加氯消毒及紫外消毒实验
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加氯消毒及紫外消毒实验
中国环境管理干部学院 环境技术研究与实验中心
SinoSino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Water Treatment
为了预防肠道传染病的发生和流行，确保饮用水 的安全，水经净化后还必须进行消毒。 消毒方法很多 ，主要有两大类：一是物理法，如 煮沸、紫外线照射、超声波 杀菌等；二是化学法， 是往水中投加各种消毒剂，如氯、臭氧、高锰酸 钾、碘、溴等氧化 剂和某些金属离子。目前我国 广泛采用的是氯化消毒法。
（二）紫外消毒的原理： 紫外消毒的原理：
水的紫外线消毒，是通过紫外线对水的照射进行的，是一个光化学过程。 水的紫外线消毒，是通过紫外线对水的照射进行的，是一个光化学过程。 紫外线的杀菌机理是一个较为复杂的过程， 紫外线的杀菌机理是一个较为复杂的过程，较为普遍的看法是：微生物 体受到紫外线照射，吸取了紫外线的能量， 体受到紫外线照射，吸取了紫外线的能量，实质是核酸对紫外线能量的 吸收。核酸吸收紫外线后发生突变，其复制、转录封锁受到阻碍， 吸收。核酸吸收紫外线后发生突变，其复制、转录封锁受到阻碍，从而 引起微生物体内蛋白质和酶的合成障碍；另一方面产生自由基可引起光 电离，从而导致细胞死亡。 电离，从而导致细胞死亡。
进水流量
大肠杆菌群 总数
50wk.baidu.comL/h
100L/h
200 L/h
SinoSino-Dutch Demonstration Researcher and Training Centre for Water Treatment
附表1 附表1：加氯消毒与紫外消毒的比较
加氯消毒
优点：消毒效果可靠；操作简便，易于控制；具有剩余消毒剂， 优点：消毒效果可靠；操作简便，易于控制；具有剩余消毒剂， 并易于监测；成本低。 并易于监测；成本低。 缺点：原水有机物含量高时,会产生大量氯化副产物, 缺点 ：原水有机物含量高时,会产生大量氯化副产物,特别在用 预氯法或折点氯化法时;水中酚含量超标时,会产生氯酚溴; 预氯法或折点氯化法时;水中酚含量超标时,会产生氯酚溴;氯 气有毒,需防止漏出和事故。 气有毒,需防止漏出和事故。
（二）加氯消毒原理： 加氯消毒原理：
氯气或其他氯化消毒剂溶于水后,在常温下很快水解成次氯酸(HOCL) 氯气或其他氯化消毒剂溶于水后,在常温下很快水解成次氯酸(HOCL) CL2 + H2O →HOCL + H+ + CL2Ca(OCL)CL + 2H2O→HOCL + Ca(OH)2 + CaCL2 Ca(OCL)2 + 2H2O→2HOCL + Ca(OH)2 O→2 HOCL特点： HOCL特点： 呈电中性 →易接近并吸附于微生物 分子小→颗粒小， 分子小→颗粒小，易穿过微生物细胞壁 a.影响细菌多种酶系统，损伤细胞膜， 影响细菌多种酶系统，损伤细胞膜， 使蛋白， 使蛋白，核酸释出致细菌死亡 b.氧化病毒核酸，使病毒死亡。 氧化病毒核酸，使病毒死亡。
W——辐照剂量，µW/（cm2•s）； ——辐照剂量，µW/（ •s）； I ——辐照强度，µW/cm2； ——辐照强度，µW/cm V——消毒器的有效水容积，L； ——消毒器的有效水容积，L Q——消毒器的额定进水量，m3/h ——消毒器的额定进水量，m 杀灭不同的微生物需要不同的辐照剂量，确定决定合适的辐照剂量是确 定消毒器能力的核心问题。一般来说，水消毒应该侧重于杀灭通过水传 染疾病的肠道细菌，所以紫外线消毒器所能提供的辐照剂量最低应不小 于9000µW/（cm2•s）。 9000µW/（ •s）。 本实验中紫外消毒装置额定进水流量为0.1 /h（即100L/h） 本实验中紫外消毒装置额定进水流量为0.1 m3/h（即100L/h）
