農(nóng)村供水消毒設(shè)備運(yùn)行管理與檢測(cè)評(píng)價(jià)方法

趙 翠，楊繼富，賈燕南，孫文海

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

2005年以來(lái)全國(guó)開(kāi)展了大規(guī)模農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)，“十一五”期間全國(guó)新建集中供水工程22.1萬(wàn)處，解決了2.21億農(nóng)村居民飲水安全問(wèn)題。根據(jù)正在實(shí)施的《全國(guó)農(nóng)村飲水安全工程“十二五”規(guī)劃》，“十二五”期間將解決2.98億農(nóng)村居民和11.4萬(wàn)所農(nóng)村學(xué)校飲水安全問(wèn)題，新建集中供水工程20多萬(wàn)處。由于各地農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)任務(wù)重、時(shí)間緊，普遍存在“重建設(shè)、輕管理”問(wèn)題，其中包括消毒設(shè)備運(yùn)行管理不規(guī)范、檢測(cè)評(píng)價(jià)不正常，不能保證消毒設(shè)備正常運(yùn)行和消毒效果達(dá)標(biāo)，直接影響供水水質(zhì)微生物指標(biāo)合格。

2011—2013年，水利部科技推廣計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目，在東北、華北、華東、中南、西南、西北地區(qū)選取6個(gè)省，建成了6個(gè)農(nóng)村供水消毒技術(shù)示范縣，包括105處集中供水和分散供水工程。據(jù)調(diào)查，在105處工程中，地表水水源工程36處，占34.3%，地下水水源工程69處，占65.7%。其中采用二氧化氯消毒32處 （高純法20處，復(fù)合法12處）、次氯酸鈉消毒22處、紫外線消毒31處，臭氧消毒9處，次氯酸鈣消毒6處，液氯消毒的4處，其他方法1處。為保證這些工程消毒設(shè)備正常運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)消毒效果達(dá)標(biāo)，筆者編制了《農(nóng)村供水消毒設(shè)備運(yùn)行管理操作規(guī)程》《農(nóng)村供水消毒技術(shù)工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)方案》，用于指導(dǎo)示范縣和示范工程應(yīng)用。在應(yīng)用過(guò)程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、聽(tīng)取意見(jiàn)、修改完善，最終形成了適合農(nóng)村供水特點(diǎn)、實(shí)用性強(qiáng)的消毒設(shè)備運(yùn)行管理與監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法。本文簡(jiǎn)要介紹四種農(nóng)村供水常用消毒設(shè)備組成和原理，主要總結(jié)了農(nóng)村供水消毒設(shè)備運(yùn)行操作方法及環(huán)境條件要求，提出了消毒效果評(píng)價(jià)指標(biāo)、檢測(cè)方法和頻率，以期實(shí)現(xiàn)農(nóng)村供水消毒設(shè)備正常運(yùn)行和消毒效果達(dá)標(biāo)。

一、農(nóng)村供水消毒設(shè)備組成與原理

1.次氯酸鈉（鈣）消毒設(shè)備

包括次氯酸鈉發(fā)生器、次氯酸鈉溶液投加裝置和次氯酸鈣消毒設(shè)備。

（1）次氯酸鈉發(fā)生器

以精制無(wú)碘食鹽為原料，主要由鹽水配水裝置、發(fā)生裝置、存儲(chǔ)裝置和投加裝置組成。工作原理：采用無(wú)碘食鹽，通過(guò)鹽水配制裝置形成飽和食鹽水；然后經(jīng)軟化水稀釋形成濃度為3%～3.5%的食鹽水，進(jìn)入電解槽；經(jīng)電解生成產(chǎn)物濃度為0.7%～0.8%的次氯酸鈉溶液及尾氣氫氣；次氯酸鈉溶液進(jìn)入存儲(chǔ)裝置，通過(guò)投加系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定量投加。

（2）次氯酸鈉溶液投加裝置

由溶液存儲(chǔ)裝置和投加裝置組成。存儲(chǔ)裝置用于存放溶液，一般為市售的濃度為10%次氯酸鈉溶液；投加裝置一般由投加泵和計(jì)量控制系統(tǒng)組成，能夠?qū)崿F(xiàn)消毒劑的定量或變量投加。

（3）次氯酸鈣消毒設(shè)備

由溶藥裝置和投加裝置組成。溶藥裝置放置固態(tài)次氯酸鈣，經(jīng)過(guò)水緩釋溶解生成次氯酸鈣溶液；投加裝置實(shí)現(xiàn)消毒劑定量或變量投加。

