地表水處理技術(shù)-地表水的消毒處理

地表水處理技術(shù)地表水的消毒

主要內(nèi)容1)給水消毒的意義2）消毒方法3）消毒存在的問題

一、給水消毒的目的

2000年加拿大Walkerton消毒事故,7人死亡，2300多人住院，部分染病兒童將終身受害;1993年Milwaukee由于隱孢子蟲感染，造成40多萬人染病，4萬人住院

1991年霍亂在拉丁美洲爆發(fā)，1年內(nèi)傳染至11個(gè)國家，然后到其他地區(qū)，100萬人染病，9600人死亡;1961年世界范圍內(nèi)由水引起的霍亂，歷時(shí)10年;

中國：由水源集中取水，經(jīng)過統(tǒng)一凈化處理和消毒后，由輸水管網(wǎng)送到用戶的供水方式。美國：水處理系統(tǒng)每年運(yùn)行60天，服務(wù)25人以上或有15個(gè)水龍頭以上的供水系統(tǒng)。國內(nèi)外集中式供水方式都要求有消毒處理二、消毒方法

1、化學(xué)消毒化學(xué)消毒的消毒機(jī)理主要是氧化作用,通過氧化破壞微生物的結(jié)構(gòu),達(dá)到消毒的目的。其優(yōu)點(diǎn)是殺菌效果好,用量少,作用快,能同時(shí)控制水中鐵、錳、色、味、嗅?？蓪⑶杌?、酚等有毒有害物質(zhì)氧化為無害物質(zhì);可氧化嗅味和致色物質(zhì),從而減少嗅味,降低色度;可氧化溶解性鐵、錳,形成不溶性沉淀,通過過濾去除;可將生物難分解的大分子有機(jī)物氧化分解為易于生物降解的小分子有機(jī)物化學(xué)消毒法主要包括氯消毒、臭氧消毒、二氧化氯消毒、氯胺消毒等2、物理消毒物理消毒法是利用物理因素作用于病原微生物將之殺滅或清除的方法.物理因素按其在消毒中的作用有：（1）具有良好滅菌作用的,如熱力、微波、紅外線、電離國徽等,它殺滅微生物的能力很強(qiáng),可達(dá)來滅菌要求；（2）具有一定消毒作用的,如紫外線、超聲波等,可殺滅絕大部分微生物；消毒在給水處理工藝流程中的位置8混凝沉淀過濾消毒管網(wǎng)新型致病微生物：賈第蟲、隱孢子蟲、冠狀病毒消毒副產(chǎn)物：三鹵甲烷、鹵乙酸、鹵代腈等生物穩(wěn)定性的問題：管網(wǎng)水質(zhì)三、消毒存在的問題新型致病微生物藍(lán)氏賈第蟲孢囊隱孢子蟲卵囊冠狀病毒

飲用水微生物學(xué)指標(biāo)

細(xì)菌總數(shù)：≤80CFU/mL；總大腸桿菌群、耐熱大腸菌群、糞型鏈球菌群:0CFU/100mL(膜法),或MPN<1/100mL(多管發(fā)酵法);

余氯：出廠水游離余氯≥0.3mg/L（或在與水接觸120min后總余氯不低于0.6mg/L），管網(wǎng)末梢總余氯不低于0.05mg/L。二氧化氯：與水接觸30min后總余氯不低于0.1mg/L），管網(wǎng)末梢總余氯不低于0.02mg/L。藍(lán)氏賈第鞭毛蟲孢囊和隱孢子蟲卵囊：<1個(gè)/10L三鹵甲烷（mg/L）鹵乙酸（mg/L）余氯（mg/L）氯胺（mg/L）美國0.0800.06044中國0.1000.060----------二氧化氯（mg/L）亞氯酸鹽（mg/L）溴酸鹽（mg/L）美國0.81.00.01中國-----0.80.025水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于消毒副產(chǎn)物的規(guī)定生物穩(wěn)定性問題生物穩(wěn)定性問題生物穩(wěn)定性問題生物穩(wěn)定性：飲用水中有機(jī)營養(yǎng)機(jī)質(zhì)支持異養(yǎng)菌生長的能力AOC：生物可同化有機(jī)碳BDOC：生物可降解溶解性有機(jī)碳

