農(nóng)村供水消毒技術(shù)及設(shè)備選擇方法與標(biāo)準(zhǔn)

賈燕南，楊繼富，趙 翠，丁昆侖

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水利研究所，100048，北京）

水體污染加劇和水源保護(hù)不到位導(dǎo)致微生物污染，成為我國(guó)農(nóng)村飲用水水源污染的主要類型。依靠現(xiàn)有的水處理措施，水源中微生物及有機(jī)物無(wú)法被有效去除，致使供水管網(wǎng)系統(tǒng)中生物不穩(wěn)定性較高。必須經(jīng)消毒滅菌，同時(shí)保留部分消毒劑余量，以防御出廠水在輸配水管道中微生物再次繁殖。然而由于認(rèn)識(shí)、技術(shù)、設(shè)備、管理等原因，消毒一直是農(nóng)村供水的薄弱環(huán)節(jié)。

2011—2013年，筆者在我國(guó)華北、東部、華東、中南、西南、西北地區(qū)的6個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)）80處，對(duì)農(nóng)村供水工程的消毒技術(shù)及設(shè)備的選用和運(yùn)行狀況進(jìn)行了深入調(diào)查。結(jié)果顯示：配有消毒設(shè)備的工程53處，占66.2%；其中二氧化氯消毒設(shè)備45處，占84.9%，占絕大多數(shù)，屬于復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器的44處，占97.8%；其中發(fā)生器反應(yīng)釜加熱溫度不達(dá)標(biāo)的不合格品38處，占86.4%。也就是說(shuō)，多數(shù)農(nóng)村供水工程沒(méi)有根據(jù)自身特點(diǎn)選用適宜的消毒技術(shù)及設(shè)備，而是普遍選購(gòu)價(jià)格低、產(chǎn)品質(zhì)量卻不合格的復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器。

由此可見(jiàn)，消毒技術(shù)及設(shè)備選擇不當(dāng)是目前農(nóng)村供水工程消毒效果不佳的問(wèn)題所在。分析原因：一是工程設(shè)計(jì)單位未對(duì)選用的消毒技術(shù)及設(shè)備類型進(jìn)行充分論證；二是設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)片面宣傳和推銷一定程度上誤導(dǎo)了采購(gòu)者；三是工程建設(shè)單位未掌握適宜農(nóng)村供水的消毒技術(shù)，設(shè)備采購(gòu)過(guò)程中未對(duì)消毒設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的資質(zhì)、技術(shù)實(shí)力進(jìn)行充分考察比選，不清楚消毒設(shè)備的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和衡量設(shè)備優(yōu)劣性的性能指標(biāo)，缺乏入場(chǎng)設(shè)備的性能檢驗(yàn)。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文簡(jiǎn)要介紹了適宜農(nóng)村供水工程的消毒技術(shù)及設(shè)備的特點(diǎn)、使用條件，重點(diǎn)歸納總結(jié)了消毒技術(shù)及設(shè)備的選擇方法與標(biāo)準(zhǔn)，為行業(yè)主管部門、工程建設(shè)和設(shè)計(jì)單位正確選用適宜、合格的消毒技術(shù)及設(shè)備提供技術(shù)依據(jù)和參考。

一、適宜農(nóng)村供水消毒技術(shù)及設(shè)備

目前應(yīng)用較為廣泛的消毒技術(shù)有四類，包括：氯消毒（包括液氯、次氯酸鈉、次氯酸鈣等）、二氧化氯消毒、紫外線消毒和臭氧消毒。

1908年，美國(guó)首先將氯用于飲用水消毒，迄今液氯在美國(guó)、歐洲、日本和我國(guó)城市水廠中應(yīng)用最為廣泛，我國(guó)農(nóng)村供水工程應(yīng)用較少。由于液氯存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)囊筝^高，次氯酸鈉消毒應(yīng)運(yùn)而生，包括次氯酸鈉現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生器和直接投加成品次氯酸鈉溶液。從我國(guó)上海城市水廠三年以上的運(yùn)行效果看，次氯酸鈉代替液氯消毒的消毒副產(chǎn)物含量有所降低，農(nóng)村水廠也逐漸開始應(yīng)用次氯酸鈉消毒。傳統(tǒng)粉末狀次氯酸鈣（包括漂白粉、漂粉精等）消毒劑有效氯含量低、廢渣多、溶解困難，已逐漸被淘汰；以次氯酸鈣為有效消毒成分的新型片狀復(fù)配消毒劑有效氯含量高、易溶解、運(yùn)輸和儲(chǔ)存方便，開始在飲用水消毒中應(yīng)用。