2.二氧化氯消毒設(shè)備

以化學(xué)法現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生器最為常用，包括高純型二氧化氯發(fā)生器和復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器兩種。

（1）高純型二氧化氯發(fā)生器

國(guó)內(nèi)通常采用亞氯酸鈉和鹽酸為原料，主要由原料供給系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、吸收裝置、投加裝置和控制系統(tǒng)組成。工作原理：通過(guò)供給系統(tǒng)將濃度7.5%的亞氯酸鈉和9%的工業(yè)鹽酸按1∶1的比例送入反應(yīng)系統(tǒng)，在常溫條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氣態(tài)二氧化氯；氣態(tài)二氧化氯由水射器組成的吸收裝置進(jìn)行吸收后，通過(guò)高壓水流負(fù)載實(shí)現(xiàn)消毒劑的定量投加。

（2）復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器

國(guó)內(nèi)通常采用氯酸鈉和鹽酸為原料；設(shè)備組成與高純型二氧化氯發(fā)生器基本相同，不同點(diǎn)是反應(yīng)系統(tǒng)需要加熱，使反應(yīng)釜內(nèi)溫度達(dá)到68℃以上，才能使保證氯酸鈉和鹽酸充分反應(yīng)。工作原理：通過(guò)供給系統(tǒng)將濃度33%的氯酸鈉和31%的工業(yè)鹽酸按1∶1比例送入反應(yīng)系統(tǒng)，在加熱條件下反應(yīng)生成氣態(tài)二氧化氯和氯氣；氣態(tài)產(chǎn)物由水射器組成的吸收裝置進(jìn)行吸收后，通過(guò)高壓水流負(fù)載實(shí)現(xiàn)消毒劑的定量投加。

3.紫外線消毒設(shè)備

包括過(guò)流壓力式紫外線消毒設(shè)備、明渠式紫外線消毒設(shè)備、間歇式紫外線消毒設(shè)備。

目前農(nóng)村小型集中供水和聯(lián)戶供水多用過(guò)流壓力式，單戶供水多用間歇式紫外線消毒設(shè)備。其中過(guò)流壓力式紫外線消毒設(shè)備，主要由反應(yīng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。反應(yīng)系統(tǒng)的核心是紫外燈管及其石英套管，常用低壓高強(qiáng)度紫外燈，利用波長(zhǎng)253.7 nm的紫外線光波進(jìn)行殺菌；控制系統(tǒng)主要由電子整流器和時(shí)間繼電器等組成。

4.臭氧消毒設(shè)備

包括電暈放電法、電解純水法和紫外線照射法臭氧發(fā)生器設(shè)備，其中電暈放電法最為常用。

電暈放電法臭氧發(fā)生器主要由制氧系統(tǒng)/儲(chǔ)氣系統(tǒng)、放電系統(tǒng)、汽水混合裝置、投加裝置及控制系統(tǒng)和尾氣排放系統(tǒng)組成。其核心是放電系統(tǒng)，由兩個(gè)平行的高壓電極組成，之間平行放入介電體（通常采用硬質(zhì)玻璃或陶瓷），并保持一定放電間隙。工作原理：當(dāng)在兩高壓電極間通入高壓交流電時(shí)，在放電間隙產(chǎn)生藍(lán)紫色電暈放電；當(dāng)空氣或氧氣通過(guò)放電間隙時(shí)，氧分子受到電子激發(fā)獲得能量相互發(fā)生碰撞，聚合生成臭氧分子；臭氧氣體經(jīng)高壓水吸收后，通過(guò)投加裝置進(jìn)行定量投加。

二、農(nóng)村供水消毒設(shè)備操作使用方法與管理

1.消毒設(shè)備操作使用方法

正確操作使用消毒設(shè)備是保證設(shè)備正常運(yùn)行和消毒效果達(dá)標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。為此，要求操作人員要仔細(xì)閱讀產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)和操作規(guī)程，全面掌握消毒設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理；在設(shè)備啟動(dòng)前，深入檢查設(shè)備是否正常、環(huán)境條件是否滿足運(yùn)行要求，如電壓、電流、設(shè)備進(jìn)水壓力、液流流量、水泵的沖程和頻率等；設(shè)備啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程步驟和要求，密切關(guān)注運(yùn)行狀況；設(shè)備關(guān)機(jī)或停止運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，應(yīng)按要求進(jìn)行必要的清洗養(yǎng)護(hù)。下面具體介紹幾種消毒設(shè)備操作使用方法及注意事項(xiàng)：

