优质饮用水的消毒方法

优质饮用水的消毒方法

王宝贞1,王欣泽1,李　冰2,张广群1

(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090;2.大庆油田设计研究院,黑龙江大庆163712)

摘　要:饮用水中常见的消毒工艺包括液氯、氯胺、二氧化氯、臭氧、紫外线和膜消毒等.分析了各种消毒工

艺的机理、运行特点和对各种病原微生物的处理效率.饮用水深度净化工艺能够很好地去除水中消毒副产

物前驱物质及病原微生物,提出以氯胺或二氧化氯作为最终的消毒剂,而臭氧氧化可以作为预处理的处理方

案.分析了紫外线消毒技术的应用范围.

关键词:消毒;深度净化;饮用水

中图分类号:T U991.25 文献标识码:A 文章编号:036726234(2002)0420478205

Disinfection of high quality drinking w ater

W ANG Bao2zhen1,W ANG X in2ze1,LI Bing2,ZH ANG G uang2qun1

(1.School of Municipal and Environmental Engineering,Harbin institute of technology,Harbin150090,China;2.Daqing Oil Field Design and Research Institute,Daqing163712,China)

Abstract:The comm on disin fecting process of drinking water includes free chlorine,chloramine,chlorine dioxide, ozone,UV and membrane etc.The disin fection mechanism,operation characteristic and pathogenetic microorgan2 isms rem oval efficiency of each disin fection process was discussed.With advanced drinking water treatment technol2 ogy the disin fecting by2products formation potential and pathogenetic microorganisms can be effectively rem oved.It was recommended that chloramine or chlorine dioxide is used as final disin fectants and ozone oxidation as pretreat2 ment.The application range of UV disin fection technology was als o discussed.

K ey w ords:disin fection;advanced treatment;drinking water

随着人们生活水平的提高和水处理工艺的发展,传统的混凝沉淀砂滤工艺已不能满足人们的要求,饮用水深度净化工艺在国内外得到了广泛的研究和应用.在发达国家,市政自来水的水质是以满足直接饮用为目标的,而在我国,管道直饮水技术指对市政自来水进行深度处理,采用单独的供水管道供给用户,满足生饮需要.目前在一些经济较为发达城市的新建小区中,已逐步开始建立饮用水深度净化工程.

水质标准的提高对消毒工艺提出了挑战,在

收稿日期:2002-01-09.

基金项目:“九五”国家科技攻关项目(96-9090003-03).

作者简介:王宝贞(1932-),男,教授,博士生导师.美国总大肠杆菌标准(T otal C oliform Rule)中提出了对去除水中大肠杆菌的更为严格的标准和更为严格的检测手段,而另一方面消毒剂和消毒副产物标准(Disin fectantsΠDisin fection By-product Rules)却严格地限制了水中消毒剂和消毒副产物的最大值,这使得微生物的灭活要求又难以满足,尤其是近年来研究较多的对人们的健康构成较大威胁的贾第虫和隐孢子虫的灭活要求难以满足[1].当前水源水质恶化主要是以有机污染为主[2],水中的有机物质通过常规的混凝-沉淀-砂滤工艺难以达到非常理想的处理效果.许多天然有机物质如腐殖质,能够与消毒剂Cl

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发生化学反应,形成消毒副产物.在饮用水深度净化工艺中,采用合理的消毒方法,在保证去除致病菌的

第34卷　第4期 哈　尔　滨　工　业　大　学　学　报 V ol.34　N o.4 2002年8月 JOURNA L OF H ARBI N I NSTIT UTE OF TECH NO LOGY Aug.,2002

同时,又最大限度的减少消毒副产物的浓度是本文研究的主要内容.

1　常见各种消毒方法研究

1.1　氯消毒和氯胺消毒

氯消毒目前仍然得到最广泛的应用,人们对其消毒机理进行了较多的研究.氯消毒主要是通过次氯酸的氧化作用来杀灭细菌,对于水中的病毒、寄生虫卵的杀灭效果较差,需要在较高CT值(消毒剂浓度乘以接触时间)才能达到理想的除菌效果.用氯消毒的另外一个主要的问题就是活性氯与水中的有机物反应生成消毒副产物,其中以三氯甲烷和卤代乙酸为代表.当原水中含有较多的天然有机物如腐殖酸等时,氯消毒后水消毒副产物的含量会超过净水标准.另外,采用氯消毒的口感比采用其他消毒剂差.

