【漲知識】自來水廠常用的幾種水處理消毒技術

(一)水處理需要消毒的原因

城鎮供水所用的水源，一般為地面水或地下水。任何地面水或多或少都受到生活污水和工業廢水的污染，就是已經通過混凝沉澱、過濾等凈化處理，但也不能把有害的細菌、病原菌及其它微生物完全去除。水源是地下水時，水質雖然較好，但也會受到不同程度的污染，尤其是淺層地下水，容易受到周圍環境、特別是生活污水的影響和污染，這些有害的細菌，成為人體有害的傳播介質。同時，自來水在輸送和貯存過程中，可能會受到細菌污染，為了保障人民的身體健康，防止水致疾病的的傳播，使供水水質達到GB5749—2006《生活飲用水衛生標準》，必須採用消毒來保證水質，通過消毒處理後的自來水可以控制消除水中的病原菌、病毒和其他致病性病菌傳播的問題，《生活飲用水衛生標準》中要求消毒液與水的接觸時間不少於30分鐘後，出廠水及給水管道的管網末梢水維持一定的余氯就可以保證飲用水的安全。

(二)氯消毒技術的應用

到目前為止， 自來水廠主要以氯為消毒劑，可用來消除水中的細菌和有機物，氯加到水中後生成的次氯酸HOCL和次氯酸根OCL，而氯能起到消毒作用的主要成分是次氯酸HOCL，次氯酸HOCL是很小的中性分子，容易擴散到帶負電的細菌表面，並通過細菌壁到細菌內部，因氧化作用破壞了細菌的酶系統，因酶是促進葡萄糖吸收和新陳代謝作用的催化劑，從而使細菌死亡；次氯酸根OCL也具有殺菌能力，但因帶有負電，不容易接近帶負電的細菌表面，殺菌能力比HOCL差得多。

氯消毒主要受到加氯量、氯與水的接觸時間、水的渾濁度、

水的PH值、水溫、氨氮含量等因素的影響。

1．液氯消毒

採用氯瓶貯存液氯進行消毒，在常溫下，當按規定打開

氯閥時，液態氯變成氣態氯，氯氣是一種氧化能力很強的黃

綠色有毒氣體，是一種具有特殊強烈刺鼻味的窒息性氣體。

加氯氣消毒的原理：

(i)當水中無氨氮存在時，反應式是：

CL2+ tl20 H HOCL+ HCL

HOCL —- H + OCL

氯消毒的作用主要是次氯酸HOCL，並不是氯氣本身。

(2)當水中存在氨氮，則產生如下反應：

CLz+NH3一HCL+NH2CL(一氯胺)

2CL +NH。一HCL+NHCL (二氯胺)

3CLz+NH3一HCL+NCL。(三氯胺)

從上述三個反應式中可見，在含氨氮的原水中，隨著加

氯量的不斷增加，氯胺的性質產生變化，分別生成一氯胺

NH CL、二氯胺NHCL 、三氯胺NCL。，氯胺的消毒作用比次氯酸

要慢的多。

2．次氯酸鈉消毒

次氯酸鈉內的有效氯，因容易受日光、溫度的影響而分

解，所以採用次氯酸鈉發生器就地製造、應用。次氯酸鈉發

生器利用鈦陽極電解食鹽水而產生次氯酸鈉，起反應式為：

NaC1+ H20 —+ NaCl0 + H2 f

次氯酸鈉在水溶液中的反應式為：

NaCIO — Na + OCI一

0C1一+H20 + HOCL 十0H一

由發生器生產出的次氯酸鈉，是淡黃色透明液體，次氯酸鈉的滅菌原理主要是通過它的水解形成次氯酸HOCL，次氯酸進行消毒。

3．氯胺消毒

當原水有機物較多，含氨量高，給水管網中藻類和細菌有再生長的可能，要達到出廠水全部都是遊離氯確實有困難，或者需要減輕或避免自來水中的氯酚臭味時，可以考慮使用氯胺消毒。氯胺消毒是同時向水中加氯和加氨，氨可以是液氨、硫酸銨或氯化銨溶液；一般重量比控制在氨：氯=1：3或1：6，在水位高時可取1：3，在水溫低時1：6；除了控制加氯量和加氨量外，還要注意投藥的順序，一般是「先氯後氨」。氯和氨作用後生成氯胺，如果天然水中含有氨氮，也可和氯反應生成氯胺。氯胺消毒的殺菌持續時間長，所以當給水管和給水管網很長時，可防止細菌在管網中再度生長，但氯胺是逐漸放出次氯酸，其殺菌能力遠比遊離氯差，所以需要有2小時以上的接觸時間。 、、