（1）氯消毒設(shè)備

①次氯酸鈉發(fā)生器配制的鹽水濃度應(yīng)穩(wěn)定保持在3%～3.5%，以保證穩(wěn)定的電流和生產(chǎn)效率，降低電耗，延長(zhǎng)電極使用壽命。

②發(fā)生器進(jìn)水溫度不應(yīng)低于10℃，否則影響生產(chǎn)效率和電極壽命。

③發(fā)生器整流器切忌空轉(zhuǎn)，即電解槽內(nèi)未注入鹽水時(shí)不可開(kāi)啟整流器，避免高熱損壞電解槽；應(yīng)經(jīng)常檢查電解液和冷卻水的流動(dòng)是否順暢；當(dāng)電解槽結(jié)垢導(dǎo)致槽電壓上升，應(yīng)及時(shí)或定期用稀HCl酸洗，一般為每周1～2次。

④發(fā)生器產(chǎn)物中NaClO溶液具有強(qiáng)氧化性，嚴(yán)禁直接接觸；發(fā)生器產(chǎn)物中H2具有易燃易爆性，電解槽及排氣口嚴(yán)禁明火。

⑤外購(gòu)或在用的次氯酸鈉溶液應(yīng)避光保存，環(huán)境溫度控制在5～40℃。

⑥使用次氯酸鈣投加設(shè)備時(shí)，應(yīng)定期檢查溶藥箱內(nèi)是否有結(jié)塊，避免投加器堵塞。

⑦經(jīng)常檢查與消毒設(shè)備連接的各管道接頭的漏液現(xiàn)象，及時(shí)進(jìn)行保養(yǎng)或更換。

（2）二氧化氯消毒設(shè)備

①原料應(yīng)單獨(dú)分開(kāi)存放，如氯酸鈉和鹽酸、亞氯酸鈉和鹽酸均應(yīng)分開(kāi)存放，避免發(fā)生接觸和化學(xué)反應(yīng)；氯酸鈉和亞氯酸鈉應(yīng)放在干燥、通風(fēng)、避光處，嚴(yán)禁與易燃物品混放，嚴(yán)禁擠壓、碰撞。

②藥液的配置應(yīng)稱量，按規(guī)定比例和濃度配置。配制過(guò)程必須先加水，然后再緩慢加入原料；禁止使用金屬容器攪拌，當(dāng)原料灑落地上時(shí)務(wù)必用清水沖洗干凈。

③配藥時(shí)，房間須通風(fēng)，操作人員須戴手套、防護(hù)眼鏡和防護(hù)面具。如有大量刺激性氣體產(chǎn)生，務(wù)必立即離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)，待氣體揮散后再操作。

④設(shè)備運(yùn)行期間應(yīng)經(jīng)常察看儲(chǔ)藥罐（桶）的液位和計(jì)量泵的工作狀況，避免兩種藥液不同步注入；復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器還應(yīng)經(jīng)常查看反應(yīng)釜的溫度是否保持在68℃以上。

（3）紫外線消毒設(shè)備

①工作電壓為220V，切勿接工業(yè)用電，以免電壓過(guò)大燒毀燈管；工作水壓應(yīng)保持在0.6 MPa以下，若壓力過(guò)大時(shí)需停機(jī)，采取降壓措施。

②電控箱應(yīng)防水防雨，室內(nèi)溫度要求在5℃以上。設(shè)備的進(jìn)水口、出水口分別采用法蘭與供水管路連通，并設(shè)旁通管路，同時(shí)安裝截止閥和放空閥，便于維修保養(yǎng)；應(yīng)備有同型號(hào)的紫外線燈管，以保證出現(xiàn)故障或達(dá)到使用壽命時(shí)及時(shí)更換。

③應(yīng)保持紫外線燈管表面清潔，一般每月用適量清洗劑 （稀鹽酸、檸檬酸）擦拭一次；擦拭時(shí)應(yīng)停機(jī)，避免紫外線直接照射對(duì)人體造成傷害。

④設(shè)備停止運(yùn)行后，應(yīng)立即放空設(shè)備中的水，避免冰凍造成燈管毀壞。

（4）臭氧消毒設(shè)備

①在設(shè)備運(yùn)行中，應(yīng)經(jīng)常檢查與設(shè)備連接的各種管道的汽水通暢性、閥門啟閉靈活性，檢查反應(yīng)器的指示燈、電壓、電流是否正常。

