水處理消毒技術

水處理消毒技術

  概述：

    在城市供水系統中,消毒是最基本的水處理工藝,它是保證(zhèng)用戶(hù)安全用水必不可少的措施之一。但自20世紀70年代發現氯消毒産生/三緻物質以後,人們開始重新審視消毒問題,並(bìng)進行瞭(le)大量的研究工作。由於氯消毒産生/三緻物質,並(bìng)且不能有效殺滅隐孢子蟲(chóng)及其孢囊,因此消毒技術不斷(duàn)被研究開發(fā)出來,如二氧化氯、臭氧、光催化消毒、紫外線及相關(guān)複(fù)合技術等[1]。尤其随著(zhe)生物化學和基因工程等前沿科技的迅速發(fā)展,傳(chuán)統(tǒng)的生物消毒方法也正在取得突破,在水處(chù)理消毒領域的應用前景十分廣(guǎng)闊
。

1 水處理消毒常用技術

1.1 氯消毒技術

    氯消毒主要是通過(guò)次氯酸的氧化作用來(lái)殺滅細菌,次氯酸是很小的中性分子,能擴散到帶負電的細茵表面,通過(guò)細(xì)茵的細(xì)胞壁穿透到細(xì)菌内部,並起氧化作用,破壞(huài)細菌的酶系統(tǒng)而使細菌死亡,但是對於(yú)水中的病毒、寄生蟲(chóng)卵的殺滅效果較差,需要在較高值(消毒劑濃度乘以接觸時間)才能達(dá)到理想的除菌效果。

    由於氯消毒的操作使用簡單,便於控制,消毒持續性好,餘氯的測定也很容易,並且氯消毒的價格不高,所以很快在飲用水行業推廣(guǎng)應用。目前爲(wèi)止,在公共給水系統中,氯消毒成爲最爲經濟(jì)有效和應用最廣(guǎng)泛的消毒工藝。然而,氯在水中的作用是相當(dāng)複(fù)雜的,它不僅可以起氧化反應,還(hái)可與水中天然存在的有機物起取代或加成反應而得到各種鹵代物。研究發(fā)現氯在進行飲用水預氧化和消毒時與水中某些有機物如腐殖酸、富裏酸等發(fā)生氧化反應,同時發生親電取代反應,産(chǎn)生易揮發(fā)的和不易揮發(fā)的氯化有機物如三鹵甲烷()等,這些鹵代有機(jī)化合物有許多是緻癌物或誘變(biàn)劑;而常規處(chù)理工藝對預氯化産(chǎn)生的副産(chǎn)物不能有效去除,有預氯化的常規(guī)處(chù)理工藝出水中鹵代物增多,出水的緻突變(biàn)活性較處(chù)理前約增加50%-60%。而現代工農業的迅猛發(fā)展不僅(jǐn)使人工合成的化學物質越來越多,也使通過(guò)各種途徑進入水源水體的有機(jī)物質(包括人工合成的和自然界存在的)越來越多,相當(dāng)多的水源水體呈微污染狀況(kuàng),對(duì)人體的健康産(chǎn)生嚴重的危害。

    随著(zhe)人們對飲用水水質要求的不斷(duàn)提高,對(duì)氯氣和氯的衍生物消毒的副作用及其危害程度也越來(lái)越重視,如何控制飲用水中消毒副産(chǎn)物已經成爲供水業面臨的挑戰之一。積(jī)極尋找替代氯的更安全更優越的消毒方法和消毒劑,已成爲給(gěi)水處(chù)理工作者的首要任務之一。經過深入的研究,臭氧、二氧化氯和氯胺已被美國(guó)列爲可替代氯的消毒劑(jì)。