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二 紫外消毒实验
（一）实验目的： 实验目的：
(1)了解紫外消毒的工作原理。 (1)了解紫外消毒的工作原理。 (2)掌握紫外消毒系统的基本流程 (2)掌握紫外消毒系统的基本流程
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（三）实验步骤： 实验步骤： （1）调节紫外消毒装置中进水流量控制阀，分别按 50 L/h 、100L/h、200 L/h的流量进水 100L/h、 L/h的流量进水 （2）按上述三种不同流量进水，正常运行紫外消毒 装置10min，分别在出水管处采集消毒后水样 装置10min，分别在出水管处采集消毒后水样 （3）按照微生物实验当中《水中大肠杆菌总数的测 ）按照微生物实验当中《 定》进行微生物的测定，将检测结果记入到下表中：
实验步骤: （三）实验步骤:
(1)水样制备。取自来水20L加入1％含量氨氮溶液2mL，混匀，即得实验 (1)水样制备。取自来水20L加入1％含量氨氮溶液2mL，混匀，即得实验 用原水，其氨氮含量约lmg／ 或略高于lmg／ 用原水，其氨氮含量约lmg／L或略高于lmg／L。 (2)测原水水温及氨氮含量，记入表7—2。测氨氮用直接比色法，测氨氮 (2)测原水水温及氨氮含量，记入表7 步骤如下： ①于50mL比色管中加入50mL原水。 ①于50mL比色管中加入50mL原水。 ②另取50mL比色管18支，分别注入氨氮标准溶液0mL、0.2mL、0.4mL、 ②另取50mL比色管18支，分别注入氨氮标准溶液0mL、0.2mL、0.4mL、 0.7mL、1.0mL、1.4mL、1.7mL、2.0mL、2.5mL、3.0mL、3.5mL、 0.7mL、1.0mL、1.4mL、1.7mL、2.0mL、2.5mL、3.0mL、3.5mL、 4.0mL、4.5mL、5.0mL、5.5mL、6.0mL、6.5mL、7.0mL及8.0mL，均用 4.0mL、4.5mL、5.0mL、5.5mL、6.0mL、6.5mL、7.0mL及8.0mL，均用 蒸馏水稀释至50mL。 蒸馏水稀释至50mL。 ③向水样及氨氮标准溶液管内分别加入lmL酒石酸钾钠溶液，混匀，再加 ③向水样及氨氮标准溶液管内分别加入lmL酒石酸钾钠溶液，混匀，再加 lmL碘比汞钾溶液，混匀后放置10min，进行比色。 lmL碘比汞钾溶液，混匀后放置10min，进行比色。
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紫外线消毒器的消毒能力是指在额定进水量的情况下对水中微生物的杀 灭功能。其物理表达式表示在该状态下的辐照剂量：
I ×V W = × 3 .6 Q
一.加氯消毒实验（折点加氯） 加氯消毒实验（折点加氯）
（一）实验目的： 实验目的：
(1) 掌握折点加氯消毒的实验技术。 (2) 通过实验，探讨某含氨氮水样与不同氯量接触一定时间(2h)的情况下，水中游离而余 通过实验，探讨某含氨氮水样与不同氯量接触一定时间(2h)的情况下，水中游离而余 氯、化合性余氯及总余氯量与投氯量的关系。
④总氯及余氯的测定：使用意大利哈纳总氯和余氯测定仪进行测定（测 定方法见附表：总氯和余氯测定仪使用方法附表2 定方法见附表：总氯和余氯测定仪使用方法附表2：总氯和余氯测定仪使 用方法） 用方法）
（四）实验结果整理
根据比色测定结果进行余氯计算，绘制游离余氯、化合余氯及总余氯与 投氯量的关系曲线。
（五）注意事项
A 余 氯 量 (mg/L) A B 余 氯 量 (mg/L) C D 0 M 加氯量(mg/L) 0 加氯量(mg/L) B
