農(nóng)村供水工程消毒技術(shù)選擇與應(yīng)用要點分析

賈燕南，胡 孟，鄔曉梅，李曉琴，董長娟

（1.中國水利水電科學(xué)研究院水利研究所，100048，北京；2.國家節(jié)水灌溉工程技術(shù)研究中心（北京），100048，北京）

農(nóng)村供水工程消毒技術(shù)選擇與應(yīng)用要點分析

賈燕南1，2，胡 孟1，2，鄔曉梅1，2，李曉琴1，2，董長娟1，2

（1.中國水利水電科學(xué)研究院水利研究所，100048，北京；2.國家節(jié)水灌溉工程技術(shù)研究中心（北京），100048，北京）

介紹了氯及氯的化合物、二氧化氯、紫外線、臭氧4種適宜農(nóng)村供水的消毒技術(shù)適用條件及設(shè)備應(yīng)用形式，結(jié)合對國內(nèi)外飲用水消毒技術(shù)發(fā)展趨勢的分析，總結(jié)了4種消毒技術(shù)在農(nóng)村供水工程應(yīng)用中存在的主要問題，并從消毒前水處理，調(diào)節(jié)構(gòu)筑物設(shè)計及維護，消毒劑的投加點、投加量與消毒間要求，消毒設(shè)備運行管理和相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)檢測等方面提出了農(nóng)村供水消毒技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用要點。

農(nóng)村供水；消毒技術(shù)；選擇；應(yīng)用

自2000年實施農(nóng)村飲水解困、2005年實施農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)以來，我國大力發(fā)展農(nóng)村規(guī)?；泄┧?，截至2015年，共解決了5.2億農(nóng)村居民和4 700多萬農(nóng)村學(xué)校師生的飲水安全問題。總體來看，農(nóng)村供水狀況得到顯著改善，工程建設(shè)管理水平不斷提高，但由于我國國情、水情及區(qū)域差異性，現(xiàn)階段農(nóng)村供水工程的水質(zhì)狀況仍有不小的提升空間。

一、農(nóng)村供水工程消毒的必要性

據(jù)世界衛(wèi)生組織調(diào)查，80%的人類疾病與50%的兒童死亡率與飲用水水質(zhì)有關(guān)，在其制定的《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》中明確提出：無論在發(fā)展中國家還是發(fā)達(dá)國家，與飲用水有關(guān)的安全問題中，微生物問題仍列于首位。在我國農(nóng)村，由于水體污染影響和水源保護工作不到位，微生物污染是飲用水水源污染的主要類型，是造成農(nóng)村供水工程水質(zhì)達(dá)標(biāo)率不高的首要原因。受病原微生物污染的水體中含有大量的致病菌、病毒等，可引起傷寒、痢疾、霍亂、脊髓灰質(zhì)炎、甲肝和腹瀉等疾病，嚴(yán)重者甚至可致死亡。

通過消毒技術(shù)的正確選擇及應(yīng)用，即可保障生活飲用水的微生物安全性?！渡铒嬘盟l(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749）、《室外給水設(shè)計規(guī)范》（GB 50013）和《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》（SL 687）都對生活飲用水必須消毒做出了強制性規(guī)定。

目前農(nóng)村供水工程的水源小而分散，水源地保護不力，水源污染源頭多，僅靠現(xiàn)有的水處理手段難以保障用戶末梢的飲用水微生物安全。通過消毒，一是可以有效殺滅水源水中的微生物，保證出廠水的微生物安全；二是可以保留部分消毒劑余量，在出廠后的輸配水管道、容器中起到防御微生物污染的作用。

二、適宜農(nóng)村供水的主要消毒技術(shù)及設(shè)備

1.氯及氯的化合物消毒及其應(yīng)用形式

氯及氯的化合物消毒包括次氯酸鈉、液氯、漂白粉、漂粉精及次氯酸鈣等，它們?nèi)芙膺M(jìn)入水體后的有效消毒成分均為次氯酸，因此消毒機理也相同。該種消毒技術(shù)適用于原水pH值不高于8.0、水質(zhì)較好、未受污染的水源水。其中次氯酸鈉、液氯應(yīng)用最多。

