談城市給水處理的消毒方法及其應(yīng)用

侯 云

(太原供水集團(tuán)有限公司，山西 太原 030003)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、經(jīng)濟的發(fā)展以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的擴展，城市給水的規(guī)模也隨之?dāng)U大。同時城市給水是人類社會生活和生產(chǎn)環(huán)境中的重要環(huán)節(jié)，它制約著城市的發(fā)展壯大。因此，保障城市居民生活飲用水安全勢在必行。而消毒是保障水質(zhì)衛(wèi)生安全的重要措施，在生活飲用水處理中是必不可少的。消毒作為保障生活飲用水安全的最后一道屏障，必須引起足夠的重視。消毒是城市給水處理工藝之一，指殺滅水中對人體健康有害的致病微生物，防止通過生活飲用水將有關(guān)疾病、傳染病傳播。生活飲用水的常用消毒方法有很多，如包含自由氯和化合氯的氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒以及紫外線消毒?，F(xiàn)就不同的消毒方法進(jìn)行簡要論述。

1 氯消毒

氯消毒是指以自由氯(液氯、漂白粉或次氯酸鈉)和化合氯(氯胺)作為消毒劑的消毒。

1.1 自由氯消毒

自由氯消毒所采用的消毒劑主要是液氯(Cl2)、漂白粉和次氯酸鈉(NaClO)，其消毒機理的本質(zhì)均是通過次氯酸(HClO)和次氯酸根(ClO-)的氧化作用破壞致病微生物的細(xì)胞膜，損壞細(xì)胞膜的生化活性，氧化其有機體，并對細(xì)胞的重要代謝功能造成損壞，抑制破壞酶的活性，從而損壞其核酸組分，最后起到殺死致病微生物的效果。

自由氯消毒具有持續(xù)消毒時間長，消毒效果較好，經(jīng)濟有效，使用方便的優(yōu)點，同時它的應(yīng)用歷史最久也最為廣泛，適用于原水水質(zhì)較好的水廠。但有些微污染水源采用自由氯消毒會產(chǎn)生三鹵甲烷等有害健康的“三致”(致癌、致畸、致突變)消毒副產(chǎn)物，同時自由氯消毒會產(chǎn)生氯的刺激性氣味，危害人體健康，因此這限制了自由氯消毒的應(yīng)用。從發(fā)展的觀點來看，對于不受有機物污染的水源水或在消毒處理之前通過前處理將產(chǎn)生氯消毒副產(chǎn)物的前期物質(zhì)(如腐殖酸和富里酸等)預(yù)先去除，采用氯消毒仍是安全可靠的。

1.2 化合性氯消毒

化合性氯消毒所采用的消毒劑有一氯銨(NH2Cl)、二氯胺(NHCl2)和三氯胺(NCl3)，它們統(tǒng)稱為氯胺消毒。在很多地表水中，由于污染而含有一定的氨氮(NH3)，氯(Cl2)加入到這種水中會發(fā)生如下反應(yīng)：

Cl2+H2O→HClO+HCl

NH3+HClO→NH2Cl+H2O

NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O

NHCl2+HClO→NCl3+H2O

氯胺消毒操作簡單，消毒費用低，穩(wěn)定性較好，可以在管網(wǎng)中維持較長時間，因此適用于供水范圍較大的大型城市和長距離管網(wǎng)。同時氯胺消毒的氯嗅味和氯酚味比游離氯消毒小，并且產(chǎn)生的三鹵甲烷、鹵乙酸等消毒副產(chǎn)物少，因此適用于含有氨氮的微污染水源水。

2 二氧化氯消毒

二氧化氯(ClO2)在常溫常壓下是黃綠色或橘紅色氣體，極易溶于水而不與水反應(yīng)，幾乎不發(fā)生水解。二氧化氯中的有效氯是液氯的2.63倍，因此其具有極強的氧化性，殺菌活性很高，且不發(fā)生氯代反應(yīng)。上述特點使二氧化氯的消毒機理有別于氯消毒，它是一種強氧化劑，可利用自身的氧化性，與細(xì)菌及其他微生物細(xì)胞中的蛋白質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使其損壞，影響蛋白質(zhì)合成，最終殺死細(xì)菌及病原微生物。

