飲用水的消毒方法

王春華

液 氯

1.消毒原理和方法

氯氣的分子式為Cl2，在常溫常壓狀態(tài)下為黃綠色氣體，經(jīng)壓縮成液體后存儲于鋼瓶中，稱為液氯。液氯是最常用的飲用水消毒方法，液氯通過氯氣溶于水后生成的次氯酸來消毒。次氯酸能夠擴(kuò)散到帶負(fù)電的微生物表面并穿透其細(xì)胞壁到內(nèi)部，通過氧化作用使細(xì)菌死亡。次氯酸或次氯酸根離子形態(tài)的氯稱為游離性余氯，pH值越低，次氯酸對細(xì)菌的殺滅能力越強(qiáng)。

2.消毒副產(chǎn)物

液氯及其水解物次氯酸會與水中天然的有機(jī)物（如腐殖酸、富里酸、藻類）和無機(jī)物（如溴化物）發(fā)生取代、加成和氧化反應(yīng)，生成超過300種副產(chǎn)物。其中，三鹵甲烷和鹵乙酸是對人和動物有危害的鹵代酰胺。有研究發(fā)現(xiàn)，在消毒副產(chǎn)物的總致癌風(fēng)險中，鹵乙酸的致癌風(fēng)險占91.9%以上，而三鹵甲烷的則小于8.1%。

3.應(yīng)用和局限

液氯消毒操作方便，成本較低，消毒能力強(qiáng)且作用持久，已成為目前給水系統(tǒng)中最為經(jīng)濟(jì)有效的消毒方法，但其消毒后生成的消毒副產(chǎn)物對人體存在健康隱患。隨著人們健康意識的加強(qiáng)，越來越關(guān)注液氯消毒副產(chǎn)物的危害性，因此，液氯消毒有被其他消毒方式逐步代替的趨勢。

次氯酸鈉

1.消毒原理和方法

次氯酸鈉，化學(xué)式NaClO，有較強(qiáng)的漂白作用，性質(zhì)不穩(wěn)定，受潮濕和光、熱的影響易喪失有效成分，一般采用次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場制取和使用。次氯酸鈉的滅菌大致有3種方式。

第一種也是最主要的方式是通過水解形成次氯酸，次氯酸再進(jìn)一步分解形成新生態(tài)氧，新生態(tài)氧的強(qiáng)氧化性使菌體和病毒上的蛋白質(zhì)變性，從而殺滅病原微生物。第二種，次氯酸不僅可作用于細(xì)胞壁、病毒外殼，而且因次氯酸不帶電荷且分子小，可滲透入菌（病毒）體內(nèi)，與菌（病毒）體蛋白、核酸以及酶等有機(jī)高分子發(fā)生氧化反應(yīng)，來殺滅病原微生物。第三種，次氯酸生成的氯離子能顯著改變菌（病毒）體的滲透壓，使其細(xì)胞失活而死亡。

2.消毒副產(chǎn)物

次氯酸鈉為含氯消毒劑，主要也是由氯代消毒副產(chǎn)物對人畜產(chǎn)生影響，同時，次氯酸鈉消毒可能增加氯酸鹽、次氯酸鹽和溴酸鹽等無機(jī)物副產(chǎn)物。

3.應(yīng)用和局限

使用次氯酸鈉發(fā)生器制取次氯酸鈉消毒液的最大優(yōu)點(diǎn)是隨產(chǎn)隨用，無須外購和儲存，不存在氯氣泄漏等危害。其缺點(diǎn)是電極表面易腐蝕，維修難度較大。次氯酸鈉消毒工程建設(shè)投資費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)實用、運(yùn)行安全，適合于小型水廠的應(yīng)用。