水中无氨时加氯量与余氯的关系
水中有氨时加氯量与余氯的关系
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强氧化剂→ 强氧化剂→
此外氯加入水时，可产生氯胺，也有杀菌作用。 此外氯加入水时，可产生氯胺，也有杀菌作用。
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加氯量与余氯量的关系 水中存在较多氨时， 加氯量：氨氮< 余氯以NH CL为主 为主） 水中存在较多氨时，(加氯量：氨氮< 5：1时，余氯以NH2CL为主） 出现余氯后，随加氯量增加余氯逐渐增加，但产生的主要为化合性余氯。 出现余氯后，随加氯量增加余氯逐渐增加，但产生的主要为化合性余氯。 加氯量增加，余氯反而下降，是因为氯与氨已全部形成氯胺， 至C点，加氯量增加，余氯反而下降，是因为氯与氨已全部形成氯胺，而 氯胺在过量氯作用下逐渐分解。 氯胺在过量氯作用下逐渐分解。如： 达D点时，分解结束，继续加氯余氯又上升，形成游离性余氯，故D点称 点时，分解结束，继续加氯余氯又上升，形成游离性余氯， 为折点。 为折点。 原水游离氨在0 mg/L以下时 加氯量可控制在折点后； 原水游离氨在0.5mg/L以下时，加氯量可控制在折点后；原水游离氨在 以下时， 0.5mg/L以上时，产生的化合性余氯已够消毒，加氯量可控制在C点前。 mg/L以上时 产生的化合性余氯已够消毒，加氯量可控制在C点前。 以上时，
水样编号
漂白粉溶液投 加量/ml 加量/ml
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
加氯量 总余氯（A 总余氯（A） 游离性余氯 （B） 化合性余氯 （C＝A－B）
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(3)进行折点加氯实验 (3)进行折点加氯实验 ①调节流量控制阀门，使进水流量控制在100L/h,分别在12个1000mL烧杯中各 ①调节流量控制阀门，使进水流量控制在100L/h,分别在12个1000mL烧杯中各 盛原水1000mL。 盛原水1000mL。 ②同时打开并调节加样泵加样速率，分别按每烧杯加氯量为lmg、2mg、4mg、 ②同时打开并调节加样泵加样速率，分别按每烧杯加氯量为lmg、2mg、4mg、 6mg、8mg、10mg、12mg、14mg、16mg、18mg、20mg进行氯源投加（幻 6mg、8mg、10mg、12mg、14mg、16mg、18mg、20mg进行氯源投加（幻 灯片 2）。 ③将12个盛有1000mL原水的烧杯注明编号(1、 ③将12个盛有1000mL原水的烧杯注明编号(1、2、……12)，其投氯量分别为 ……12)，其投氯量分别为 0mg／ 0mg／L、lmg／L、2mg／L、4mg／L、6mg／L、8mg／L、10mg／L、12mg lmg／ 2mg／ 4mg／ 6mg／ 8mg／ 10mg／ ／L、14mg／L、16mg／L、18mg／L及20mg／L，快速混匀2h后，立即测各 14mg／ 16mg／ 18mg／ 20mg／ ，快速混匀2h后，立即测各 烧杯水样的游离氯、化合氯及总余氯的量，并记录数据（见下表）。
(1) 各水样加氯的接触时间应尽可能相同或接近，以利互相比较。 (2) 所用漂白粉的存放时间，最好不要超过几个月。漂白粉应密闭存放， 避免受热受潮。
（六）思考题
(1) 水中含有氨氮时，投氯量—余氯量关系曲线为何出现折点? 水中含有氨氮时，投氯量—余氯量关系曲线为何出现折点? (2) 有哪些因素影响投氯量? 有哪些因素影响投氯量? (3) 本实验原水如采用折点加氯消毒，应有多大的投氯量? 本实验原水如采用折点加氯消毒，应有多大的投氯量?