二氧化氯消毒具有很強的反應(yīng)活性和氧化能力，對水中病原微生物，包括病毒、芽子孢、配水管網(wǎng)的異養(yǎng)菌、硫酸鹽、還原菌及真菌等均有很高的殺滅作用[1]。在水的pH=6～10的范圍內(nèi)具有很好的消毒效果，同時其穩(wěn)定性僅次于氯胺，能在管網(wǎng)中保持較長的消毒作用，并且在飲用水消毒時幾乎不形成氯仿(CHCl3)等有機鹵代物。但限制二氧化氯消毒大規(guī)模應(yīng)用的主要原因是二氧化氯多為現(xiàn)場制備，設(shè)備復(fù)雜，費用較高。理論上二氧化氯用于飲用水消毒時不會產(chǎn)生有害健康的致突變物質(zhì)，但由于在采用電解法和化學(xué)法制備二氧化氯時很難得到100%純二氧化氯，因此仍會生成鹵代消毒副產(chǎn)物，致使生產(chǎn)量有所降低，故其在短期之內(nèi)尚不能全面替代氯消毒技術(shù)。

3 臭氧消毒

臭氧(O3)由三個氧原子(O)組成，極不穩(wěn)定，易分解產(chǎn)生初生態(tài)[O]，具有極強的氧化能力。它對具有極強抵抗力的微生物如病毒、芽孢等具有很強的殺傷力。初生態(tài)[O]還有很強的滲入細(xì)胞壁的能力，從而破壞細(xì)菌有機鏈狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致細(xì)菌死亡。臭氧的消毒機理實際上仍是自身強氧化作用。

臭氧作為消毒劑的主要優(yōu)點是殺菌和消毒能力強，反應(yīng)快，投量少，不會產(chǎn)生三氯甲烷和鹵乙酸等消毒副產(chǎn)物，不會產(chǎn)生氯及氯酚等臭味。同時消毒后水的口感好，適用于飲品水的消毒工藝。但其缺點是設(shè)備復(fù)雜，且能耗大、投資高而產(chǎn)量有限，所以城市給水廠單純消毒一般不采用臭氧，通常與微污染水源氧化預(yù)處理或深度處理相結(jié)合。此外臭氧在水中很不穩(wěn)定，易分解，沒有持續(xù)的消毒能力，故經(jīng)臭氧消毒后，管網(wǎng)水中無消毒劑余量。因此采用臭氧作為消毒劑時，為維持管網(wǎng)消毒劑余量，常配合化學(xué)消毒劑如氯、氯胺聯(lián)合使用。

4 紫外線消毒

紫外線消毒是一種物理消毒方法。紫外線光子能量能夠破壞水中各種病毒、細(xì)菌以及致病微生物的遺傳系統(tǒng)(DNA)結(jié)構(gòu)。經(jīng)紫外光照射后，微生物DNA中的結(jié)構(gòu)鍵斷裂，或發(fā)生光學(xué)聚合反應(yīng)，DNA喪失復(fù)制繁殖能力，進(jìn)而達(dá)到消毒滅菌的目的。波長為2 500 ?～3 600 ?的紫外光殺菌能力最強。

一般化學(xué)氧化劑消毒處理不是滅菌，并不能殺滅水中所有微生物，特別是對于個別生存能力很強的微生物，如某些病毒和原生動物(隱孢子蟲及賈第鞭毛蟲)，一般消毒處理并不能完全去除。而紫外線消毒則可以在短時間內(nèi)殺滅這些病毒和原生動物，因此它是控制兩蟲行之有效的方法。此外紫外線消毒還具有殺菌速度快，效率高，產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物少，操作簡單，易于實現(xiàn)自動化管理的優(yōu)點。但其不足之處在于紫外線無持續(xù)消毒能力，不能解決消毒后管網(wǎng)水再污染的問題，同臭氧一樣，需配合化學(xué)消毒劑使用。并且紫外燈管易產(chǎn)生污垢，影響使用壽命。