由于天然水受到生活污水和工業(yè)廢水的污染，會(huì)含有各種微生物，包括能致病的細(xì)菌性病原微生物和病毒性病原微生物，它們大多粘附在懸浮顆粒上。水經(jīng)混凝、沉淀、過濾處理后，可以去除絕大多數(shù)病原微生物，但還難以達(dá)到生活飲用水的細(xì)菌學(xué)指標(biāo)要求。消毒是生活飲用水處理中必不可少的一個(gè)步驟，它對(duì)飲用水細(xì)菌學(xué)起保證作用。我國飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：細(xì)菌總數(shù)不超過100個(gè)/mL，大腸菌群不超過3個(gè)/L。消毒的目的就是殺死各種病原微生物，防止水致疾病的傳播，保障人們身體健康。小結(jié)1)給水消毒的意義2）消毒方法3）消毒存在的問題

地表水處理技術(shù)地表水的消毒

主要內(nèi)容

1）消毒原理2）投氯量3）余氯4）投氯點(diǎn)5）投氯設(shè)備一、氯消毒原理

給水處理中易常用的是氯消毒法。氯消毒具有經(jīng)濟(jì)、有效、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用歷史最久。但自從發(fā)現(xiàn)受污染水源經(jīng)氯化消毒會(huì)產(chǎn)生三氯甲烷等小分子的鹵代烴類和鹵代酸類致癌物以后，對(duì)氯消毒的副作用便引起了廣泛重視，可對(duì)其危害程度也存在爭議。目前，氯消毒仍是最廣泛使用的—種消毒方法，而其它消毒方法也日益受到重視。氯容易溶解于水，當(dāng)氯溶解在清水中時(shí)，發(fā)生下列反應(yīng)：

Cl2+H2O=HOCl+HCl

次氯酸HOCl部分離解為氫離子和次氯酸根：HOCl=H++OCl－

下圖表示在0℃和20℃時(shí)，不同pH值時(shí)的HOCl和OCl—的比例氯消毒作用的機(jī)理，一般認(rèn)為主要通過次氯酸HOCl起作用。

HOCl為很小的中性分子，只有它才能擴(kuò)散到帶負(fù)電的細(xì)菌表面，并通過細(xì)菌的細(xì)胞壁穿透到細(xì)菌內(nèi)部。當(dāng)HOCl分子到達(dá)細(xì)菌內(nèi)部時(shí)，能起氧化作用破壞細(xì)菌的酶系統(tǒng)而使細(xì)菌死亡。OCl—雖亦具有殺菌能力，但是帶有負(fù)電，難于接近帶負(fù)電的細(xì)菌表面，殺菌能力比HOCI差得多。實(shí)踐表明，pH值越低則消毒作用越強(qiáng)，證明HOCl是消毒的主要因素。

很多地表水源中，由于有機(jī)污染而含有一定的氨氮。氯加入這種水中，產(chǎn)生如下的反應(yīng)：CI2+H2O＝HOCl+HClNH3+HOCl＝NH2Cl+H2ONH2Cl+HOCl＝NHCl2+H2ONHCl2+HOCl＝NCl3+H2O

用氯消毒，5min內(nèi)可殺滅細(xì)菌達(dá)99％以上；而用氯胺時(shí)，相同條件下，5min內(nèi)僅達(dá)60％；需要將水與氯胺的接觸時(shí)間延長到十幾小時(shí)，才能達(dá)到99％以上的滅菌效果。

水中所含的氯以氯胺存在時(shí)，稱為化合性氯。自由性氯：也叫游離性氯，指HOCL和OCL—。自由性氯的消毒效能比化合性氯要高得多。自由性氯加化合性氯稱總有效氯（總氯）。