次氯酸鈉消毒的應(yīng)用形式為：商品次氯酸鈉溶液配合其投加裝置使用，或采用現(xiàn)場電解食鹽水發(fā)生制次氯酸鈉溶液的次氯酸鈉發(fā)生器。液氯的應(yīng)用形式為：采用液氯鋼瓶配合加氯機使用，加氯機包括正壓式加氯機、轉(zhuǎn)子加氯機、真空加氯機等形式。漂白粉、漂粉精、次氯酸鈣為不同形態(tài)的固體制劑，其應(yīng)用形式為：采用手動或自動溶藥裝置將固體制劑溶解后，通過投加裝置投加進(jìn)入水體。

2.二氧化氯消毒及其應(yīng)用形式

二氧化氯消毒依靠的是分子態(tài)的二氧化氯。二氧化氯消毒在以下情況的農(nóng)村中小型供水工程中可重點考慮：①受有機物污染的地表水源；②藻類、真菌造成的含色、嗅、味的水源；③pH值和氨氮含量較高的水源；④鐵、錳含量較高的地下水源。

二氧化氯一般通過現(xiàn)場發(fā)生制得，根據(jù)其發(fā)生技術(shù)的不同包括化學(xué)法二氧化氯發(fā)生裝置和電解法二氧化氯發(fā)生裝置，其中電解法二氧化氯發(fā)生器電耗、鹽耗高，二氧化氯產(chǎn)率及純度低，維護管理難，不建議農(nóng)村供水工程采用?；瘜W(xué)法二氧化氯發(fā)生裝置根據(jù)終產(chǎn)物的不同可分為復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器和高純型二氧化氯發(fā)生器。前者的產(chǎn)物中既有二氧化氯也有氯，而后者的產(chǎn)物中只有二氧化氯一種消毒劑。復(fù)合型發(fā)生器一般采用氯酸鈉+鹽酸法，而高純型發(fā)生器則分為二元法高純型發(fā)生器和三元法高純型發(fā)生器。二元法高純型發(fā)生器制取工藝有兩種：鹽酸+亞氯酸鈉法、氯+亞氯酸鈉法，前者在國內(nèi)供水工程中應(yīng)用實例較多，后者由于原料中仍需用到液氯，因此在國內(nèi)較少有應(yīng)用實例。二元法高純型發(fā)生器的制取工藝包括亞氯酸鈉+次氯酸鈉+鹽酸法、氯酸鈉+硫酸+雙氧水法、氯酸鈉+硫酸+蔗糖法及氯酸鈉+硫酸+尿素法等多種不同反應(yīng)原理的發(fā)生方法。三元法高純型發(fā)生器由于原料較復(fù)雜，在農(nóng)村供水工程中應(yīng)用也較少。

3.紫外線消毒及其應(yīng)用形式

紫外線消毒利用200~280 nm（尤其253.7 nm）波段的紫外線光來殺菌，單獨紫外線消毒僅適用于無清水池、管網(wǎng)較短的農(nóng)村小型集中或分散供水工程。以地下水為水源時，需要濁度、色度、鐵錳、硬度等水質(zhì)指標(biāo)較好；以地表水為水源時，需先去除水中的顆粒物和膠體。

在農(nóng)村小型集中或分散供水中應(yīng)用最多的紫外線消毒設(shè)備是過流壓力式紫外線殺菌設(shè)備。此外，在單戶工程中還有間歇式紫外線殺菌設(shè)備的應(yīng)用。

4.臭氧消毒及其應(yīng)用形式

臭氧消毒主要依賴臭氧進(jìn)入水體后分解過程中生成的[O]和·OH。與紫外線消毒相同，單獨臭氧消毒僅適用于無清水池、管網(wǎng)較短的農(nóng)村小型集中或分散供水工程。另外，需要注意的是，水中溴化物含量在20 μg/L以上時，可能會出現(xiàn)副產(chǎn)物溴酸鹽超標(biāo)的情況，建議預(yù)先進(jìn)行臭氧投加試驗。