由于氯消毒不能有效控制隱孢子蟲和賈第蟲，而且在原水有機(jī)物含量較高時(shí)易造成氯代消毒副產(chǎn)物超標(biāo)，20世紀(jì)70年代，二氧化氯開始在飲用水消毒領(lǐng)域應(yīng)用，一般是采用二氧化氯發(fā)生器。根據(jù)原料和產(chǎn)物不同分為高純型和復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器。歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家通常采用高純型二氧化氯發(fā)生器，包括二元法和三元法。近年來(lái)二元法高純型二氧化氯發(fā)生器開始在我國(guó)城鄉(xiāng)供水消毒中推廣應(yīng)用，其原料為亞氯酸鈉和鹽酸，產(chǎn)物主要是二氧化氯。如前所述，復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器在我國(guó)農(nóng)村供水中應(yīng)用最多，其原料為氯酸鈉和鹽酸，其產(chǎn)物既有二氧化氯也有氯。

1965年紫外線消毒處理在客船飲水中得到認(rèn)可。目前我國(guó)紫外線消毒技術(shù)主要用于單村供水和分散供水消毒。在小型供水工程應(yīng)用最多的是過(guò)流壓力式紫外線消毒設(shè)備，在單戶或聯(lián)戶供水工程應(yīng)用的是間歇式紫外線消毒設(shè)備。

臭氧消毒最早在荷蘭應(yīng)用，1987年美國(guó)有5個(gè)水廠采用臭氧氧化工藝，1993年臭氧作為水處理的預(yù)氧化在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用。我國(guó)農(nóng)村供水工程中采用臭氧消毒的可見(jiàn)于北京、河北、江蘇等地區(qū)的單村供水工程。臭氧消毒采用臭氧發(fā)生器現(xiàn)場(chǎng)制備，類型主要包括以空氣或純氧為原料的電暈放電法臭氧發(fā)生器和以純水為原料的電解純水法臭氧發(fā)生器，但后者產(chǎn)量較小、臭氧不易收集，工程應(yīng)用中以前者為主。

表1 適宜農(nóng)村供水消毒技術(shù)及設(shè)備的比較

總之，氯消毒和二氧化氯消毒已在國(guó)內(nèi)外飲用水消毒中廣泛應(yīng)用，技術(shù)已經(jīng)成熟。紫外線和臭氧消毒技術(shù)開始應(yīng)用，但技術(shù)工藝的成熟性、經(jīng)濟(jì)性有待進(jìn)一步研究和完善。

基于對(duì)國(guó)內(nèi)外飲用水消毒技術(shù)及設(shè)備的研究分析，結(jié)合對(duì)我國(guó)農(nóng)村供水工程消毒技術(shù)及設(shè)備應(yīng)用情況的調(diào)研評(píng)價(jià)與示范應(yīng)用，本文推薦4種適宜農(nóng)村供水工程消毒技術(shù)，即次氯酸鈉、二氧化氯、紫外線和臭氧消毒技術(shù)。有關(guān)4種消毒技術(shù)及設(shè)備的適用條件、要求及設(shè)備性能、特點(diǎn)對(duì)比等，具體見(jiàn)表1。

二、農(nóng)村供水工程中消毒技術(shù)及設(shè)備的選擇

1.農(nóng)村供水工程消毒技術(shù)及設(shè)備的選擇

（1）消毒技術(shù)及設(shè)備選擇需要考慮的主要因素

農(nóng)村供水工程在選擇消毒技術(shù)及設(shè)備時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮的因素包括以下五點(diǎn)：①制取工藝是否簡(jiǎn)單方便，原料購(gòu)置是否方便。②是否具備好的消毒效果，能適應(yīng)一定的水質(zhì)條件變化，且有一定持續(xù)消毒能力。③消毒設(shè)備及運(yùn)行成本是否可接受。④消毒劑投加量是否易控制，消毒劑余量是否易檢測(cè)以評(píng)判消毒效果。⑤原料及產(chǎn)物的運(yùn)輸、儲(chǔ)存是否安全。