氯 胺

1.消毒原理和方法

氯胺消毒法是氯和氨反應(yīng)生成一氯胺和二氯胺以完成氧化和消毒的方法。氯胺作為飲用水的消毒劑，1916年首次在加拿大渥太華應(yīng)用。最初加入氨和氯形成氯胺用于對水中嗅和味的控制，在20世紀(jì)20年代到30年代得到廣泛使用。1917年首次在美國科羅拉多丹佛市使用。據(jù)美國水協(xié)1938年調(diào)查報告，美國2541個水廠中的16%使用氯胺作為消毒劑，但由于二次世界大戰(zhàn)大量使用銨鹽，因此使用氯胺作為消毒劑的水廠數(shù)量減少。近些年來由于對消毒副產(chǎn)物的關(guān)注和對飲用水中消毒副產(chǎn)物限值的規(guī)定，越來越多的水廠采用氯胺作為二級消毒劑取代氯消毒。

被消毒的水中氨氮含量0.05毫克每升時，便在加氯前先加氨或銨鹽，再加氯使之生成化合性氯的消毒方法叫氯胺消毒。當(dāng)水中存在氨氮時，加入水中的氯會與水中的氨氮發(fā)生反應(yīng)，生成一氯胺、二氯胺和三氯胺。氯胺消毒法具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一是因氯胺與水中腐殖物質(zhì)作用較小，因此減少了腐殖物質(zhì)與游離氯所形成的致癌物質(zhì)（如三鹵甲烷）；第二是在管網(wǎng)中的氯胺形成的余氯持續(xù)時間長，因而能有效地抑制殘余細(xì)菌的再繁殖；第三是避免了氯引起的臭味。

2.消毒副產(chǎn)物

氯胺消毒產(chǎn)生的副產(chǎn)物主要是一些親水性化合物，如三氯乙醛、鹵化氰等。與液氯消毒比，氯胺消毒生成的消毒副產(chǎn)物明顯減少，但還沒解決三鹵甲烷等有機(jī)鹵代物的問題。此外，近年來研究的熱點(diǎn)轉(zhuǎn)為具有強(qiáng)致癌風(fēng)險性的亞硝胺類消毒副產(chǎn)物，而氯胺消毒產(chǎn)生的亞硝胺類物質(zhì)比氯消毒風(fēng)險更大。

3.應(yīng)用和局限

氯胺的滅菌作用較弱，但氯胺比氯穩(wěn)定，可以在維持較好滅菌效果的同時避免副產(chǎn)物的產(chǎn)生，也可以去除水在嗅覺和味覺上對人的刺激。氯胺經(jīng)常與其他消毒方式聯(lián)用，如氯胺與氯的聯(lián)用，應(yīng)用在長距離的配水管線中，保證消毒效果和持久性，同時又能減少三鹵甲烷的產(chǎn)生。與高錳酸鉀聯(lián)用，在消毒效果上有協(xié)同作用。

二氧化氯

1.消毒原理和方法

二氧化氯為紅黃色有強(qiáng)烈刺激性臭味氣體。遇熱水則分解成次氯酸、氯氣、氧氣，光照也易分解，其溶液于冷暗處相對穩(wěn)定。二氧化氯性質(zhì)活潑極不穩(wěn)定，難以用鋼瓶壓縮貯存，一般多在現(xiàn)場制備。二氧化氯對微生物的細(xì)胞壁具有很好的穿透力和吸附能力，能阻止微生物蛋白質(zhì)的合成來破壞微生物。氣體二氧化氯溶于水時以分子形式存在，有利于在水中擴(kuò)散，其滅菌效果為氯氣的10倍，次氯酸鈉的2倍，抑制病毒的能力也比氯高3倍，比臭氧高1.9倍。因此應(yīng)用于飲用水消毒時具有用量少、滅菌快等特點(diǎn)。

2.消毒副產(chǎn)物

有研究認(rèn)為，二氧化氯的消毒作用是通過氧化作用破壞微生物的代謝，因此，二氧化氯與水中天然有機(jī)物發(fā)生的是氧化反應(yīng)而非氯取代作用，不易產(chǎn)生三鹵甲烷，有效地控制了氯代副產(chǎn)物的生成。