加氯量=需氯量+余氯量二、投氯量

水中的投氯量，可以分為兩部分：需氯量和余氯量。需氯量指用于殺死細(xì)菌、氧化有機(jī)物和還原性物質(zhì)所消耗的部分。

氯在水中的消毒作用根據(jù)水質(zhì)不同可分為兩種情況。1）原水中不含氨氮2）原水中含有氨氮不同情況下加氯量與剩余氯量之間的關(guān)系：加氯量和余氯量的關(guān)系

(1)如水中無微生物、有機(jī)物和還原性物質(zhì)等，則需氯量為零，加氯量等于剩余氯量，如圖中所示的虛線。

(2)若水中已受到有機(jī)物和細(xì)菌等污染，氧化這些有機(jī)物和殺滅細(xì)菌要消耗一定的氯量，即需氯量。加氯量必須超過需氯量，才能保證一定的剩余氯。當(dāng)水中有機(jī)物較少，而且主要不是游離氨和含氮化合物時(shí)，需氯量OM滿足以后就會(huì)出現(xiàn)余氯，如圖中的實(shí)線。折點(diǎn)加氯曲線

(3)當(dāng)水中的有機(jī)物主要是氨和氮化合物時(shí)，情況比較復(fù)雜。如圖中OMABP曲線所示。曲線與直線之間的垂直距離表示需氯量，曲線與橫坐標(biāo)之間的垂直距離表示余氯量。

消毒處理時(shí)投氯量的多少根據(jù)原水水質(zhì)和消毒的目的有所不同。對(duì)給水處理來說，當(dāng)原水游離氨在0.3mg／L以下時(shí)，通常加氯量控制在折點(diǎn)后；原水游離氨在0.5mg／L以上時(shí)，峰點(diǎn)A以前的化合性余氯量已夠消毒，加氯量可控制在峰點(diǎn)前以節(jié)約加氯量；原水游離氨在0.3～0.5mg／L范圍內(nèi)，加氯量難以掌握，如控制在峰點(diǎn)前，往往化合性余氯減少，有時(shí)達(dá)不到要求；控制在折點(diǎn)后則浪費(fèi)加氯量。

余氯是指氯投入水中后，除了與水中細(xì)菌、微生物、有機(jī)物、元機(jī)物等作用消耗一部分氯量外，還剩下了一部分氯量，這部分氯量就叫做余氯。余氯可分為化合性余氯和游離性余氯，總余氯即化合性余氯與游離性余氯之和。如果出廠水沒有氯或加氯量不夠，在管網(wǎng)里就可能使細(xì)菌、大腸桿菌等微生物大量繁殖，影響管網(wǎng)水質(zhì)，因此在供水管網(wǎng)中必證一定的余氯量。三、余氯三、余氯我國《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：氯與水接觸30分鐘后應(yīng)不低于0.3ｍｇ／Ｌ，集中式給水除出廠水應(yīng)符合上述要求外，管網(wǎng)末梢水不低于0.05ｍｇ／Ｌ。

自來水余氯濃度過高的話，主要危害有：1、刺激性很強(qiáng)，對(duì)呼吸系統(tǒng)有傷害；2、易與水中有機(jī)物反應(yīng)，生成氯仿、四氯化碳等致癌物。

研究表明，氯仿的生成量不僅與水源有關(guān)，還與管網(wǎng)長度有密切關(guān)系，為了提高加氯消毒質(zhì)量，合理確定氯氣投加量和投加點(diǎn)是非常必要的。四、投氯點(diǎn)加氯接觸時(shí)間是保證消毒效果的重要條件，投氯后經(jīng)充分混合保證30分鐘接觸時(shí)間是非常必要的。水體中的腐殖酸和富里酸是生成有機(jī)鹵化物的重要前驅(qū)物，它們是一些帶不同基團(tuán)的陰離物質(zhì)，易與混凝劑形成絮體沉降。三價(jià)鋁和三價(jià)鐵可去除90%的腐殖酸，因此，加氯點(diǎn)應(yīng)盡量后移，設(shè)置在濾池之后是控制有機(jī)鹵化物生成量的經(jīng)濟(jì)易行的方法。四、投氯點(diǎn)