5 工程實例及應(yīng)用

5.1 采用次氯酸鈉消毒的地下水配水廠

太原供水集團(tuán)某地下水配水廠采用次氯酸鈉水溶液消毒工藝，其日供水量為13萬m3左右，屬于小型配水廠，考慮到該廠供水量不大，并且采用次氯酸鈉消毒發(fā)生事故的危害性較小，故應(yīng)用之。雖然次氯酸鈉消毒效果較液氯消毒要差一些，但消毒處理后仍能達(dá)到GB 5749生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[2]的要求，加之次氯酸鈉運行安全、管理維護(hù)方便、便于運輸，所以采用次氯酸鈉消毒是可靠的。

5.2 采用二氧化氯消毒的小型地下水水站

太原供水集團(tuán)某地下水水站采用二氧化氯消毒工藝，日供水規(guī)模2 000 m3左右，屬于小型水站。該水站采用電解飽和氯化鈉(NaCl)水溶液制備二氧化氯和氯氣的氣體，通過水射器將產(chǎn)生的氣體與自來水充分混合、溶解，產(chǎn)生二氧化氯協(xié)同消毒劑。二氧化氯協(xié)同消毒劑投加到待消毒水體中，作用30 min[2]達(dá)到消毒效果。采用該方法有如下優(yōu)點：能耗低，消毒效果好，消毒副產(chǎn)物少，能在管網(wǎng)中持續(xù)較長的消毒時間，從而保證管網(wǎng)余氯符合要求。同時從實際運行情況考慮，該水站所處地理位置偏僻，同時供水量不大，應(yīng)用電解法制備二氧化氯消毒是經(jīng)濟可行的。

5.3 城市供水消毒工藝的改進(jìn)

以太原市城市供水為例進(jìn)行簡要探討。目前，太原城市供水所采用的消毒工藝以氯消毒為主，地下水水廠采用次氯酸鈉消毒，地表水水廠采用液氯消毒。而隨著城市工業(yè)化發(fā)展，地表水受到不同程度的污染，有機物含量有所增高，直接采用液氯消毒會導(dǎo)致生成三氯甲烷等消毒副產(chǎn)物，影響飲用水安全。為避免此類事件發(fā)生，可對該地表水消毒工藝進(jìn)行改造，引進(jìn)臭氧消毒工藝，將臭氧預(yù)氧化、臭氧消毒和液氯消毒相結(jié)合，從而使城市供水水質(zhì)符合要求。臭氧預(yù)氧化可以降解原水中的有機物，減少消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生，同時臭氧預(yù)氧化還有微絮凝作用，可提高出水水質(zhì)。但由于臭氧沒有持續(xù)消毒能力，為維持管網(wǎng)末梢余氯含量，需以液氯消毒作為輔助，聯(lián)合使用。臭氧—液氯的消毒方法在理論上是可行的，但也存在生產(chǎn)制造、經(jīng)濟成本、應(yīng)用最適條件等有待解決的問題，這需要進(jìn)一步的研究和探討。從整體而言，臭氧消毒是未來消毒工藝的發(fā)展方向。

6 結(jié)語

消毒作為生活飲用水給水處理不可或缺的重要一環(huán)，在水質(zhì)處理中占有舉足輕重的地位，它是保障生活飲用水衛(wèi)生安全的技術(shù)措施，也是保障人民身體健康的手段，因此城市給水處理必須重視消毒技術(shù)。未來關(guān)于消毒的研究重點應(yīng)在于發(fā)展消毒效果好，無消毒副產(chǎn)物，運行維護(hù)安全方便，經(jīng)濟適用性佳的消毒方法，將傳統(tǒng)、單一的消毒工藝向組合消毒工藝發(fā)展，多重保護(hù)城市給水水質(zhì)和人民身體健康。