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加氯消毒装置
紫外消毒装置
加样口 加样泵 进水流量控制阀
紫 外 灯 管
出水管
浮子流量计
出水管 进水管 进水流量控制阀 进水管
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为了预防肠道传染病的发生和流行，确保饮用水 的安全，水经净化后还必须进行消毒。 消毒方法很多 ，主要有两大类：一是物理法，如 煮沸、紫外线照射、超声波 杀菌等；二是化学法， 是往水中投加各种消毒剂，如氯、臭氧、高锰酸 钾、碘、溴等氧化 剂和某些金属离子。目前我国 广泛采用的是氯化消毒法。
（二）紫外消毒的原理： 紫外消毒的原理：
水的紫外线消毒，是通过紫外线对水的照射进行的，是一个光化学过程。 水的紫外线消毒，是通过紫外线对水的照射进行的，是一个光化学过程。 紫外线的杀菌机理是一个较为复杂的过程， 紫外线的杀菌机理是一个较为复杂的过程，较为普遍的看法是：微生物 体受到紫外线照射，吸取了紫外线的能量， 体受到紫外线照射，吸取了紫外线的能量，实质是核酸对紫外线能量的 吸收。核酸吸收紫外线后发生突变，其复制、转录封锁受到阻碍， 吸收。核酸吸收紫外线后发生突变，其复制、转录封锁受到阻碍，从而 引起微生物体内蛋白质和酶的合成障碍；另一方面产生自由基可引起光 电离，从而导致细胞死亡。 电离，从而导致细胞死亡。
进水流量
大肠杆菌群 总数
50wk.baidu.comL/h
100L/h
200 L/h
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附表1 附表1：加氯消毒与紫外消毒的比较
加氯消毒
优点：消毒效果可靠；操作简便，易于控制；具有剩余消毒剂， 优点：消毒效果可靠；操作简便，易于控制；具有剩余消毒剂， 并易于监测；成本低。 并易于监测；成本低。 缺点：原水有机物含量高时,会产生大量氯化副产物, 缺点 ：原水有机物含量高时,会产生大量氯化副产物,特别在用 预氯法或折点氯化法时;水中酚含量超标时,会产生氯酚溴; 预氯法或折点氯化法时;水中酚含量超标时,会产生氯酚溴;氯 气有毒,需防止漏出和事故。 气有毒,需防止漏出和事故。
（二）加氯消毒原理： 加氯消毒原理：
氯气或其他氯化消毒剂溶于水后,在常温下很快水解成次氯酸(HOCL) 氯气或其他氯化消毒剂溶于水后,在常温下很快水解成次氯酸(HOCL) CL2 + H2O →HOCL + H+ + CL2Ca(OCL)CL + 2H2O→HOCL + Ca(OH)2 + CaCL2 Ca(OCL)2 + 2H2O→2HOCL + Ca(OH)2 O→2 HOCL特点： HOCL特点： 呈电中性 →易接近并吸附于微生物 分子小→颗粒小， 分子小→颗粒小，易穿过微生物细胞壁 a.影响细菌多种酶系统，损伤细胞膜， 影响细菌多种酶系统，损伤细胞膜， 使蛋白， 使蛋白，核酸释出致细菌死亡 b.氧化病毒核酸，使病毒死亡。 氧化病毒核酸，使病毒死亡。
W——辐照剂量，µW/（cm2•s）； ——辐照剂量，µW/（ •s）； I ——辐照强度，µW/cm2； ——辐照强度，µW/cm V——消毒器的有效水容积，L； ——消毒器的有效水容积，L Q——消毒器的额定进水量，m3/h ——消毒器的额定进水量，m 杀灭不同的微生物需要不同的辐照剂量，确定决定合适的辐照剂量是确 定消毒器能力的核心问题。一般来说，水消毒应该侧重于杀灭通过水传 染疾病的肠道细菌，所以紫外线消毒器所能提供的辐照剂量最低应不小 于9000µW/（cm2•s）。 9000µW/（ •s）。 本实验中紫外消毒装置额定进水流量为0.1 /h（即100L/h） 本实验中紫外消毒装置额定进水流量为0.1 m3/h（即100L/h）
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二 紫外消毒实验
