水处理消毒方式的比较

Wallace & Tiernan Inc. Taking care of the world’s water
各种消毒方式的比较
以下是对一些消毒方法专业文章的摘要和概括，总结了不同消毒方式的优缺点。

各种化学消毒的比较：
直到1970s，加氯仍是唯一的饮用水消毒的方式。

由于它工艺成熟，加氯消毒普遍被认为是最可靠的饮用水消毒方式。

加氯消毒的优势在于：
●对各种病菌有极强的灭活性。

●能提供防止细菌再次滋生的余氯，确保处理过的饮用水在长途配送中保持清洁。

●不会发生二次污染。

●适合不同的水质的消毒要求。

●检测与控制相对简单。

●成本较低
但是最近，饮用水的消毒问题遇到了一系列新的挑战，对消毒方式有了更高的要求：
●需要消毒方式更有效的对付那些抗力强的病原菌。

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●要在消毒过程中尽可能减少副产物的产生。

●消毒工艺要符合新颁布的安全及环保规程
●系统安全可靠性要更强。

为面对这些新的挑战并达到新的要求，我们应该根据水源的质量和相关特点设计与之相对应的消毒方式。

目前，显然加氯仍然是最普遍使用的消毒方式。

其他消毒方式也在快速发展，包括氯氨，二氧化氯，紫外线。

在对饮用水进行消毒时，采用哪种消毒方式，要具体问题具体分析，不同的消毒方式达到的效果不同，没有哪一种消毒方式会适合所有的消毒工艺。

以下是对一些消毒技术的的描述和介绍，并对各技术的优点缺点进行了对比。

************************************************************************************************************************************************* 加氯
饮用水消毒工艺中。

氯可以以三种形式进行参与，氯气消毒、次氯酸消毒、次氯酸钙消毒，这三种消毒方式均可以在水中产生自由氯。

加氯消毒的优点:
●灭菌能力很强
●能够产生防止二次污染的余氯，抑制在输配水管线中产成的病菌和生物膜
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●运行、控制、检测简单
●氯的氧化性可以满足预氧化的需要
●运行稳定、可靠
●是目前性价比最高的消毒方式
加氯消毒的缺点
●会产生卤代烷副产物(THMs, HAAs)。

●会把溴化物氧化为溴，并形成溴的有机副产物
●对隐孢菌素的灭活能力弱
●需要相关化学品的运输和仓储
************************************************************************************************************************************************** 氯气直接投加:
直接投加氯气是目前最常使用的消毒方式，氯在储存和运输过程中为液态，在水处理工艺中，常使用100和150磅的钢瓶储存氯，也可以使用吨级氯瓶，一些氯气消耗量较大的消毒系统中甚至使用铁道运输储罐或是槽车运送氯。

氯气直接投加的优点:
●是所有使用氯消毒工艺中投资最低的。

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●化学品的储存寿命长，不易失效。

氯气直接投加的缺点：
●氯气为有毒气体，需要特殊处理，并要进行相应的操作培训
●这种消毒方式在使用时的安全性被美国环保署和卫生安全部门所关注
************************************************************************************************************************************************* 次氯酸钠消毒
次氯酸钠，我们有时也称之为漂白粉，是氯气与氢氧化钠按一定比例制备出来的，次氯酸钠中有效氯在5-15%左右，通常储存在1吨或5000加仑的储罐中，由卡车运输。

次氯酸钠消毒方式的优点
●溶液毒性小，并且比氯气消毒系统更容易操作
●与氯气消毒系统相比，所需的培训少
次氯酸钠消毒方式的缺点
●次氯酸钠易变质
●次氯酸钠的投加有增加无机物副产品的可能。

（氯酸盐，次氯酸盐和溴酸盐）
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●对一些物质有腐蚀作用，相对于其他溶液不易储存
●化学药剂的费用较氯气高
************************************************************************************************************************************************** 次氯酸钙消毒
次氯酸钙是另一种可以产生氯的化学消毒方式。