二氧化氯與其他化合物反應(yīng)會生成亞氯酸鹽和氯酸鹽等無機(jī)副產(chǎn)物。未有研究數(shù)據(jù)表明二氧化氯和亞氯酸鹽具有致癌性。

3.應(yīng)用和局限

二氧化氯是目前國際公認(rèn)的一種高效、低毒、快速、廣譜的第四代新型滅菌劑。與液氯、氯胺相比，二氧化氯具有不生成有機(jī)鹵代物、受pH影響小、氧化能力強(qiáng)等優(yōu)勢；與臭氧、紫外線相比，二氧化氯有持續(xù)性強(qiáng)的優(yōu)勢，因此更適用于給水消毒工藝。除消毒外，二氧化氯還可將水中引起臭味的硫化氫、硫醇等物質(zhì)氧化分解為無毒無味的硫酸或磺酸，能將氰類和酚類等有毒物質(zhì)氧化降解為氨根離子和簡單的有機(jī)物。二氧化氯具有脫色、除臭、除味等凈水功能，未來會替代液氯等傳統(tǒng)方法。

臭 氧

1.消毒原理和方法

臭氧，是氧的同素異形體，有極強(qiáng)的氧化能力，穩(wěn)定性極差，常溫下自行分解為氧，在水中的溶解度為3%。臭氧具有極強(qiáng)的氧化性，因此被世界公認(rèn)是一種廣譜高效滅菌劑，它的氧化能力比氯高1倍，滅菌比氯快600～3000倍，幾秒鐘內(nèi)就可以殺死病原微生物。臭氧能氧化有機(jī)物，去除水中的色、味，降低水的渾濁度，還可去除水中溶解性的鐵、錳鹽類及酚等，有效改善水質(zhì)。

2.消毒副產(chǎn)物

在臭氧消毒產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物中，有機(jī)的副產(chǎn)物主要是甲醛，無機(jī)的副產(chǎn)物主要是溴酸根離子?！渡铒嬘盟l(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）甲醛和溴酸根的限值分別是0.9毫克每升和0.01 毫克每升。目前人們研究的熱點(diǎn)主要集中在如何能夠在有效地殺死水中的病原微生物同時又能控制溴酸根在限值以下。

3.應(yīng)用和局限

臭氧滅菌徹底、無殘留，是一種無污染的消毒劑。臭氧消毒作為氯消毒的替代方法，應(yīng)用范圍越來越廣。但臭氧的制備工藝復(fù)雜，設(shè)備費(fèi)用較高，需配備專業(yè)人員進(jìn)行日常維護(hù)和保養(yǎng)，且臭氧本身極易分解，消毒持久性差，對管網(wǎng)無剩余保護(hù)，在推廣使用上受到一定限制。

紫外線

1.消毒原理和方法

紫外線按波長范圍分為A、B、C三個波段和真空紫外線，A波段320～400納米，B波段275～320納米，C波段200～275納米，真空紫外線100～200納米。飲用水消毒用的是C波段紫外線，而殺菌作用最強(qiáng)的波段集中在250～270納米。紫外線消毒是利用適當(dāng)波長的紫外線能夠破壞微生物細(xì)胞中核酸分子結(jié)構(gòu)，造成細(xì)胞死亡而達(dá)到殺菌的效果。

2.消毒副產(chǎn)物

紫外線消毒無任何二次污染，不殘留任何有毒物質(zhì)，不影響水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分。

3.應(yīng)用和局限

紫外線消毒無消毒副產(chǎn)物生成，但是要求水體有一定的透明度，水中的懸浮物、有機(jī)物和氨氮都會影響紫外線的傳播，進(jìn)而影響消毒效果；另外紫外線消毒對管網(wǎng)水無保護(hù)作用。盡管如此，紫外線消毒仍是目前世界上最先進(jìn)、最有效、最經(jīng)濟(jì)的水體消毒方法，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家已被廣泛使用，在我國也越來越被重視。