濾后投氯，即把氯投在濾池出水口或清水池進(jìn)口處，或?yàn)V池至清水池的連接管(渠)上，稱為濾后投氯消毒。濾后消毒為飲用水處理的最后一步。這種方法一般適用于原水水質(zhì)較好，經(jīng)過濾處理后水中有機(jī)物和細(xì)菌已被大部分除去，投加少量氯即能滿足余氯要求。（一）濾后投氯在加混凝劑時(shí)同時(shí)加氯，可氧化水中的有機(jī)物，提高混凝效果。用硫酸亞鐵作為混凝劑時(shí)，可以同時(shí)加氯，將亞鐵氧化成三價(jià)鐵，促進(jìn)硫酸亞鐵的凝聚作用。這些氯化法稱為濾前氯化或預(yù)氯化。預(yù)氯化還能防止構(gòu)筑物中滋生青苔和延長氯胺消毒的接觸時(shí)間，使加氯量維持在MA段，以節(jié)省加氯量。對(duì)于受污染水源，氯與有機(jī)物結(jié)合會(huì)產(chǎn)生有害的副產(chǎn)物，應(yīng)取消濾前加氯。（二）濾前氯化或預(yù)氯化注：（1）如果水廠工藝不能滿足將投氯點(diǎn)置于沉淀池或?yàn)V池之后，可通過以下方法解決：選擇濾池、清水池之間建造接觸池對(duì)清水池改造，加回流墻；出廠水加氯胺；廠外水庫泵站加氯或氯胺。（2）當(dāng)城市管網(wǎng)延伸很長，管網(wǎng)末梢的余氯難以保證時(shí)，需要在管網(wǎng)中途補(bǔ)充加氯或者氯胺。這樣既能保證管網(wǎng)末梢的余氯，又不致使水廠附近管網(wǎng)中的余氯過高。管網(wǎng)中途加氯的位置一般都設(shè)在加壓泵站或水庫泵站內(nèi)。五、投氯設(shè)備、加氯間和氯庫人工操作的加氯設(shè)備主要包括加氯機(jī)(手動(dòng))、氯瓶和校核氯瓶重量(也即校核氯重)的磅秤等。近年來，自來水廠的加氯自動(dòng)化發(fā)展很快，特別是新建的大、中型水廠，大多采用自動(dòng)檢測(cè)相自動(dòng)加氯技術(shù)，因此，加氯設(shè)備除了加氯機(jī)(自動(dòng))和氯瓶外，還相應(yīng)設(shè)置了自動(dòng)檢測(cè)(如余氯自動(dòng)連續(xù)檢測(cè))和自動(dòng)控制裝置。小結(jié)

