探析城市自来水消毒技术

探析城市自来水消毒技术

【摘要】本文主要对介绍当前城市自来水处理领域消毒技术，对其优缺点详细阐述，并对发展前景作了展望。

【关键词】水源自来水病菌消毒技术

1 前言

地球上的生命起源于水，人类的生存离不开水，我国城市居民饮水多使用自来水，农村多使用井水、池塘河沼水、窖水、涝坝水，能够污染饮用水的病原体有数百种，有致病性细菌、病毒、寄生原虫和蠕虫，其中比较常见的是致病性弧菌、小肠结肠炎耶菌、脊髓灰质炎病毒、甲型肝炎病毒、溶组织阿米巴、钩端螺旋体、蛔虫卵。致病性微生物进入水中后，大部分因不适应环境而逐渐死亡，少部分可较长时期地存活在水中，如霍乱弧菌、痢疾杆菌、甲型肝炎病毒等都能在水中存活10～90天。由于遭受污染的水可保持很长时期的传染疾病的能力，所以对饮水的消毒非常重要。所以在饮水时一定要消毒，以保证人体的健康。消毒是最基本的水处理工艺，它是保证用户安全用水必不可少的措施之一。

2 自来水消毒技术分类

2.1 氯消毒（包括漂白粉）

饮用水采用氯消毒已有百年以上的历史。由于氯的使用成本低，消毒效果好，便于管理，并有保护性余氯，所以一直是水p

氯气是生活饮用水处理中最常用的消毒剂，但也是一种剧毒气体，对人、畜、植物以及设备具有极强的毒性和腐蚀性。液氯在运输、贮存和使用时，若钢瓶密封不良或有故障，造成大量氯气逸散，会对人体产生侵害，发生急性中毒和慢性损害。严重的急性中毒表现为呼吸困难、窒息、重度昏迷、猝死等。因此在使用氯气过程中，必须采取可靠的防护措施，确保将泄漏出来的氯气及时吸收，并进行无害化处理，以防泄氯造成重大事故。

氯气泄漏处理设备一般采用氯气中和吸收装置。装置由中和塔、贮液箱（包括风机、碱泵）、报警器（包括检测器）和配电控制箱组成。检测器安置在室内贮氯、加氯设备易泄氯的位置。当泄出氯气浓度达到或超过检测器的设定浓度（>3mg/m3，可调）时，报警器发出报警信号，通过配电箱启动中和塔的风机和碱泵同时运转，将泄出的氯气回收到中和塔内与反应液充分反应。其中和原理是氯气和氢氧化钠反应，生成稳定的次氯酸钠和水，其化学反应方程式为：

Cl2+2NaOH→NaClO+NaCl+H2O

净化后的气体排出塔外。当泄氯场所氯气浓度小于环保标准30mg/m3后，由报警器通过配电控制箱停止风机和碱泵的运转。

另有一种氧化还原型泄氯吸收装置。以30%浓度的氧化亚铁溶液作为吸收液，以废铁屑作还原剂，氯与氯化亚铁发生氧化还原反应后，生成氧化铁，三价铁可被铁屑还原，再次参与吸收反应。其化学反应式如下：

2FeCl2+Cl2→2FeCl3

2FeCl3+Fe→3FeCl2

氧化还原型吸收装置中未被充分吸收的氯气从第二反应塔的尾气回收管流回到泄漏车间，构成一个闭路循环系统，使泄漏的氯气不外溢，达到把氯气限制在泄漏车间内吸收处理的目的。

泄氯水吸收装置是利用氯易溶于水的特性，将泄漏出来的氯通过风机送入水喷淋吸收塔，可反复吸收，直至现场氯气浓度小于环保标准。吸收了氯的水经过沉淀回收，不会再次产生污染，并且还能节约水资源。

近年来国内许多水厂安全意识提高，新建水厂按规定全部配备氯气泄漏处理装置，原有的水厂也逐步配套添置相应的设备。

2.3 氯胺消毒

随着社会经济的发展，城市正日益大型化。城市供水管网不断扩展，使供水距离增大。为解决管网末梢的消毒问题，许多城市改变传统的自由余氯消毒方式为氯氨消毒，从而延长了水中余氯的保持时间。根据天津自来水公司的实践：使用自由余氯消毒可维持半径8公里范围内余氯合格。改用氯氨消毒后，有效消毒半径扩大到13公里范围。在中途不加氯的情况下，氯氨消毒使供水半径增加62%。由此可见采用氯氨消毒无疑是一种经济合理的消毒方式。