事實(shí)上，目前尚無(wú)任何一種消毒技術(shù)在以上五方面同時(shí)具備優(yōu)勢(shì)。這就需要結(jié)合供水工程特點(diǎn) （水源類型、原水水質(zhì)特點(diǎn)、供水規(guī)模、管網(wǎng)條件、管理水平等）和各種消毒技術(shù)的適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)（原料購(gòu)買方便程度、運(yùn)行成本等），進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，客觀評(píng)價(jià)篩選適宜的消毒技術(shù)及設(shè)備。

（2）消毒技術(shù)及設(shè)備類型選擇建議

①適度規(guī)模 （供水規(guī)模200 m3/d以上）的農(nóng)村集中供水工程優(yōu)先選擇次氯酸鈉或二氧化氯消毒技術(shù)及設(shè)備，以保證管網(wǎng)末梢消毒效果達(dá)標(biāo)。

表2 水泵（或管道）最大流量與紫外燈功率選擇的關(guān)系

原水水質(zhì)較好、pH值不超過(guò)8.0時(shí)，可選擇次氯酸鈉消毒技術(shù)，優(yōu)先選用現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生制取次氯酸鈉溶液的次氯酸鈉發(fā)生器，其原料是食鹽，價(jià)格低，采購(gòu)方便，且運(yùn)行成本低。

原水pH值超過(guò)8.0，或水質(zhì)較差、需要氧化處理時(shí)，可選擇二氧化氯消毒技術(shù)。設(shè)備類型建議，中小型農(nóng)村供水工程優(yōu)先選用二元法高純型二氧化氯發(fā)生器，主要具有設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、反應(yīng)無(wú)需加熱、產(chǎn)物純度高的優(yōu)點(diǎn)；對(duì)于規(guī)模較大的農(nóng)村供水工程，可選用產(chǎn)品性能好、運(yùn)行成本相對(duì)較低的復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器或三元法高純型二氧化氯發(fā)生器。建議購(gòu)置消毒設(shè)備時(shí)由供應(yīng)廠家向供水工程提供原料或穩(wěn)定可靠的原料采購(gòu)渠道。

②供水管網(wǎng)較短的農(nóng)村小型集中供水及分散供水工程可選擇紫外線、臭氧消毒，或成品消毒劑（次氯酸鈉、次氯酸鈣等）投加方式消毒。

a.當(dāng)供水規(guī)模不大（200m3/d以下）時(shí)，如能采購(gòu)到符合《次氯酸鈉溶液》（GB 19106）標(biāo)準(zhǔn)的商品次氯酸鈉溶液，可優(yōu)先采用次氯酸鈉溶液投加裝置，簡(jiǎn)便實(shí)用。

b.邊遠(yuǎn)山區(qū)、管理?xiàng)l件差的水廠，可優(yōu)先選用次氯酸鈣及其投加裝置。

c.供水管網(wǎng)最遠(yuǎn)端末梢距離水廠不超過(guò)1.2km時(shí)，可優(yōu)先選用紫外線消毒設(shè)備，例如農(nóng)村學(xué)校等。但由于紫外線消毒對(duì)于原水水質(zhì)要求高，且無(wú)持續(xù)消毒效果，建議選用前對(duì)原水的透光率和可生物同化有機(jī)碳AOC進(jìn)行測(cè)試，建議原水透光率較高（90%以上），AOC 較低（180μg/L 以下）時(shí)選用。

d.原水溴離子濃度較低、pH值較低、管網(wǎng)較短、采用塑料管材、能接受較高運(yùn)行成本的單村供水工程可選用臭氧消毒設(shè)備。選用前對(duì)原水的溴離子和耗氧量指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)：當(dāng)溴離子濃度＞20 μg/L時(shí)，建議先進(jìn)行臭氧投加試驗(yàn)檢測(cè)副產(chǎn)物溴酸鹽生成情況；當(dāng)耗氧量＞3 mg/L，應(yīng)注意檢測(cè)溴代有機(jī)消毒副產(chǎn)物。

2.農(nóng)村供水工程消毒設(shè)備選擇與購(gòu)置

（1）消毒設(shè)備規(guī)格確定

農(nóng)村供水工程選用次氯酸鈉、二氧化氯或臭氧消毒設(shè)備時(shí)，可根據(jù)日供水量、日供水時(shí)間、供水時(shí)變化系數(shù)、消毒劑投加量計(jì)算所需設(shè)備的產(chǎn)量，選擇合適規(guī)格的消毒設(shè)備。計(jì)算公式為：