臭氧一般通過臭氧發(fā)生器現(xiàn)場發(fā)生制得，臭氧發(fā)生器主要包括以空氣或純氧為原料通過電暈放電產(chǎn)生臭氧的電暈放電法臭氧發(fā)生器和以純水為原料通過電解產(chǎn)生臭氧的電解純水法臭氧發(fā)生器。

三、飲用水消毒技術(shù)發(fā)展趨勢及農(nóng)村供水消毒存在的主要問題

1.國內(nèi)外飲用水消毒技術(shù)的發(fā)展趨勢

氯消毒是使用歷史最長、應(yīng)用范圍最廣的消毒技術(shù)，積累了豐富的實踐經(jīng)驗，但過去數(shù)十年間，人們發(fā)現(xiàn)氯消毒不能實現(xiàn)對賈第鞭毛蟲、隱孢子蟲的良好控制，并逐漸重視氯消毒引起的鹵代消毒副產(chǎn)物問題，因而一些替代消毒劑和組合消毒技術(shù)逐漸被開發(fā)并應(yīng)用。此外，各種物理消毒法以及新的化學(xué)消毒劑也不斷被研制開發(fā)。二氧化氯消毒工藝成熟性比次氯酸鈉略差，但由于二氧化氯的強氧化性，使其較適合用于污染水源的消毒，高純型化學(xué)法二氧化氯發(fā)生器產(chǎn)物中二氧化氯純度高，發(fā)展趨勢較好。臭氧的持續(xù)消毒效果、生產(chǎn)工藝成熟性及技術(shù)經(jīng)濟性不如氯，關(guān)于其消毒副產(chǎn)物的控制方法還有待進(jìn)一步深入研究，因此未來其發(fā)展應(yīng)主要在水處理領(lǐng)域而并非消毒領(lǐng)域。對于無需持續(xù)消毒效果的小規(guī)模供水工程，紫外線消毒是目前最為成熟的物理消毒方法，并且隨著飲用水處理領(lǐng)域深度處理和管網(wǎng)安全輸送技術(shù)的發(fā)展，紫外線消毒的應(yīng)用范圍也將逐漸擴展。

盡管氯及氯的化合物消毒存在如前所述的不足，但通過提高水質(zhì)、控制消毒劑投加量等措施可以使這些問題基本得到解決。由于氯氣使用及運輸安全性欠佳，使用液氯消毒的農(nóng)村水廠在不斷減少，人們對使用氯的化合物消毒卻表現(xiàn)出日益濃厚的興趣。尤其對于水源水質(zhì)較好、不宜購置藥劑的偏遠(yuǎn)地區(qū)的供水工程，采用食鹽為原料的現(xiàn)場制備次氧酸鈉消毒技術(shù)具有獨特優(yōu)勢。

綜合國內(nèi)外發(fā)展情況，研究認(rèn)為：在農(nóng)村供水領(lǐng)域，液氯消毒應(yīng)用將逐漸受限，次氯酸鈉發(fā)生器雖然目前在飲用水領(lǐng)域應(yīng)用還不太多，但其未來發(fā)展前景看好，尤其是現(xiàn)場發(fā)生制次氯酸鈉消毒應(yīng)用范圍會不斷擴大；二氧化氯及紫外線消毒是非常有發(fā)展前途的消毒技術(shù)，特別是高純型二氧化氯發(fā)生器產(chǎn)物中二氧化氯純度高，發(fā)展趨勢較好；臭氧消毒應(yīng)用范圍可能會逐漸擴大，但在短期內(nèi)可能主要局限在小型供水工程中；此外，新型消毒及組合消毒技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也會不斷擴展。

2.農(nóng)村供水工程消毒技術(shù)應(yīng)用中存在的主要問題

通過詳細(xì)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在農(nóng)村供水工程消毒技術(shù)及設(shè)備應(yīng)用過程中普遍存在的共性問題包括以下6項。