4．漂白粉消毒

漂白粉是氯氣和石灰加工而成，其組織複雜，／分子式一般可寫成Ca(OC1) ，含氯量為25％~30％，漂白精的分子式為Ca(0C1)z，含氯量為50％~60％，易受光、熱和潮氣作用而分解，含氯量隨之降低，貯藏在乾燥和通風處。漂白粉與水作用的反應式為：

Ca(0C1)2+2H 0— 2HOCL+Ca(OH)2+CaCl2

消毒原理與氯相同。

(三)二氧化氯消毒技術的應用

近年來， 自來水廠陸續採用了二氧化氯發生器，由發生器生產出的二氧化氯溶液對自來水進行消毒，二氧化氯是黃綠色氣體有一種辛辣的氣味，在水溶液中相當穩定，可作為消毒劑安全使用。它的水溶液顏色和濃度有關，低濃度時為黃綠色，高濃度時為桔紅色。是一種高效氧化劑，有強大的去色和漂白能力。

二氧化氯發生器，是一種運行成本很低、藥物投加準確、消毒效果極佳的設備，不含制氯廠出品的那些複雜甚至有害的成份，使用氯酸鈉與鹽酸定量滴定，控制反應生成量的辦法來實現，其總反應表達如下：

NaC10 + 2HCl— NaC1+C12 f + 1／2C102 f + 2H20

對經水傳播的病原微生物，包括病毒、牙孢及水路系統中的異氧菌、硫酸鹽還原菌和真菌均有很好的消毒效果。它主要的作用是對細胞壁有較好的吸附和透過性，可有效地氧化細胞內含基的酶，並可快速地控制微生物蛋白質的合成。二氧化氯先同水發生反應產生亞氯酸HC102，亞氯酸是一種相當弱的弱酸，具有氧化漂白作用。

2C102+ H20 — HCIO2+ HCIO3

二氧化氯被認為是氯消毒劑的理想替代品。二氧化氯的消毒機理主要是通過吸附、滲透作用，進入細胞體，氧化細胞內酶系統和生物大分子，較好地殺滅細菌、病毒，且不對動、植物產生損傷，殺菌作用持續時間長，受PH影響不敏感。二氧化氯與水中有機物的反應為氧化作用，而氯則以取代反應為主。

(四)臭氧消毒技術的應用

臭氧一種強氧化劑、消毒劑和殺病毒劑，化學分子式是03，它是淡藍色、強烈刺激性有毒氣體，具強氧化性，可自動分解為氧氣，屬易燃易爆品。臭氧常用空氣作為原料製備，空氣須先經過凈化和乾燥處理以提高臭氧生產率，防止設備積垢，和降低能量消耗，經過凈化和乾燥過的空氣，進入臭氧發生系統，製備臭氧，臭氧在水中的溶解度有限，必須有臭氧和水的接觸室，以及尾氣回收利用和處置設備，才能提高使用效率。但由於臭氧製取設備複雜，投資大，運行費用高，一直沒有得到普遍推廣。臭氧的消毒機理包括直接氧化和產生自由基的間接氧化，與氯和二氧化氯一樣，通過氧化來破壞微生物的結構，達到消毒的目的。因此消毒效果與其氧化還原電位直接相關。由於臭氧分子不穩定，易自行分解，在水中保留時間很短，小於3O分鐘，因此不能維持管網持續的消毒效率，而且臭氧消毒產生溴酸鹽、醛、酮等副產物，其中溴酸鹽在水質標準中有規定，醛、酮等副產物部分是有害健康的化合物，部分使管網水生物穩定性下降，因此臭氧消毒在使用中受到一定的限制。對於大、中型管網系統，採用臭氧消毒時必須依靠氯來維持管網中持續的消毒效果。

(五)紫外線消毒技術的應用

氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒是化學法消毒，而紫外線則是物理消毒，紫外線是指電磁波波長處於200~380nm的光波，紫外線消毒機理與其它氧化劑不同，是利用波長254nm及其附近波長區域對微生物DNA的破壞，阻止蛋白質合成而使細菌不能繁殖。由於紫外線對隱孢子蟲的高效殺滅作用和不產生副產物，紫外線消毒在給水處理中顯示了很好的市場潛力。因為氯消毒不能有效殺滅隱孢子蟲卵囊，而紫外線對隱孢子蟲卵囊有很好殺滅效果。而且在常規消毒劑量範圍內紫外線消毒不產生有害副產物，但紫外線消毒不能維持管網內持續的消毒效果，在大型水廠的應用必須跟氯結合，其使用目前還受到一定限制。