主要应用于小型水消毒工艺中。

干燥的化学品中含有65%左右的有效氯，用户通常可以买到粒状或片状的药品。

次氯酸钙消毒方式的优点：
●比次氯酸钠稳定，储存寿命长
●人员培训时间较传统的加氯少
次氯酸钙消毒方式的缺点
●干化学品处理较次氯酸溶液复杂。

●溶解后形成的沉淀物为投加带来了不便。

●药剂的费用高于氯气。

●处理不当会爆炸并引发火灾
●有增加无机物副产品的可能。

（氯酸盐，次氯酸盐和溴酸盐）
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**************************************************************************************************************************************************** 现场制备次氯酸钠消毒
进些年，一些市政水消毒工艺中安装了现场的次氯酸盐发生器，使用电解单元和盐水制备浓度较低的次氯酸盐溶液(~0.8%)
现场制备次氯酸钠的优点：
●化学品的存储运输量大大减少
现场制备次氯酸钠的缺点
●工艺较复杂，在系统的运行和维护上需要人员掌握较多的专业知识并具备相当的操作水平
●一次性投资较高
●运行成本比直接投加高次氯酸要高
●需要对盐的质量精心控制
●在电解出次氯酸盐时，产生出的副产物难于检测和控制
●备用系统复杂且投资较大
*************************************************************************************************************************************************** 以氯为基础的其他消毒方式
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氯胺消毒
氯胺是由氯和氨按一定比例混合而成的化合物，由于氯胺的消毒效果较弱，它很少作为消毒系统中的主工艺。

但氯胺持续灭菌的能力很强，因此经常与其他消毒方式配合使用，在长途的输配水管线中。

氯胺可以在维持灭菌效果的同时避免副产物的产生，在消毒工艺中也可以祛除水在味觉和嗅觉的上对人的刺激。

氯胺消毒优点：
●减少了卤代甲烷THMs, HAAs的产生
●不会把溴化物氧化为溴而产生溴化副产物
●持续消毒过程中比余氯更加稳定
●二次消毒中效果非常的好，比余氯有更好的持续灭菌作用
●有效的降低水中不良的味觉和嗅觉影响
氯胺消毒的缺点：
●消毒效果和氧化效果相对较弱。

●在加氯的同时还要同时投加控制氨或氨的化合物。

●对鱼有毒害作用，有可能危及到水产养殖业主的利益。

●如果在进入人体前没有清除，会对人体肾的透析作用造成影响
●如果在使用前没有完全清除，在电解制液氯的过程中会产生三氯化氮，从而引起液氯使用过程中的危险。

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*************************************************************************************************************************************************** 二氧化氯消毒
二氧化氯是一种强氧化剂，其氧化能力为氯气的27倍，有效氯的含量是氯气的2.6倍。

二氧化氯通常都是在现场制备的。

二氧化氯与氯气的性质差异很大。

在溶液中，二氧化氯完全溶解在水中，因此，它受PH的影响极小，但易从水中挥发，虽然二氧化氯是一种强消毒剂和选择性的氧化剂，但是它后期残留余量很少，难以满足持续消毒的要求。

二氧化氯消毒方式的优点：
●对隐孢菌素的灭活力强
●对于贾第鞭毛虫这种病原菌，二氧化氯将它灭活的速度是氯的5倍
●受pH的影响较小
●不会形成卤代甲烷(THMs, HAAs)
●不会把溴化物氧化为溴（除非在阳光直射的情况下）
●在消除味觉和嗅觉刺激上，作用上比氯明显
●针对那些对不易被氯氧化的有机物，二氧化氯作用明显
●可以去除少量的S2-,SnO22+, AsO32+显，对Fe2+, Mn2+也有很好的去除效果
二氧化氯消毒缺点：
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●会形成无机副产物（亚硫酸盐，氯酸盐）
●剩余药剂易挥发
●制备现场需要安装二氧化氯发生器并准备制备原料如氯，盐酸及亚氯酸钠等
●需要操作人员具有较高的技术水平来完成设备的运行和检测
●有时候会引发特殊的味觉和嗅觉问题
●运行费用高昂
*************************************************************************************************************************************************** 非氯消毒方式
臭氧消毒
臭氧是一种强氧化剂，臭氧化和氯化一样，即起消毒的作用，也起氧化的作用。

臭氧的消毒能力和氧化能力都比氯强，是一种广谱消毒剂。

臭氧也是在水处理消毒工艺的现场进行制备和投加的，它的制备原理是对干燥的氧或空气进行高压电解，臭氧是一种强氧化剂，消毒效果良好，它的反应能力强，溶解能力差，在具体的应用和控制上有一定的难度。