②須經(jīng)常用專用量測(cè)儀器檢測(cè)室內(nèi)和水中的臭氧濃度（空氣中臭氧濃度為1～50mg/L，水中臭氧濃度為0.01～1.0mg/L），一旦發(fā)現(xiàn)空氣中臭氧濃度過(guò)高和水中臭氧濃度過(guò)低時(shí)應(yīng)停機(jī)檢修。

③消毒間應(yīng)保持干燥，利于散熱；發(fā)生器有高壓危險(xiǎn)，切勿水沖。

2.消毒設(shè)備運(yùn)行環(huán)境條件與管理

（1）操作人員應(yīng)經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)，持證上崗

要有一定專業(yè)知識(shí)，熟練掌握消毒設(shè)備性能、工作原理和正確操作使用方法，要定期開(kāi)展技術(shù)培訓(xùn)與考核。同時(shí)要固定操作人員，制定交接班制度，做到有章可循。

（2）水處理達(dá)標(biāo)是消毒的前提條件

消毒的主要目的是去除水中病原性微生物，如果水處理不合格，則直接影響消毒效果，也很難實(shí)現(xiàn)出廠水達(dá)標(biāo)。如渾濁度反映水中微生物、懸浮物等微粒態(tài)污染物的多少，其中懸浮物既是微生物附著生長(zhǎng)的載體，也是其免受消毒劑滅活的保護(hù)體；耗氧量反映水體中還原性物質(zhì)的多少，還原性物質(zhì)過(guò)多會(huì)大量消耗消毒劑，削弱滅菌能力。因此應(yīng)保證消毒前水質(zhì)除微生物學(xué)指標(biāo)和消毒劑指標(biāo)外全部合格，否則應(yīng)改進(jìn)和完善水處理措施。

（3）除紫外線消毒設(shè)備外，其他類型消毒設(shè)備均應(yīng)單獨(dú)設(shè)置消毒間，位置靠近投加點(diǎn)

消毒間應(yīng)有觀察窗、門，處理后的來(lái)水有暢通的排水；有照明、通風(fēng)設(shè)施，開(kāi)關(guān)應(yīng)設(shè)置在室外；因消毒劑的密度比空氣大，應(yīng)在房間下方設(shè)置通風(fēng)孔，并安裝8～12次/h的通風(fēng)設(shè)備。為保證消毒設(shè)備正常運(yùn)行，消毒間室內(nèi)溫度應(yīng)控制在5～40℃。寒冷地區(qū)應(yīng)配備采暖或保溫措施，但要遠(yuǎn)離消毒劑制取、投加裝置及管道部分，嚴(yán)禁使用火爐等明火。

（4）清水池可為消毒劑與處理水混合創(chuàng)造有利條件

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程規(guī)范技術(shù)》（SL 310—2004），清水池的有效容積一般為供水規(guī)模的20%～40%。當(dāng)清水池容積過(guò)小時(shí)，不能保證消毒劑與水充分混合時(shí)間，需要擴(kuò)容或新建；清水池容積過(guò)大，會(huì)使定量投加的消毒劑在池中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，消耗增大，致使出廠水消毒劑余量不達(dá)標(biāo)，可采取分格或降低運(yùn)行水位的方式解決。

（5）為及時(shí)掌握消毒設(shè)備運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題，需要做好設(shè)備運(yùn)行觀測(cè)和記錄

每天最少進(jìn)行2次以上的設(shè)備運(yùn)行情況檢查，包括設(shè)備運(yùn)行是否正常、消毒藥劑是否需要添加、設(shè)備與管道的接口、閥門等處是否有滲漏、是否需要維修養(yǎng)護(hù)等；設(shè)備儀器儀表應(yīng)按檢定周期進(jìn)行計(jì)量檢定。為評(píng)價(jià)設(shè)備性能、核算消毒成本，還應(yīng)做好日供水量即消毒水量、耗電量、運(yùn)行時(shí)間、消毒劑投加量、消毒材料用量記錄，以及設(shè)備維修養(yǎng)護(hù)耗用人工、時(shí)間、費(fèi)用等記錄。

三、農(nóng)村供水消毒設(shè)備運(yùn)行效果檢測(cè)與評(píng)價(jià)