（一）实验目的： 实验目的：
(1)了解紫外消毒的工作原理。 (1)了解紫外消毒的工作原理。 (2)掌握紫外消毒系统的基本流程 (2)掌握紫外消毒系统的基本流程
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（三）实验步骤： 实验步骤： （1）调节紫外消毒装置中进水流量控制阀，分别按 50 L/h 、100L/h、200 L/h的流量进水 100L/h、 L/h的流量进水 （2）按上述三种不同流量进水，正常运行紫外消毒 装置10min，分别在出水管处采集消毒后水样 装置10min，分别在出水管处采集消毒后水样 （3）按照微生物实验当中《水中大肠杆菌总数的测 ）按照微生物实验当中《 定》进行微生物的测定，将检测结果记入到下表中：
实验步骤: （三）实验步骤:
(1)水样制备。取自来水20L加入1％含量氨氮溶液2mL，混匀，即得实验 (1)水样制备。取自来水20L加入1％含量氨氮溶液2mL，混匀，即得实验 用原水，其氨氮含量约lmg／ 或略高于lmg／ 用原水，其氨氮含量约lmg／L或略高于lmg／L。 (2)测原水水温及氨氮含量，记入表7—2。测氨氮用直接比色法，测氨氮 (2)测原水水温及氨氮含量，记入表7 步骤如下： ①于50mL比色管中加入50mL原水。 ①于50mL比色管中加入50mL原水。 ②另取50mL比色管18支，分别注入氨氮标准溶液0mL、0.2mL、0.4mL、 ②另取50mL比色管18支，分别注入氨氮标准溶液0mL、0.2mL、0.4mL、 0.7mL、1.0mL、1.4mL、1.7mL、2.0mL、2.5mL、3.0mL、3.5mL、 0.7mL、1.0mL、1.4mL、1.7mL、2.0mL、2.5mL、3.0mL、3.5mL、 4.0mL、4.5mL、5.0mL、5.5mL、6.0mL、6.5mL、7.0mL及8.0mL，均用 4.0mL、4.5mL、5.0mL、5.5mL、6.0mL、6.5mL、7.0mL及8.0mL，均用 蒸馏水稀释至50mL。 蒸馏水稀释至50mL。 ③向水样及氨氮标准溶液管内分别加入lmL酒石酸钾钠溶液，混匀，再加 ③向水样及氨氮标准溶液管内分别加入lmL酒石酸钾钠溶液，混匀，再加 lmL碘比汞钾溶液，混匀后放置10min，进行比色。 lmL碘比汞钾溶液，混匀后放置10min，进行比色。
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紫外线消毒器的消毒能力是指在额定进水量的情况下对水中微生物的杀 灭功能。其物理表达式表示在该状态下的辐照剂量：
I ×V W = × 3 .6 Q
一.加氯消毒实验（折点加氯） 加氯消毒实验（折点加氯）
（一）实验目的： 实验目的：
(1) 掌握折点加氯消毒的实验技术。 (2) 通过实验，探讨某含氨氮水样与不同氯量接触一定时间(2h)的情况下，水中游离而余 通过实验，探讨某含氨氮水样与不同氯量接触一定时间(2h)的情况下，水中游离而余 氯、化合性余氯及总余氯量与投氯量的关系。
④总氯及余氯的测定：使用意大利哈纳总氯和余氯测定仪进行测定（测 定方法见附表：总氯和余氯测定仪使用方法附表2 定方法见附表：总氯和余氯测定仪使用方法附表2：总氯和余氯测定仪使 用方法） 用方法）
（四）实验结果整理
根据比色测定结果进行余氯计算，绘制游离余氯、化合余氯及总余氯与 投氯量的关系曲线。
（五）注意事项
A 余 氯 量 (mg/L) A B 余 氯 量 (mg/L) C D 0 M 加氯量(mg/L) 0 加氯量(mg/L) B
水中无氨时加氯量与余氯的关系
水中有氨时加氯量与余氯的关系
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强氧化剂→ 强氧化剂→
此外氯加入水时，可产生氯胺，也有杀菌作用。 此外氯加入水时，可产生氯胺，也有杀菌作用。