为了避免腐蚀和毒性，残留在反应室内的臭氧在排放之前必须破坏掉。

在水处理工艺中，臭氧更多的应用于氧化而不是消毒。

臭氧消毒优点
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●是现有消毒方式中氧化能力消毒能力最强的。

●消毒过程中不会产生卤代甲烷THMs, HAAs
●对隐孢子菌有更强的灭活性
●对有机化合物的氧化分解作用明显
臭氧消毒缺点
●需要操作人员具备较高的技术水平和能力对臭氧消毒过程的控制和日常的维护
●不能产生余量满足持续消毒的要求。

●会形成溴化副产物和有机副产物
●会形成非卤化的副产物。

●可以分解复杂有机物，但是小的有机物会促进微生物在管网中的生长，在二次消毒中会增加DBP的形成。

●无论在运行还是在一次性投资上都比加氯高很多
●在控制和检测方面比加氯系统复杂。

尤其是水质波动较频繁的状态
*************************************************************************************************************************************************** 紫外线消毒
紫外线由水银弧光灯发生，为非化学消毒方式。

通常我们将波长在200nm以上的光称为紫外线，根据生物效应的不同，将紫外线按照波长划分为A,B,C,D四个波段。

其中水处理消
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毒主要采用C波段紫外线，波长范围为200~280nm，微生物细胞中的脱氧核糖核酸及核糖核酸对此波段光波具有最大的吸收。

当微生物细胞受到紫外线直接照射时，其体内核酸吸收了紫外线的光能，DNA及RNA分子结构收到破坏，进而使DNA无法复制，最终导致细胞死亡，从而达到消毒效果。

紫外消毒是一种不会产生其他副产物的消毒方式。

紫外线消毒优点：
●对大多数病毒都有很好的良好的灭活性，象孢子
●无需化学药剂的制备，仓储，运输
●对隐孢子菌的灭活效果理想
●不会产生副产物
紫外线消毒缺点：
●没有确保持续消毒所需要的剩余化学药剂
●对一些病毒的灭活能力较弱，如肠弧病毒和轮状病毒
●难以检测杀菌效果
●一些没有被完全灭活的病菌经过一段时间有可能恢复过来，恢复活性
●对于消毒效果要求高的工艺，还要使用其他消毒手段配套进行辅助
●不能改善水的味觉和嗅觉感官
●维护费用与附加投入高
●水银灯可能会在对饮用水带来毒害作用
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●在工艺水SS超过30mg/l时灭活能力大大降低
●在工艺水浊度大于5NTU或色度大于15NTU时，灭活能力大大降低
*************************************************************************************************************************************************** 加氯消毒的未来
●随着新政策的颁布和微生物控制技术的发展，人们对化学处理的安全性和可靠性越来越关注，其他消毒工艺在技术上正渐渐成熟
起来，但即使这样，氯气消毒仍将是水质消毒中最常用的手段。

●消毒是饮用水处理环节中很重要的一个步骤。

加氯，由于它广阔的适用性，仍然不能被哪一种单一的消毒方式所取代。

●现在还很难证明加氯以外的其他消毒方法可以有效的减少有害副产物的出现，可以说，几乎现有的所有消毒方式都会带来副产物，
最好的消除这些副产物的方式就是水在进入消毒工艺前，降低有机物含量。

●为满足即将出台的全新的水处理要求，针对一些隐孢菌素含量较多的水源进行处理时也许会考虑选用其他的消毒方式（如二氧化
氯，臭氧，或紫外线），但是绝大多数的水处理厂都希望在达到消毒要求的前提下，不改变原有的处理技术。

●只有加氯是唯一的能产生持续消毒效果的消毒工艺，它在控制水引发的疾病中层层防护，是不可替代的消毒方式。

●世界的领导者越来越认识到安全的饮用水在维护社会稳定发展中所起到的重要作用。

加氯由于它具备成本低，运行可靠的特点，
无论对于遥远的乡村还是巨大城市的饮水系统，加氯都会满足消毒的要求。

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综合比较：
注：以10万吨污水处理厂为例。

氯气设备为进口加氯机配置国产氯气中和装置；二氧化氯为国产设备；臭氧为进口设备。

次氯酸钠是按照投加商品溶液计算。

投资费用货币为人民币；运行费用单位为元人民币/立方米。

摘自佛山市供水总公司“城市污水处理消毒方法的比较”及同济大学“紫外消毒工艺在水处理中的应用前景”。