式中，L為所需設(shè)備產(chǎn)量（g/h），Q為設(shè)計(jì)日供水量 （m3/d），T為日供水時(shí)間（h），A為消毒劑投加量（g/m3），ε 為供水時(shí)變化系數(shù)。

消毒劑投加量A應(yīng)根據(jù)入清水池水的消毒劑消耗試驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定。在供水工程設(shè)計(jì)階段，可按如下情況進(jìn)行取值：如為次氯酸鈉發(fā)生器，取1～2mg/L；如為二氧化氯發(fā)生器，取1 mg/L；如為臭氧發(fā)生器，取0.3～0.6 mg/L；當(dāng)水源水質(zhì)較好時(shí)，取低值，當(dāng)水源水質(zhì)較差時(shí)，取高值，具體可參照類似水廠的經(jīng)驗(yàn)確定。

農(nóng)村供水工程選用紫外線消毒設(shè)備規(guī)格時(shí)，應(yīng)先確定水泵（或管道）的最大流量，然后可按表2選擇紫外燈功率，確保過(guò)流水中紫外線有效劑量不低于40mJ/cm2。

（2）消毒設(shè)備采購(gòu)程序和標(biāo)準(zhǔn)

確定設(shè)備的類型及規(guī)格后，需要選擇合格的產(chǎn)品，注意事項(xiàng)包括：①消毒設(shè)備采購(gòu)應(yīng)遵循招標(biāo)投標(biāo)程序，選擇技術(shù)實(shí)力強(qiáng)、產(chǎn)品性能佳、售后服務(wù)好的設(shè)備生產(chǎn)廠家。②現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的消毒設(shè)備應(yīng)取得涉水產(chǎn)品衛(wèi)生許可批件，優(yōu)先選用行業(yè)主管部門推薦或經(jīng)過(guò)水利行業(yè)產(chǎn)品認(rèn)證的產(chǎn)品。③有質(zhì)量監(jiān)督部門的質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告，產(chǎn)品或其關(guān)鍵部件符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。④設(shè)備類型及規(guī)格、性能標(biāo)識(shí)清楚，產(chǎn)品說(shuō)明書、操作規(guī)程及維護(hù)要點(diǎn)等配套齊全。

供水工程建設(shè)單位在采購(gòu)消毒設(shè)備時(shí)，需要注意各種類型的消毒設(shè)備應(yīng)符合的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，具體如下。

①次氯酸鈉發(fā)生器。應(yīng)符合《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求電解法次氯酸鈉發(fā)生器》（HJ/T258—2006）、《次氯酸鈉發(fā)生器安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 28233—2011）的要求。

發(fā)生器陽(yáng)極不得采用石墨電極和二氧化鉛涂層，陽(yáng)極壽命強(qiáng)化試驗(yàn)失效時(shí)間應(yīng)≥15 h。每生產(chǎn)1 kg有效氯，交流電耗≤7kWh，鹽耗≤4kg。次氯酸鈉溶液儲(chǔ)液箱的有效容積應(yīng)大于設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行4 h所產(chǎn)生的次氯酸鈉溶液體積。儲(chǔ)藥箱中的次氯酸鈉溶液有效氯濃度應(yīng)達(dá)到0.7%～0.8%；重金屬鉛（Pb）≤0.05 mg/L、銅（Cu）含量≤1.0mg/L、鎘（Cd）≤0.01mg/L。

②二氧化氯發(fā)生器。應(yīng)符合《二氧化氯消毒劑發(fā)生器安全與衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 28931—2012），復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器還應(yīng)遵循《化學(xué)法復(fù)合二氧化氯發(fā)生器》（GB/T 20621—2006）、《化學(xué)法二氧化氯消毒劑發(fā)生器》（HJ/T 272—2006）的要求。

復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器反應(yīng)釜應(yīng)采用聚四氟乙烯或鈦材，不能采用PVC、UPVC等材料，反應(yīng)釜加熱溫度應(yīng)能達(dá)到70℃，設(shè)備具有殘液分離功能，出口溶液中二氧化氯與氯氣的質(zhì)量比值應(yīng)≥0.9，二氧化氯收率應(yīng)≥0.55。高純型二氧化氯發(fā)生器出口溶液中二氧化氯純度應(yīng)≥85%，二氧化氯收率應(yīng)≥0.7。