飲用水消毒的根本目的是殺滅水中的病原菌、預(yù)防介水傳染病。因此評(píng)價(jià)消毒設(shè)備運(yùn)行效果即消毒效果的首要指標(biāo)是水中微生物指標(biāo)。消毒劑余量指標(biāo)用于評(píng)價(jià)消毒劑投加量合理性，但不是消毒效果好壞的決定指標(biāo)。此外消毒副產(chǎn)物指標(biāo)是用于評(píng)價(jià)消毒的安全性。因此，為全面掌握消毒設(shè)備運(yùn)行效果及其安全性，為指導(dǎo)設(shè)備運(yùn)行和消毒劑量投加，需要對(duì)消毒后水中的微生物指標(biāo)、消毒劑余量和消毒副產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)。

1.檢測(cè)指標(biāo)

（1）微生物指標(biāo)

根據(jù) 《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006），該指標(biāo)包括菌落總數(shù)、總大腸菌群、耐熱大腸菌群和大腸埃希氏菌。其中菌落總數(shù)表征水質(zhì)清潔程度，總大腸菌群、耐熱大腸菌群和大腸埃希氏菌指示腸道致病微生物的含量。

（2）消毒劑余量

采用次氯酸鈉和次氯酸鈣消毒時(shí)，消毒劑余量檢測(cè)余氯含量；采用高純型二氧化氯消毒時(shí)檢測(cè)二氧化氯余量；采用復(fù)合型二氧化氯消毒時(shí)，同時(shí)檢測(cè)二氧化氯余量及余氯含量；采用臭氧消毒時(shí)，檢測(cè)臭氧余量。紫外線消毒沒(méi)有消毒劑余量，只檢測(cè)微生物學(xué)指標(biāo)。

（3）消毒副產(chǎn)物

次氯酸鈉（鈣）消毒檢測(cè)三鹵甲烷、鹵乙酸；高純型二氧化氯消毒檢測(cè)亞氯酸鹽含量；復(fù)合型二氧化氯消毒檢測(cè)亞氯酸鹽、氯酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物；采用臭氧消毒檢測(cè)溴酸鹽和甲醛；紫外線消毒副產(chǎn)物未知。按消毒副產(chǎn)物生成情況及危害程度，四種消毒的排序?yàn)樽贤饩€＜臭氧≈二氧化氯＜氯。

2.檢測(cè)方法

微生物指標(biāo)、消毒劑余量和副產(chǎn)物指標(biāo)的檢測(cè)方法執(zhí)行《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》（GB 5750—2006），部分指標(biāo)可現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。表1給出了實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)所需主要儀器，用于指導(dǎo)檢測(cè)儀器配備。

3.檢測(cè)頻率

根據(jù) 《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》（SL 310—2004），消毒效果檢測(cè)包括水源水、出廠水和末梢水，各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)頻率如表2，可根據(jù)供水規(guī)模合理選擇。

根據(jù)上述檢測(cè)指標(biāo)、方法和頻率對(duì)消毒效果進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)。當(dāng)檢測(cè)結(jié)果不合格時(shí)，應(yīng)從消毒設(shè)備是否合格、使用操作方法是否正確、運(yùn)行環(huán)境條件是否具備等方面查找問(wèn)題和原因，并采取相應(yīng)措施。

四、展 望

目前全國(guó)農(nóng)村飲水安全工作已進(jìn)入“建管并重”階段，迫切需要加強(qiáng)消毒設(shè)備使用和管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，以保證消毒設(shè)備正常運(yùn)行和消毒效果達(dá)標(biāo)，為提高水質(zhì)合格率、推動(dòng)和促進(jìn)供水安全發(fā)揮應(yīng)有的作用。本文總結(jié)形成的農(nóng)村供水消毒設(shè)備運(yùn)行管理與評(píng)價(jià)方法已在水利部科技推廣計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“農(nóng)村飲水安全消毒集成技術(shù)的推廣應(yīng)用”示范工程中應(yīng)用，可有效提高農(nóng)村供水消毒設(shè)備運(yùn)行管理水平，顯著提高水質(zhì)合格率。

表1 水質(zhì)檢測(cè)方法及主要儀器表

表2 水質(zhì)指標(biāo)檢驗(yàn)頻率

[1]國(guó)家發(fā)展改革委，水利部，衛(wèi)生部，環(huán)境保護(hù)部．全國(guó)農(nóng)村飲水安全工程“十二五”規(guī)劃 [R]．2012.

[2]馮廣志，鞠茂森，張漢松，等.村鎮(zhèn)水廠運(yùn)行管理 [M]．北京：中國(guó)水利水電出版社，2014.

[3] 金銀龍，鄂學(xué)禮，張嵐．GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》釋義[M]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

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