①認(rèn)識問題：部分行業(yè)主管部門和工程管理單位沒有認(rèn)識到供水消毒的必要性，不配備或配備后不運行消毒設(shè)備；此外，部分農(nóng)村居民不習(xí)慣消毒后水的氣味，導(dǎo)致供水工程消毒劑投加量不足，消毒效果不達(dá)標(biāo)。②工程設(shè)計問題：消毒技術(shù)及設(shè)備選型不合理，與供水規(guī)模不匹配；消毒劑與水接觸時間不合理；沒有消毒間，無法保證消毒設(shè)備正常運行的環(huán)境條件。③消毒設(shè)備采購問題：所采購消毒設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)，技術(shù)參數(shù)無法達(dá)到相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。④消毒設(shè)備運行管理問題：消毒設(shè)備不運行，水廠人員不能正確操作、使用和維護，消毒劑原料采購渠道不暢等。⑤行業(yè)監(jiān)管問題：主管部門對農(nóng)村供水工程運行管理監(jiān)督檢查和技術(shù)培訓(xùn)不足，沒有建立供水安全責(zé)任、持證上崗等制度。⑥其他問題：水處理不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致消毒劑被水中殘留的還原性物質(zhì)消耗，或濁度不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致微生物被掩蔽；缺少消毒效果檢測手段，不能及時發(fā)現(xiàn)問題等。

針對前文所述的4類適宜農(nóng)村供水的主要消毒技術(shù)及設(shè)備，分別歸納和分析了其在具體應(yīng)用中存在的主要問題。

（1）氯及氯的化合物消毒應(yīng)用中存在的主要問題

①一些采用地表水的供水工程混淆預(yù)氧化與消毒環(huán)節(jié)的加氯，事實上，兩者的投加點分別在混凝劑投加之前和清水池前，投加量也不同；②次氯酸鈉發(fā)生器所用原料錯誤，采用再生工業(yè)鹽或加碘食鹽而非精制食用鹽，采用未經(jīng)處理的水源水而非濾后水；③沒有清水池或清水池體積過大，導(dǎo)致消毒劑與水的接觸時間不足或停留時間過長，從而使出廠水消毒劑余量不足；④采用液氯消毒的工程沒有漏氯吸收裝置，存在安全隱患。

（2）二氧化氯消毒應(yīng)用中存在的主要問題

①二氧化氯發(fā)生器類型選擇不當(dāng)；②復(fù)合型二氧化氯反應(yīng)器不加熱，或加熱溫度不足，發(fā)生器產(chǎn)物中二氧化氯比例低，反應(yīng)未完全的原料一起被投加入飲用水中；③二氧化氯發(fā)生器原料輸送采用滴定閥而非計量泵，無法保障穩(wěn)定的原料配比；④配制氯酸鈉、鹽酸溶液操作時存在錯誤導(dǎo)致原料濃度不合理；⑤二氧化氯發(fā)生器所用兩種原料與發(fā)生器置于同一房間，未設(shè)隔離墻，存在安全隱患；⑥供水工程水質(zhì)檢測時僅檢測余氯，不檢測二氧化氯，事實上采用高純法二氧化氯發(fā)生器消毒的水廠僅檢測二氧化氯即可，采用復(fù)合法二氧化氯發(fā)生器消毒的水廠既要檢測余氯，也要檢測二氧化氯。

（3）紫外線消毒應(yīng)用中存在的主要問題

①供水管網(wǎng)較長時仍只采用紫外線消毒，管網(wǎng)末梢微生物安全性無法保障；②紫外線消毒設(shè)備安裝位置錯誤，安裝在清水池前而非清水池后，無法保障出廠水的微生物安全性；③紫外線消毒設(shè)備型號選擇不當(dāng)，與處理水量不匹配；④紫外線消毒設(shè)備未與供水水泵機組聯(lián)動控制；⑤未定期清洗石英套管。