氯胺消毒的机理一般认为与氯消毒相同.由于采用氯胺消毒能够减少消毒过程中的TH Ms的产生,并且氯胺在管网中的持续时间更长,所以近年来许多水厂由氯消毒改用氯胺消毒.而且采用氯胺消毒也缓解自来水中的氯味问题[3].氯胺在控制管网中细菌的再次繁殖和生物膜也比氯更为有效[4].

然而氯胺和氯消毒对水中的贾第虫和隐孢子囊的去除效果却不能够令人满意.如在pH=6～9,水中的贾第虫灭活效率达到99.9%时,氯胺的CT值需高达2200mg・minΠL,而对隐孢子在pH7,温度为25℃时,采用氯消毒只有CT值高达7200 mg・minΠL时才能够达到99%的去除率,而在实际应用中难以达到这样高的CT值[5].

1.2　二氧化氯消毒

二氧化氯是由汉费莱・戴维于1811年发现的.二氧化氯是一种强氧化剂,对细菌的细胞壁有较好的吸附和穿透性能,可以有效地氧化细胞酶系统,快速地控制细胞酶蛋白的合成,因此在同样条件下,对大多数细菌表现出比氯更高的去除效率,如在pH=8.5,投药量0.25mgΠL和接触时间为15s的情况下,就能够对水中的大肠杆菌达到99%的去除效果[6].而且二氧化氯对水中的隐孢子虫有着很好的去除效果,处理效率远好于氯但弱于臭氧,关于采用二氧化氯杀灭隐孢子囊的试验人们进行了很多,在pH=8,温度为20℃条件下,处理效率达到90%时的CT值为50～70mg ・minΠL,而处理效率达到99%时的CT值为100～130mg・minΠL[7,8].

单纯的二氧化氯消毒,不会形成显著的含氯的有机消毒副产物,形成的三卤甲烷和卤代乙酸的质量浓度分别低于1和10μgΠL.但是目前国内生产二氧化氯的方法主要有电解法和化学法,这两种方法都会含有一定量的自由氯,在化学法中产生的二氧化氯的量约为总有效氯质量分数的68%,而电解法产生的二氧化氯的质量分数仅为30%左右,所以采用二氧化氯消毒仍然存在着产生含氯有机消毒副产物的可能,只是浓度比液氯消毒低得多.

二氧化氯消毒所产生的主要的消毒副产物为亚氯酸盐和氯酸盐.它们对人体健康有潜在的危害,世界卫生组织对亚氯酸盐在水溶液中的质量浓度建议控制在200μgΠL以下,而对氯酸盐的毒性还在进一步的研究之中[9].

1.3　臭氧消毒

臭氧作为消毒剂应用于本世纪初.臭氧一经溶解在水中,会出现下列两种反应:一种是直接氧化,它是较缓慢的且有明显选择性的反应;另一种则是在水中羟基、过氧化氢、有机物、腐植质和高浓度的氢氧根诱发下分解成羟基自由基,间接地氧化有机物、微生物和氨等.后一种反应相当快,且没有选择性[10].由于具有很高的氧化电位和容易通过微生物细胞膜扩散,并能氧化微生物细胞的有机物或破坏有机体链状结构而导致细胞死亡,对一些顽强的微生物如病毒、芽孢等有强大的杀伤力.

臭氧是目前已知的化学消毒剂中最为有效的一种消毒剂.对水中的各种微生物都表现出良好的去除效果.如在室温条件下,CT值为3和8mg ・minΠL时就可以对水中的隐孢子分别达到2倍和3倍的对数去除率[11].

在臭氧消毒产生的消毒副产物中,有机的消毒副产物以甲醛为代表,无机的副产物主要是溴酸根离子.WH O(1996)饮用水水质指标中甲醛为900μgΠL,溴酸根25μgΠL[12].目前人们研究的热点主要集中在如何能够在有效的灭活水中的致病菌同时又能够控制溴酸根在允许的浓度范围之内[13,14].

臭氧消毒工艺的优点比较明显,对致病菌尤其是耐氯的隐孢子和贾第虫的在低投加量的情况下就能够达到很好的杀灭效果,消毒后水的口感明显好于氯消毒水.臭氧消毒所要解决的主要问题是消毒副产物的控制问题,臭氧的生产设备庞大,流程复杂,需要较高的运行管理水平,同时臭氧容易分解,在室温下,水中的臭氧的半衰期约为30min,在输送管道较长时,单独采用臭氧消毒难

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