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加氯量与余氯量的关系 水中存在较多氨时， 加氯量：氨氮< 余氯以NH CL为主 为主） 水中存在较多氨时，(加氯量：氨氮< 5：1时，余氯以NH2CL为主） 出现余氯后，随加氯量增加余氯逐渐增加，但产生的主要为化合性余氯。 出现余氯后，随加氯量增加余氯逐渐增加，但产生的主要为化合性余氯。 加氯量增加，余氯反而下降，是因为氯与氨已全部形成氯胺， 至C点，加氯量增加，余氯反而下降，是因为氯与氨已全部形成氯胺，而 氯胺在过量氯作用下逐渐分解。 氯胺在过量氯作用下逐渐分解。如： 达D点时，分解结束，继续加氯余氯又上升，形成游离性余氯，故D点称 点时，分解结束，继续加氯余氯又上升，形成游离性余氯， 为折点。 为折点。 原水游离氨在0 mg/L以下时 加氯量可控制在折点后； 原水游离氨在0.5mg/L以下时，加氯量可控制在折点后；原水游离氨在 以下时， 0.5mg/L以上时，产生的化合性余氯已够消毒，加氯量可控制在C点前。 mg/L以上时 产生的化合性余氯已够消毒，加氯量可控制在C点前。 以上时，
水样编号
漂白粉溶液投 加量/ml 加量/ml
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
加氯量 总余氯（A 总余氯（A） 游离性余氯 （B） 化合性余氯 （C＝A－B）
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(3)进行折点加氯实验 (3)进行折点加氯实验 ①调节流量控制阀门，使进水流量控制在100L/h,分别在12个1000mL烧杯中各 ①调节流量控制阀门，使进水流量控制在100L/h,分别在12个1000mL烧杯中各 盛原水1000mL。 盛原水1000mL。 ②同时打开并调节加样泵加样速率，分别按每烧杯加氯量为lmg、2mg、4mg、 ②同时打开并调节加样泵加样速率，分别按每烧杯加氯量为lmg、2mg、4mg、 6mg、8mg、10mg、12mg、14mg、16mg、18mg、20mg进行氯源投加（幻 6mg、8mg、10mg、12mg、14mg、16mg、18mg、20mg进行氯源投加（幻 灯片 2）。 ③将12个盛有1000mL原水的烧杯注明编号(1、 ③将12个盛有1000mL原水的烧杯注明编号(1、2、……12)，其投氯量分别为 ……12)，其投氯量分别为 0mg／ 0mg／L、lmg／L、2mg／L、4mg／L、6mg／L、8mg／L、10mg／L、12mg lmg／ 2mg／ 4mg／ 6mg／ 8mg／ 10mg／ ／L、14mg／L、16mg／L、18mg／L及20mg／L，快速混匀2h后，立即测各 14mg／ 16mg／ 18mg／ 20mg／ ，快速混匀2h后，立即测各 烧杯水样的游离氯、化合氯及总余氯的量，并记录数据（见下表）。
(1) 各水样加氯的接触时间应尽可能相同或接近，以利互相比较。 (2) 所用漂白粉的存放时间，最好不要超过几个月。漂白粉应密闭存放， 避免受热受潮。
（六）思考题
(1) 水中含有氨氮时，投氯量—余氯量关系曲线为何出现折点? 水中含有氨氮时，投氯量—余氯量关系曲线为何出现折点? (2) 有哪些因素影响投氯量? 有哪些因素影响投氯量? (3) 本实验原水如采用折点加氯消毒，应有多大的投氯量? 本实验原水如采用折点加氯消毒，应有多大的投氯量?
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加氯消毒装置
紫外消毒装置
加样口 加样泵 进水流量控制阀
紫 外 灯 管
出水管
浮子流量计
出水管 进水管 进水流量控制阀 进水管
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