（4）臭氧消毒應(yīng)用中存在的主要問題

①供水管網(wǎng)較長時仍只采用臭氧消毒，管網(wǎng)末梢微生物安全性無法保障；②未檢測原水溴離子濃度并進(jìn)行臭氧投加試驗即采用臭氧消毒，無法保證消毒副產(chǎn)物溴酸鹽在安全范圍內(nèi)；③無接觸池或接觸罐，無法保證臭氧在水中充分溶解；④不配備檢測水中臭氧濃度的檢測設(shè)備，無法監(jiān)測出廠水和末梢水的臭氧余量是否達(dá)標(biāo)；⑤未按設(shè)計規(guī)范控制臭氧尾氣排放。

四、農(nóng)村供水消毒技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用要點

1.水處理效果

水處理效果達(dá)標(biāo)是合格并安全消毒的前提。如出廠水濁度不達(dá)標(biāo)，很可能會出現(xiàn)消毒劑余量合格而微生物指標(biāo)不合格的情況，因為微生物會附著在顆粒物上，使消毒劑較難對微生物產(chǎn)生直接作用。如水處理后鐵錳不合格，采用二氧化氯消毒時，會出現(xiàn)出廠水色度超標(biāo)的風(fēng)險。如水處理后有機物含量過高，可能會出現(xiàn)消毒副產(chǎn)物超標(biāo)的現(xiàn)象。

2.清水池設(shè)計及維護

消毒劑與水在清水池中的接觸時間不能過短也不能過長，應(yīng)滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定，同時一般應(yīng)≤4h，以保證清水池出口適宜的消毒劑濃度。如清水池過大，可進(jìn)行分格改造或降低水位運行。另外，每年應(yīng)至少清洗水池 1次，以降低清水池的消毒劑消耗量，盡可能減少消毒劑投加量，從而控制消毒副產(chǎn)物的生成。

3.投加點

消毒劑投加點應(yīng)設(shè)置在水處理后清水池前，紫外線消毒應(yīng)設(shè)在清水池后。當(dāng)需要采用消毒劑氧化處理時，可在濾前和濾后分別投加消毒劑，不可只在濾前投加。當(dāng)管網(wǎng)較長、僅出廠水投加消毒劑、管網(wǎng)末梢消毒劑余量不達(dá)標(biāo)時，可在加壓泵站、調(diào)節(jié)構(gòu)筑物等部位補加消毒劑。

4.投加量

以水中雜質(zhì)消耗的有效氯和滅活致病微生物需要的自由性余氯量計，應(yīng)滿足GB 5749要求，并保證滅活致病微生物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物，防止管網(wǎng)二次污染。實際工程中應(yīng)根據(jù)出廠水、末梢水消毒劑余量檢測情況，不斷調(diào)整并最終調(diào)試出適宜的投加量。

5.消毒間

次氯酸鈉、二氧化氯、臭氧消毒宜單獨設(shè)置消毒間；次氯酸鈉、二氧化氯消毒應(yīng)設(shè)置原料間，不同原料應(yīng)單獨存放。消毒間和原料間應(yīng)滿足相應(yīng)的通風(fēng)（尾氣吸收、位置）、非明火保溫、沖洗水源、排水管道、照明和分隔要求，應(yīng)配備個人防護、搶救材料及工具箱。

6.消毒設(shè)備運行管理

①運行管理人員應(yīng)經(jīng)過當(dāng)?shù)厮姓鞴懿块T和廠家培訓(xùn)，使用中嚴(yán)格遵循 《村鎮(zhèn)供水工程運行管理規(guī)程》（SL 689）和設(shè)備廠家產(chǎn)品說明書、操作規(guī)程。

②設(shè)備開機前，應(yīng)檢查消毒設(shè)備及關(guān)鍵組件的狀態(tài)是否完好，同時檢查其用水、用電、排風(fēng)等條件是否具備。

③應(yīng)按時記錄各種藥劑的用量、配制濃度、投加量及處理水量。

④消毒劑倉庫的固定儲備量應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)毓?yīng)、運輸?shù)葪l件，按15～30 d的最大用量計算，周轉(zhuǎn)儲備量應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w條件確定。