(六)各種消毒技術的優缺點及其適用條件見下表

消

毒

技

術

分子式

優缺點

適用條件

液

氯

Cl2

1.具有餘氯的持續消毒作用：

2.價格成本較低；

3.操作簡單，投藥準確：

4.不需要龐大的設備。

1.原水有機物高時會產生有機氯化合物，尤其在水源受有機污染時：

2.原水中即含有極微酚時，也會產生氯酚味：氯氣有劇毒，使用時需要特別注意安全，防止漏氧。

液氯供應方便的地方

次

氯

酸 C

鈉

NaClO

1.具有餘氯的持續消毒作用

2.操作簡單，比投加液氯安全，方便：

3.使用成本雖較液氯高，但較漂白粉低。

1.不能貯存，必須現場製備使用。

2.設備較小，產氣量少，使用受限制；

3.必須耗用一定的電能及食鹽。

適用於小型水廠

氯

胺

一氯胺NH2CL一氯胺NHCL2三氯胺NCL2

1.能降低三鹵甲烷和氯酚的產生；

2.能延長管網中剩於氯的持續時間抑制細菌生存與繁殖；

3.防止管網中鐵細菌的繁殖。

4.可降低加氯量，減輕氯消毒時所產生的氯酚味。

1.消毒作用比液氯和次氯酸鈉進行得慢，需較長接觸時間。

2.需增加加氨設備，操作管理麻煩。

原水中有機物多以及給水管線較長

漂

白

粉

或

漂

白

精

Ca(0Cl)2

1.具有液氯持續消毒作；

2.投加設備簡單；

3.價格低廉；

4.漂白精含有效氯50～60%，使用方便。

1.同液氯一樣產生有機化物和氯酚味；

2.易受光、熱、潮氣和而分解失效，須注意防潮貯存；

3.漂白粉的溶解和調製不方便；

4.漂白粉含量只有25～30%，因而用量大，設備容積大。

漂白粉僅適用於生產能力較小的水廠，漂白精使用方便，一般在水質突然變壞時臨時投加

二

氧

化

氯

C102

1.殺菌效果好、用量少，作用快，消毒作用持續時間長，可以保持剩餘消毒劑量；

2.氧化性強，能分解細胞結構，並能殺死孢子；

3.能同時控制水中鐵、錳、色、味、嗅；

4.受溫度和PH影響小；

5.不產生三鹵甲烷和鹵乙酸等副產物，不產生致突變物質，與氯消毒相比，二氧化氯能降低致突活性。

1.操作不適當時易引起爆炸；

2.不能存儲，必須現場製取使用；

3.製取設備複雜；

4.操作管理要求高；

5.成本較高。

適用於大、中、中型水廠

臭

氧

消

毒

03

1.具有強氧化能力，為最活潑的氧化劑之一，對微生物、病毒、芽孢等均具有殺傷力，消毒效果好；

2接觸時間短，用量少，作用快；能除嗅、去色、及去除氧化鐵、錳等物質；

3.能除酚，無氯酚味；

4.不會生成有機氧化物。

1.其建投資大，經常耗電費用高，制水成本較高；

2.臭氧在水中不穩定，易揮發，無餘氯持續消毒作用；

3.設備複雜，管理麻煩；

4.產生溴酸鹽、醛、酮等副產物部分是有害的化合物。

適用於大、中型水廠

紫

外

線

消

毒

1.殺菌效率高，接觸時間短；

2.不改變水的物理、化學性質，不會生成有面氯化物和氯酚味；

3.已具有成套設備，操作方便

1.沒有持續的消毒作用，易受重複污染；

2.電耗較高，燈管壽命還有持提高；

3.要求照射面大而水層薄，致使消毒液程設備複雜

適用於工礦企業，集中用戶用水，不適用於管路過長的用水

(七)結語

在氯、二氧化氯、臭氧和紫外線等主流消毒技術中，紫外線及其組合消毒技術由於其消毒效率高，不產生消毒副產物或產生的消毒副產物少在給水處理中將有很好的前途。為綜合利用不同消毒技術的優點，採用由不同消毒技術的優點，採用由不同消毒技術結合的組合工藝和多級屏障消毒技術將是未來發展趨勢。