1）消毒原理2）投氯量3）余氯4）投氯點(diǎn)5）投氯設(shè)備地表水處理技術(shù)地表水的消毒

主要內(nèi)容1）二氧化氯消毒2)漂白粉消毒3)次氯酸鈉消毒4)臭氧消毒5）紫外線消毒其他消毒法消毒技術(shù)是給水處理工藝中的重要組成部分,而氯消毒是國內(nèi)外最主要的消毒技術(shù),但由于氯消毒產(chǎn)生有“三致”作用的消毒副產(chǎn)物等原因,消毒技術(shù)的優(yōu)化和發(fā)展成為十分緊迫的問題。目前優(yōu)化消毒主要包括優(yōu)化常規(guī)的氯消毒和采用其他方式的消毒技術(shù)。一、二氧化氯消毒二氧化氯消毒劑是國際上公認(rèn)的含氯消毒劑中唯一的高效消毒滅菌劑，它可以殺滅一切微生物，包括細(xì)菌繁殖體，細(xì)菌芽孢，真菌，分枝桿菌和病毒等，并且這些細(xì)菌不會(huì)產(chǎn)生抗藥性。二氧化氯對(duì)微生物細(xì)胞壁有較強(qiáng)的吸附穿透能力，可有效地氧化細(xì)胞內(nèi)含巰基的酶，還可以快速地抑制微生物蛋白質(zhì)的合成來破壞微生物。二氧化氯消毒應(yīng)用簡史1944年首先在美國使用:主要用于去嗅、味，特別是酚類物質(zhì)去處鐵、錳二氧化氯近年來被重點(diǎn)開發(fā)的原因:不產(chǎn)生鹵代有機(jī)副產(chǎn)物、如三鹵甲烷、鹵乙酸等能殺死抗氯的賈第蟲、隱孢子蟲等致病微生物副產(chǎn)物毒、副作用相對(duì)較小二氧化氯的消毒機(jī)理:主要是吸附、滲透作用二氧化氯對(duì)微生物的殺滅原理是：二氧化氯對(duì)細(xì)胞壁有較好的吸附性和透過性能，可有效地氧化細(xì)胞內(nèi)含疏基的酶；可與半胱氨酸、色氨酸和游離脂肪酸反應(yīng)，快速控制生物蛋白質(zhì)的合成，使膜的滲透性增高；并能改變病毒衣殼蛋白，導(dǎo)致病毒滅活。（一）消毒機(jī)理1、殺菌機(jī)理：二氧化氯對(duì)細(xì)胞壁有較強(qiáng)的吸附和穿透能力，放出原子氧將細(xì)胞內(nèi)的含巰基的酶氧化起到殺菌作用。2、漂白作用：二氧化氯的漂白是通過放出原子氧和產(chǎn)生次氯酸鹽而達(dá)到分解色素的目的。用他做漂白劑代替氯氣、氯酸鹽等，可阻止并避免與纖維發(fā)生氧化而降低纖維強(qiáng)度，因而效果更全面。3、除臭作用：二氧化氯的除臭是因?yàn)樗芘c異味物質(zhì)(如H2S、-SOH、-NH2等)發(fā)生脫水反應(yīng)并使異味物質(zhì)迅速氧化轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)。而且它能阻止蛋氨酸分解成乙烯,也能破壞已形成的乙烯,從而延緩腐爛，同時(shí)殺死微生物而不與脂肪酸反應(yīng)并不破壞食品結(jié)構(gòu)。4、消毒作用：二氧化氯的氧化性可將有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒物。

二氧化氯(ClO2)極不穩(wěn)定，氣態(tài)和液態(tài)ClO2均易爆炸，故必須以水溶液形式現(xiàn)場(chǎng)制取，即時(shí)使用。在給水處理中，制取ClO2反應(yīng)如下：2NaClO2＋Cl2＝2ClO2＋2NaCl

二氧化氯既是消毒劑，又是氧化能力很強(qiáng)的氧化劑。

ClO2的最大優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)與水中有機(jī)物作用生成三鹵甲烷。這正是ClO2在當(dāng)前水處理中受到重視的主要原因。亞氯酸鈉二氧化氯消毒的優(yōu)點(diǎn):不產(chǎn)生三鹵甲烷等鹵代副產(chǎn)物殺菌效果好、用量少，作用快受溫度、pH影響小能同時(shí)控制水中鐵、錳、色、味、嗅二氧化氯消毒的缺點(diǎn):產(chǎn)生亞氯酸根（OCl2-）等有毒副產(chǎn)物制備和保存困難、純度沒保證運(yùn)行成本相對(duì)較高（二）二氧化氯的制備方法電解法化學(xué)法：（1）氯酸鈉還原法（2）亞氯酸鈉氧化法

電解法

目前仍采用亞氯酸鹽電解氧化和氯酸鹽電解還原法制備二氧化氯.此法較化學(xué)法制備的二氧化氯純度高,但要求的電極材質(zhì)高,電耗也較大.因此,目前在大規(guī)模的生產(chǎn)中,還無法與傳統(tǒng)的化學(xué)法競爭在飲用水消毒工藝中,也常用電解飽和濃度的食鹽溶液制取二氧化氯,但反應(yīng)過程中還伴生有氯氣、臭氧、氫氣等其他氣體。化學(xué)法