⑤每天檢查消毒設(shè)備與管道的接口、閥門等滲漏情況，定期更換易損部件，每年進(jìn)行必要的維護保養(yǎng)。

⑥如設(shè)備要在一段時間內(nèi)停止運行，應(yīng)按廠家說明書要求進(jìn)行必要的清洗養(yǎng)護。

7.消毒相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)檢測

目前農(nóng)村供水工程缺乏對消毒相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)的日常檢測，包括消毒劑余量、微生物指標(biāo)和消毒副產(chǎn)物指標(biāo)。

①消毒劑余量的檢測用于評價消毒劑的投加量是否適宜。采用氯及氯的化合物消毒時，檢測余氯；采用高純型二氧化氯發(fā)生器消毒時，檢測二氧化氯余量；采用復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器消毒時，同時檢測二氧化氯余量及余氯含量；采用臭氧消毒時，檢測臭氧余量。需要配備分光光度計檢測。

②微生物指標(biāo)用于評價消毒設(shè)備的運行效果。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，配備高壓滅菌器、培養(yǎng)箱等設(shè)備即可檢測。

③消毒副產(chǎn)物指標(biāo)用于評價消毒的安全性。采用氯及氯的化合物消毒時，檢測三鹵甲烷、鹵乙酸；采用高純型二氧化氯發(fā)生器消毒時，檢測亞氯酸鹽；采用復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器消毒時，檢測亞氯酸鹽、氯酸鹽和鹵代消毒副產(chǎn)物；采用臭氧消毒時，檢測溴酸鹽和甲醛。

在上述3種指標(biāo)中，消毒劑余量的檢測實現(xiàn)最為方便，建議集中供水工程根據(jù)消毒劑類型配備檢測消毒劑余量的水質(zhì)檢測儀器。

五、結(jié) 語

“十三五”期間，國家啟動實施農(nóng)村飲水安全鞏固提升工程。充分認(rèn)識消毒的必要性，選擇適宜的消毒技術(shù)及設(shè)備，規(guī)范消毒設(shè)備使用，才能確保供水工程的消毒效果穩(wěn)定，從而有力推動水質(zhì)提升，切實保障農(nóng)村居民飲水安全。 ■

[1]高占義，胡孟，等．農(nóng)村安全供水工程技術(shù)與模式[M]．北京：中國水利水電出版社，2013.

[2]中國水利水電科學(xué)研究院．農(nóng)村飲水安全消毒集成技術(shù)的推廣應(yīng)用研究報告[R]．2013.

[3]楊繼富，賈燕南，趙翠．農(nóng)村供水消毒面臨的主要問題與對策[J].中國水利，2014（13）.

責(zé)任編輯 張瑜洪

Selection and application of disinfection technology for rural water supply projects

Jia Yannan，Hu Meng，Wu

Xiaomei，Li Xiaoqin，Dong Changjuan

Applicable conditions and equipment application forms of four kinds of appropriate disinfection technologies were briefly introduced,including chlorine and chlorine compounds,chlorine dioxide,ultraviolet radiation and ozone. By analyzing the growing trend of drinking water disinfection technologies at home and abroad,the major application problems of the above four disinfection technologies existed in the rural water supply projects were deeply analyzed. Finally,the main application points of the rural drinking water supply disinfection technologies and devices were summarized for water treatment before disinfection,design and maintenance of the regulating structures,dosage point and amount of the disinfectant,disinfection room requirements,operation of the disinfection devices and testing of the related water quality indicators.

rural water supply;disinfection technology;selection;application

S27+TU991

：B

：1000-1123（2016）19-0053-04

2016-06-23

賈燕南，高級工程師。

中國水科院科研專項（HY0145B152015)；青海科技成果轉(zhuǎn)化專項“農(nóng)村牧區(qū)供水關(guān)鍵技術(shù)集成與示范”（2016-NK-132）。