1.2 臭氧

    臭氧的消毒機(jī)理包括直接氧化和産(chǎn)生自由基的間接氧化,與氯和二氧化氯一樣,通過氧化破壞微生物的結構,達(dá)到消毒的目的。其優點(diǎn)是殺菌效果好,用量少,作用快,能同時(shí)控制水中鐵、錳(měng)、色、味、嗅。可将氰化物、酚等有毒有害物質氧化爲無害物質;可氧化嗅味和緻色物質,從而減少嗅味,降低色度;可氧化溶解性鐵、錳,形成不溶性沉澱,通過過濾去除;可将生物難分解的大分子有機(jī)物氧化分解爲易於(yú)生物降解的小分子有機(jī)物[2]。但研究表明,臭氧與有機物反應生成不飽(bǎo)和醛類、環(huán)氧化合物等有毒物質,在含有少量溴化物的時候,臭氧處(chù)理就會産(chǎn)生緻癌性的副産(chǎn)物。主要的副産(chǎn)物有有機性副産(chǎn)物的三溴甲烷、乙腈氰甲烷、1-1二溴酮、溴乙酸等,無機性副産(chǎn)物的溴酸鹽、次溴酸、次溴離子等。在臭氧處(chù)理後再加氯或氯胺處(chù)理會分别生成三氯硝基甲烷和氯化氰, 成爲新的消毒副産物,其毒性現尚不清楚。對(duì)某些農(nóng)藥,臭氧氧化後(hòu)的産(chǎn)物可能更有害。這些副産(chǎn)物中最需要注意的是溴酸鹽,其最大容許濃度極低,美國标準爲0.01mg/L。

    總的來說,雖然應用臭氧消毒也會(huì)有副産(chǎn)物生成,但一般情況下濃度不高,毒性也不如氯大。根據(jù)目前的研究,無論(lùn)在副産(chǎn)物的生成量和毒性方面,還(hái)是在出水的緻突變(biàn)活性方面,臭氧都比液氯理想。1987年,在美國大型水廠(chǎng)中隻有三個(gè)供水廠(chǎng)用臭氧,到1998年,已經有5.6%的水司使用瞭(le)臭氧。由於(yú)經濟的原因,我國在臭氧應用上還比較少。臭氧消毒所要解決的主要問題是生産(chǎn)設備(bèi)(火花放電法)龐大,流程複雜,需要較高的運行管理水平,制取臭氧的産率低(1%一2%),電能消耗大,基建設備投資也較大,成本很高。此外,臭氧是一種不太穩定的氣體,在水中容易分解。同時(shí)臭氧容易分解,在室溫下,水中臭氧的半衰期約爲30,單(dān)獨採(cǎi)用臭氧消毒難以保證持續的殺菌效果,因此在使用中受到一定限制。

1.3 二氧化氯

二氧化氯的消毒機(jī)理主要是氧化作用,能較好殺滅細菌、病毒,且不對動植物産生損傷,殺菌作用持續時間長,受影響小,可除臭、去色。二氧化氯是一種強(qiáng)氧化劑(jì),對(duì)細菌的細胞壁有較(jiào)好的吸附和穿透性能,可以有效地氧化細胞酶系統,快速地控制細(xì)胞酶蛋白的合成,因此在同樣條件下,對(duì)大多數(shù)細菌表現出比氯更高的去除效率,是一種較理想的消毒劑,它兼有氯和臭氧消毒的許多優點(diǎn)。其缺點(diǎn)是産(chǎn)生亞氯酸根離子,二氧化氯本身也有害,且不能貯存,需現場(chǎng)制備(bèi)。二氧化氯的氧化能力要比氯和過氧化氫強,而比臭氧弱。二氧化氯具有廣(guǎng)譜(pǔ)殺菌性,它對(duì)一般的細菌殺滅作用強於(yú)或不差於(yú)氯,對(duì)很多病毒的殺滅作用強於(yú)氯,且其消毒效果基本不受的影響。二氧化氯可以與多種無機(jī)離子和有機(jī)物發(fā)生作用。因此,二氧化氯在消毒的同時,還(hái)可以去除水中的多種有害物質(zhì)。

二氧化氯可以将水中溶解的還(hái)原态鐵、錳(měng)氧化,對去除鐵和錳很有效,同時對(duì)於(yú)硫化物、氰化物和亞硝酸鹽也有一定的氧化去除效果
。

    除高效殺滅(miè)微生物和氧化無機(jī)物之外,人們(men)更看中二氧化氯消毒的另一顯著優點(diǎn),即它的高選擇性。二氧化氯幾(jǐ)乎不與水中的有機(jī)物作用而生成有害的鹵代有機(jī)物,有機(jī)副産(chǎn)物主要包括低分子量的乙醛和羧酸(含量大大低於臭氧的值)等。而二氧化氯消毒的成本雖高於(yú)氯但卻低於(yú)臭氧。這些優點(diǎn)使得二氧化氯成爲最值得考慮的消毒劑之一。在歐洲和北美的許多城市,二氧化氯已廣泛用於(yú)飲用水和廢水的消毒處(chù)理。