氯胺消毒具有显著降低消毒副产物的优点，采用氯消毒工艺时，即使水源水较好，经过预氯化后，水中三卤甲烷、卤乙酸的浓度也会明显增加。由于消毒副产物前体物主要是腐殖酸和富里酸等有机物，难以在常规处理工艺中被完全去除，因此在出厂加氯时还会产生一部分消毒副产物。如改自由氯消毒工艺为氯、氨同时投加，在水质相同的情况下，可以大大减少消毒副产物的产生。

2.4 次氯酸钠消毒

在所有的消毒剂中，尽管氯气最为经济，但是，由于氯气在运输、管储过程中难以确保安全，加之氯气的扩散性极强，一旦泄漏，将会对环境造成严重污染。故而，用其他消毒剂取代液氯的主张越来越多。次氯酸钠属于高效的含氯消毒剂。次氯酸钠的分子式是NaClO，属于强碱弱酸盐，它清澈透明，是一种能完全溶解于水的液体。但由于次氯酸钠液不易久存，次氯酸钠多以电解低浓度食盐水现场制备。含氯消毒剂的杀菌作用包括次氯酸的作用、新生氧作用和氯化作用。而次氯酸钠在水中能解离为次氯酸

同其他消毒剂相比较，次氯酸钠液具备一定的优点。它清澈透明，易溶于水，消除了使用液氯、二氧化氯、臭氧等消毒药剂时可能产生跑、泄、漏、毒等安全隐患。次氯酸钠多以发生器现场制备的方式来生产，以便满足配比投加的需要。目前多用于小型水厂。

2.5 臭氧消毒

臭氧的分子表达式为O3，通常状态下是浅蓝色气体，具有剧毒性，由于有一种鱼腥臭味便得了“臭氧”这个不雅的称谓。臭氧是一种强氧化剂，它比氯消毒具有更强的杀菌作用，可以高效去除几乎所有的有机污染物，而且，不会产生三卤甲烷等氯消毒的消毒副产物，还能同时控制水中铁、锰、色、味、嗅。但由于臭氧在水中会迅速分解，难于在一定时间内维持必需的残余浓度，不利于防止水体在管网中可能造成的二次污染，加上臭氧发生器设备造价及运行成本较高，一段时期内，限制了臭氧消毒工艺在我国的推广应用。2.6 二氧化氯消毒

随着水源污染的加剧及水质监测技术的提高，发现某些源水经氯气消毒后，在其出水中检测出了三氯甲烷等多种致癌或可诱发癌变的有机物。有资料证明，长期饮用经氯消毒的水会提高癌症发病率。在饮用水中加氯，可能是导致婴儿出生时出现先天性缺陷的主要原因。因此选取氯的替代物为人们所重视。二氧化氯（ClO2）是介于氯和臭氧之间的强氧化剂。它既是一种强氧化剂，又是一种十分有效的消毒剂。

二氧化氯非常适于传统饮用水处理过程中的预氧化阶段和最终的消毒阶段。在预处理阶段，二氧化氯可促进铁和锰的去除，还可减弱水的味道和臭味。在原水遭到污染，腐殖质、藻类、酚含量偏高的地面水厂采用二氧化氯取代氯消毒会有更好的效果。一些国家采用二氧化氯（ClO2）替代氯作为水处理的消毒剂。我国某些水厂也已经开始应用。

二氧化氯是一种深绿色的气体，具有与氯一样的刺激性气味，具有易挥发、易爆炸的特性。空气中ClO2浓度>10%或水中ClO2浓度>30%时都将发生爆炸，故不宜贮存，应采取现场制取和使用。二氧化氯消毒产生无机消毒副产物亚氯酸根离子（ClO2-）和氯酸根离子（ClO3-），二氧化氯本身也有害，特别是在高浓度时。

二氧化氯制取按其所用的原料和工艺特点，大致可将其分为：氯酸盐还原法、亚氯酸盐氧化法和电解法。

（1）氯酸盐还原法；根据所用的还原剂、工艺条件和后处理的不同，氯酸盐还原法又可分为氯化钠还原剂法、盐酸还原剂法、甲醇还原剂法三种，目前常采用的是盐酸还原剂法。（2）亚氯酸盐氧化法；亚氯酸盐氧化法又分为氯气氧化法、自氧化法、次氯酸盐氧化法，因其成本较高，目前常采用自氧化法。（3）电解法；用氯酸钠、亚氯酸钠和氯化钠为电解质均可制取二氧化氯。由于亚氯酸钠较贵，氯酸钠电解法电耗太高，故一般选用氯化钠为电解质。