③紫外線消毒設(shè)備。應(yīng)符合《生活飲用水紫外線消毒器》(CJ/T 204—2000)，《城市給排水紫外線消毒設(shè)備》（GB/T 19857—2005）的要求；此外，紫外燈及整流器應(yīng)分別符合《紫外線殺菌燈》（GB 19258—2003）、《管型熒光燈用交流電子整流器一般要求和安全要求》（GB 15143—1994）。

紫外線燈管和套管都應(yīng)是以天然水晶為原料的石英玻璃，不能是普通高硼砂玻璃，紫外燈管平均壽命≥5 000 h，紫外線 C（波長(zhǎng) 253.7 nm）穿透率應(yīng)≥0.85。設(shè)備的控制應(yīng)與供水水泵機(jī)組聯(lián)動(dòng)，最好能對(duì)石英套管進(jìn)行清洗、記錄累計(jì)開機(jī)時(shí)間。

④臭氧消毒設(shè)備。應(yīng)符合《水處理用臭氧發(fā)生器》（CJ/T 322—2010）、《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求—臭氧發(fā)生器》（HJ/T264—2006）、《臭氧發(fā)生器安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB28232—2011）的要求。

發(fā)生器的出氣濃度≥8 mg/L，放電方式最好是間隙放電式而非開放式，冷卻劑最好是水而非空氣，每生產(chǎn)1 kg臭氧的冷卻水消耗量≤1.5×103kg。發(fā)生器壽命≥20 000 h；無(wú)故障工作時(shí)間累計(jì)≥8000h。發(fā)生器尾氣不得直接排放，處理后排放臭氧濃度≤0.16 mg/m3。

（3）消毒設(shè)備到貨驗(yàn)收

驗(yàn)收人員首先應(yīng)檢查設(shè)備銘牌、標(biāo)識(shí)及產(chǎn)品說(shuō)明信息是否規(guī)范、齊全：次氯酸鈉發(fā)生器應(yīng)標(biāo)明有效氯產(chǎn)量，二氧化氯發(fā)生器應(yīng)標(biāo)明類型（復(fù)合型還是高純型）、產(chǎn)量、原料要求等，紫外線消毒設(shè)備應(yīng)標(biāo)明處理水量、紫外燈管使用壽命等。臭氧消毒設(shè)備應(yīng)標(biāo)明類型 （電暈法還是電解法）、產(chǎn)量等。所有產(chǎn)品都應(yīng)配有產(chǎn)品說(shuō)明、操作規(guī)程（包括日常維護(hù)及安全使用注意事項(xiàng)）、售后服務(wù)承諾等。

其次，驗(yàn)收人員應(yīng)要求廠家技術(shù)人員盡快到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝調(diào)試，檢測(cè)出廠水、末梢水的消毒劑余量、微生物指標(biāo)，確保符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求。

供水規(guī)模較大、管理?xiàng)l件較好的供水工程具備條件時(shí)，可對(duì)消毒設(shè)備性能進(jìn)行驗(yàn)證。如采用次氯酸鈉發(fā)生器，觀察次氯酸鈉溶液儲(chǔ)藥箱中的次氯酸鈉溶液是否清澈透明，檢測(cè)有效氯濃度是否能達(dá)到0.7%～0.8%。如采用復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器，檢測(cè)發(fā)生器出口溶液中二氧化氯與氯氣的質(zhì)量比值是否能達(dá)到0.9以上。

三、結(jié) 語(yǔ)

農(nóng)村供水工程選擇適宜的消毒技術(shù)及設(shè)備并非易事，在消毒技術(shù)選擇和產(chǎn)品質(zhì)量方面嚴(yán)格把關(guān)非常重要。選擇適宜農(nóng)村供水工程實(shí)際條件的消毒技術(shù)及設(shè)備，是確保消毒設(shè)備能夠正常運(yùn)行、消毒效果達(dá)標(biāo)的先決條件。本文結(jié)合多地農(nóng)村供水工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)分析了其中的方法與標(biāo)準(zhǔn)，并在水利部科技推廣計(jì)劃項(xiàng)目“農(nóng)村飲水安全工程消毒集成技術(shù)的推廣應(yīng)用”所在示范工程中，進(jìn)行了初步應(yīng)用探索，取得了較好的效果，可供各級(jí)水行政主管部門及供水工程管理單位參考借鑒。

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