⑴氯酸鈉還原法

以氯酸鈉為原料制備二氧化氯時(shí),常用的還原劑和發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下:2NaCLO3+SO2+H2SO4══2CLO2+2NaHSO4

⑵亞氯酸鈉氧化法

a.與氯氣反應(yīng)

2NaCLO2+CL2══2CLO2+2NaCL

b.與鹽酸反應(yīng)

5NaCLO2+4HCL══4CLO2+5NaCL+2H2O二、漂白粉和漂白粉消毒

漂白粉由氯氣和石灰加工而成，分子式可簡單表示為CaOCl2，有效氯約30％。漂白精分子式為Ca(OCl)2，有效氯約達(dá)60％左右。兩者均為白色粉末，有氯的氣味，易受光、熱和潮氣作用而分解使有效氯降低，必須放在陰涼干燥和通風(fēng)良好的地方。漂白粉加入水中反應(yīng)如下：Ca(ClO)2+CO2+H2O=2HClO+CaCO3↓

漂白粉消毒一般用于小水廠或臨時(shí)性給水。三、次氯酸鈉消毒

次氯酸鈉(NaOCl)是用發(fā)生器的鈦陽極電解食鹽水而制得，反應(yīng)如下：

NaCl+H2O→NaOCl+H2↑

次氯酸鈉也是強(qiáng)氧化劑和消毒劑，但消毒效果不如氯強(qiáng)。次氯酸鈉消毒作用仍依靠HOCl，反應(yīng)如下：

NaOCl+H2O＝HOCl+NaOH次氯酸鈉消毒通常用于小型水廠

四、臭氧消毒臭氧消毒應(yīng)用簡史1886年試驗(yàn)性應(yīng)用，1906年生產(chǎn)規(guī)模應(yīng)用主要應(yīng)用在西歐，如法國、瑞士目前最大規(guī)模在加拿大蒙特利爾，300MGD去除嗅、味、色度臭氧近年受到重視的原因能有效殺死隱孢子蟲、賈第蟲等抗氯致病微生物能去除色度和部分微量有機(jī)污染物設(shè)備費(fèi)用和運(yùn)行成本大幅下降臭氧的物理和化學(xué)特性淡藍(lán)色、強(qiáng)烈刺激性有毒氣體分子式：O3，分子量為47.97克/摩爾強(qiáng)氧化性，易燃易爆品臭氧分子不穩(wěn)定，可自行分解臭氧的消毒機(jī)理直接氧化產(chǎn)生自由基，間接氧化

臭氧消毒臭氧消毒的優(yōu)點(diǎn):殺菌效果好、用量少，作用快能同時(shí)控制水中鐵、錳、色、味、嗅產(chǎn)生副產(chǎn)物相對(duì)較少、毒副作用小臭氧消毒的缺點(diǎn):與溴離子（Br-）反應(yīng)生成副產(chǎn)物溴酸鹽（BrO4-）與有機(jī)物反應(yīng)產(chǎn)生醛、酮和羧酸類副產(chǎn)物不能保持管網(wǎng)持續(xù)的消毒效果制備、投加和反應(yīng)設(shè)備復(fù)雜，防腐蝕要求高、投資和運(yùn)行費(fèi)用貴臭氧消毒臭氧的制備方法原理：高壓放電（電暈放電）臭氧發(fā)生器形式：板式、管式氣源：空氣、氧氣五、紫外線消毒為什么要用紫外線消毒隱孢子蟲、賈第蟲減少消毒副產(chǎn)物

1000

100賈第蟲孢囊隱孢子蟲卵囊紫外線的消毒機(jī)理波長254nm及其附近波長區(qū)域?qū)NA的破壞劑量：40mJ/cm2

l

1002002803154007001000(nm)UVCVacuumUVUVBUVAVisibleNearIR紫外燈分類低壓燈(LP)、中壓燈(MP)，脈沖燈(PUV)不同類型紫外燈波長比較紫外線消毒低壓汞燈中壓汞燈脈沖汞燈發(fā)射波長(nm)253.785

1,367185

800汞蒸氣壓力（Pa）1.33