往需要投加少量的氯等以维持水中剩余消毒剂。臭氧消毒的副产物比氯消毒时少，但也有可能产生三卤甲烷，溴酸盐等副产物，此外臭氧消毒的生产设备复杂，投资较大，电耗也较高，目前我国很少应用。臭氧消毒的特点六、紫外线消毒七、消毒方法的比较与选择消毒剂分子式主要特点适用条件液氯Cl2优点：1．具有余氯的持续消毒作用；2．成本较低，不需要庞大的设备；3．操作简单，投量准确；4．可氧化铁、锰等物质。缺点：1．当原水遭受污染（特别是遭受有机污染）时，加氯后容易产生卤代烃类有机物，其中有的是致癌或可疑致癌物；2．结合氯消毒时，产生氯酚味；3．氯气有毒，使用时需注意安全，配备防毒设施。液氯供应方便的地点氯胺NH2Cl、NHCl2优点：1．能减低三卤甲烷和氯酚的产生；2．能延长管网中余氯的持续时间，抑止细菌生成，防止管网中铁细菌的繁殖；3．可降低加氯量，减轻氯消毒时所产生的氯酚味或氯味。缺点：1．消毒作用慢，接触时间长；2．需增加氨设备，管理维护较麻烦。原水受有机物污染以及配水管网较长时二氧化氯ClO2优点：1．不会产生有机氯化物；2．较自由氯消毒效果好；3．具有较强氧化作用，可除嗅、去色、氧化铁、锰等物质。缺点：1．不能储存，须现场制备；2．制取设备较复杂，操作管理要求高；3．成本较高。1．液氯供应不方便及配水管网较长时；2．小型水厂。臭氧O3优点：1．具有强氧化能力，是最活泼等氧化剂之一，对微生物、病毒、芽孢等均具有杀灭能力。消毒效果好，接触时间短；2．能除嗅、去色、氧化铁、锰等物质；3．不会产生有机氯化物；4．能除酚，不会产生氯酚味。缺点：1．基建投资大，经常耗电费用高，制水成本较高；2．O3在水中不稳定，易挥发，无余氯持续消毒作用；3．设备复杂，操作管理维护麻烦。1．有机物污染严重且电力供应充足处；2．原水需预处理时。3．深度处理时。紫外线优点：处理后的水无味无色，不会产生有害副产物；设备体积小，占地面积少，管理维护简单。缺点：1．消毒效力受水中悬浮物含量影响大；2．无余氯持续消毒作用；3．灯管普遍使用寿命较短，成本较高。供水范围及处理水量小处。前臭氧取水口清水池管网二级泵房取水泵房斜管沉淀池滤池臭氧车间后加氯矾高锰酸钾（应急）粉末活性炭（应急）冲洗水箱活性炭吸附池提升泵房及臭氧接触池液氧储罐鼓风机房取水口清水池管网二级泵房取水泵房平流沉淀池滤池后加氯矾高锰酸钾（应急）粉末活性炭（应急）粉末活性炭（应急）前臭氧补加氯补加氯