    與所有消毒劑一樣,二氧化氯在淨水過(guò)程中也會産(chǎn)生副産(chǎn)物。它的副産(chǎn)物包括兩部分:一部分是被其氧化而生成的有機(jī)副産(chǎn)物;另一部分是本身被還(hái)原以及其它原因而生成的無機副産(chǎn)物。與氯相比,二氧化氯淨化的有機(jī)副産(chǎn)物較少且毒性較輕;二氧化氯主要的消毒副産(chǎn)物爲(wèi)亞氯酸鹽和氯酸鹽,它們(men)對(duì)人體健康有潛在的危害,世界衛生組織對(duì)亞氯酸鹽在水溶液中的質量濃(nóng)度建議控制在200L/以下,而對(duì)氯酸鹽的毒性還(hái)在進一步的研究之中。

1.4 氯胺

    氯胺消毒是氯衍生物的消毒方法之一,由於氯胺消毒作用緩慢,它不能作爲基本殺菌消毒劑,曾一度停用。但由於(yú)氯胺能避免或減緩(huǎn)氯與水中有機污染物質的某些化學反應,從(cóng)而使消毒後水中氯化副産(chǎn)物的生成量顯著降低,氯胺消毒被廣(guǎng)泛認爲是控制消毒副産(chǎn)物形成的有效手段。根據資料,出廠水採用氯胺消毒,鹵乙酸的産生量減少90%,三鹵甲烷的産生量減少70%。投加氯胺已爲越來(lái)越多的水司所認(rèn)同,有更多的水廠又重新採(cǎi)用瞭(le)氯胺消毒法。

    氯胺在控制管網中細菌的再次繁殖和生物膜也比氯更爲有效。然而氯胺消毒對(duì)水中的賈第蟲(chóng)和隐孢子囊的去除效果卻不能夠令人滿意。一般認爲,對(duì)於(yú)嚴重污染且有機鹵化物含量較高的源水,或水廠的供水管網較長,水流在管中停留時間大於12時,比較适合採用氯胺消毒。

1.5 紫外線消毒

    紫外技術是20世紀90年代興起的一種快速、經濟(jì)的高效消毒技術。它是利用特殊設計的高效率、高強度和長(zhǎng)壽命的波段(110~280)紫外光發(fā)生裝置産(chǎn)生紫外輻射,用以殺滅水中的各種細菌
、病毒、寄生蟲(chóng)、藻類等。其機理是一定劑量的紫外輻(fú)射可以破壞生物細胞的結構,通過(guò)破壞生物的遺傳(chuán)物質而殺滅水生生物,從而達到淨化水質的目的。

    紫外線消毒是一種物理方法,它不向水中增加任何物質,沒有副作用,不會(huì)産(chǎn)生消毒副産(chǎn)物。但缺乏持續滅菌能力,所以它一般要與(yǔ)其它消毒方法聯(lián)合使用。

    然而,對(duì)細菌滅活需要的紫外線劑量以紫外線的強度乘以輻(fú)照時間計算,它必須保證不能進行自我複(fù)制或者突變(biàn)後代不能進行自我複(fù)制。一般細菌的體積越大或者和數目越多,對(duì)其滅活所需的紫外線劑(jì)量就越大。而病毒本身對(duì)紫外線的抵抗能力很弱,但是通過(guò)宿主的保護作用增強瞭(le)病毒耐紫外線性。因此,紫外線消毒處(chù)理水必須經過(guò)良好的預處(chù)理,而且消毒需要紫外線輻(fú)照劑量難以明確(què)。另外,跟臭氧一樣,紫外線(xiàn)消毒也不能保持持續的殺(shā)菌效果。

2 水處理消毒新技術簡介

    随著科學技術的發展,各學科之間(jiān)的交叉滲透越來(lái)越普遍,在水處理領域也産(chǎn)生瞭(le)一些新的消毒技術,主要有:光催化消毒、生物消毒、電場(chǎng)消毒、超聲波消毒等。這些技術也是優缺點並(bìng)存,需要科研人員繼(jì)續進(jìn)行深入的研究。

3 結語

    給(gěi)水處(chù)理的消毒技術與人民生活息息相關,深入研究水消毒的新技術(shù)和應用特點(diǎn),推行安全、合理、環(huán)保、經濟(jì)、有效的水消毒技術[3],達到保障人民身體健康的目的顯得十分必要。給水處(chù)理的消毒技術應該從傳(chuán)統、單一的消毒工藝向組合式消毒工藝發展,各種工藝取長補短,多屏障保證人們(men)健康和生存環(huán)境。