生活饮用水消毒技术的应用及研究进展

3 联合消毒方式
3.1 “紫外线＋氯（氯胺）”联合消毒 在饮用水处理中，紫外线消毒对微生物灭活特性与 氯（氯胺）消毒相比较是正好相反的。其中紫外线对原 生动物和细菌的灭活效果最好，而氯消毒则是对大多数 的病毒和细菌灭活效果最好，可是对“两虫”（贾第虫 和隐孢子虫）效果较差。因此采用“液氯和紫外线（氯 胺）”联合的消毒灭菌技术，不仅可以满足实现新国标 里面对病原微生物指标控制的要求，还可以为生活饮用 水提供很多级别的灭菌消毒的安全保障。 在实际工程中，由于紫外线对各类水体中微生物灭 活效率很高，因此我们通常利用这一特点，在最开始的 净水工艺流程中，我们就是采用紫外线消毒灭菌来作为
消毒的主工艺，必须充分保证对微生物的灭活效果，随 之仅使用少量余氯就可以非常有效抑制微生物的复活， 不仅可有效减少后续氯的投加使用量，从而减少消毒副 产物的产生，因此紫外线与氯（氯胺）消毒工艺相结 合，将会对处理饮用水具有十分重要的现实意义。 3.2 紫外线＋超声波＋氯（氯胺）联合消毒 超声波和紫外线联合起来对水体进行消毒的效果在 某种意义上肯定会优于这二者单独作用于生活饮用水中 的消毒效果，如果单独采用超声波进行预处理，我们可 以将水中比较大粒径的悬浮颗粒和菌胶团进行彻底击 碎、完全分散。我们在紫外线消毒的过程中，紫外线也 将能够更容易接触到各类微生物及悬浮颗粒，从而可以 不断加强紫外线的杀菌灭菌的效果，提高紫外线的消 毒效率。如果我们采用超声波对水体进行一定程度上的 预处理，我们只会需要很短的辐射时间就能把紫外线的 消除效率进行显著地提高，同时所用的能耗并没有增加 太多，因此我们将超声波与紫外线进行联合作用。这样 我们不仅能够减少末端投加消毒剂（液氯或氯胺）所产 生消毒副产物带来的影响，同时一定程度上还可以抑制 水体中微生物的复生现象，从而满足新国标中对病原微 生物指标严格控制的要求。这种杀菌消毒技术在国内某 些企业中正在被研究应用，并且已经取得了初步的研究 成果。 除了以上消毒技术，还有高级氧化技术、水力空 化、银法＋紫外、磁化法、静电法、微电解法等新型消 毒技术，这些新型消毒技术的研究大多只局限于理论研 究阶段，缺乏规模化的应用实验研究。由于饮用水消毒 关系到人们的健康，开发发展新的消毒技术还需要长期 的应用研究。
化物含量的重大影响，还会受到O3气体的浓度、接触生活 饮用水体的时间、生活饮用水体的ORP电位等很多因素的 影响，因此必须有效地控制溴酸盐的产生。 1.4 NaClO消毒 NaClO一般情况下是可以直接将其投加到生活饮用水 中进行杀毒灭菌的，这样做的目的是既可以避免Cl2投加 到生活饮用水中所出现的审批问题，又可以避免投加二 氧化氯到生活饮用水中时不可避免所带来的消防安全问 题，因此次氯酸钠杀毒灭菌在某种程度上具有投加非常 方便、审批非常简单、较低的安全要求等许许多多的优 点，从这方面看，次氯酸钠相对其他消毒剂而言，算是 很好的生活饮用水消毒替代方式。可是NaClO溶液也存在 明显的不稳定性，随着放置空气中时间的延长，其消毒 效果会越来越差。为了尽量解决NaClO的不稳定、易降解 的特点，建议在现场制备使用此种方式时解决此问题。 同时，NaClO如果和液氯方式进行对比，由于次氯酸钠的 消毒灭菌原理与液氯杀毒灭菌原理基本相同，因此在某 种意义上，次氯酸钠杀毒灭菌也会存在对“两虫”（包 括隐孢子虫和贾第鞭毛虫）等杀毒效果非常差劲以及会 产生消毒副产物的问题，所以需要将其和其他消毒方法 （紫外线等）进行联合应用，以达到更好的消毒效果。 1.5 高铁酸盐消毒 高铁酸盐作为一种绿色、无机、多功能强氧化剂越 来越受到国内外普遍关注。它具有氧化、吸附、絮凝、 杀菌、消毒等多功能性质，操作方便且杀菌力强。高铁 酸盐在氧化消毒过程中产生的还原产物Fe（OH）3不仅安 全性较高，而且它作为助凝剂也是十分良好的。高铁酸 盐在去除有害细菌和病毒的同时可有效去除水中的悬浮 物及重金属离子，因此高铁酸盐这种安全无任何毒副作 用的多功能高效水处理药剂，在饮用水杀菌消毒领域中 具有重要的研究开发和应用前景。
2 物理消毒方法
2.1 紫外线（UV）消毒 将紫外线消毒应用于生活饮用水杀毒灭菌，具有消 毒十分彻底、快速、便捷并且不会污染生活饮用水质的 优点，最重要的是操作起来十分简便、使用和维护的费 用很低等。紫外线杀菌的原理是利用紫外线光量子的能 量使与之接触的微生物体的核酸结构受到破坏，微生物 最终失去复制以及繁殖的能力。紫外线消毒是一种比较 环保的技术，具有无需化学药剂添加、无消毒副产物形 成以及成本经济等优点，在水质净化领域中的使用方面 是非常广泛且普遍的。 虽然对绝大多数的病原体来说，紫外线的消毒灭菌 的效果非常好，但是到现在为止，市场上普遍的紫外消 毒灭菌的系统都是为灯管浸没式，这种灯管存在下列非 常普遍的问题：更换紫外灯管十分困难，石英的管壁需 要经常的维护和清洗，紫外线利用的效率非常低，同时 能耗很高，如果将紫外线直接浸没在水中，紫外灯中的 汞不仅对环境，而且对人体的健康都存在很大潜在的威 胁，因此一种高效且非常可靠的光纤传导紫外光消毒技 术就出现在市场上。该技术的基本原理就是利用光学聚 焦系统将光源产生的紫外光汇聚于一点，然后通过石英 光纤再将其导入水中，并在光纤散光点处均匀地透射，
2016年第26期 （总第377期）
NO.26.2016 ( CumulativetyNO.377 )
生活饮用水消毒技术的应用及研究进展
崔海松1，2 汤 杰1 魏 峰1，2 刘 威1
（1.杭州绿洁水务科技股份有限公司，浙江 杭州 310015；2.复旦大学环境科学与工程系，上海 200433）
摘要：随着人们对健康的重视程度越来越高，饮用水的质量成为人们生活中关注的重要部分。文章综述了饮 用水消毒技术的发展过程及分析了各种消毒技术的利弊，通过对比这些消毒工艺的利与弊，得出了联合消毒 技术不仅能够节约能耗，还可以保证很好的消毒效果，具有极大的推广价值。 关键词：生活饮用水；消毒技术；消毒副产物；联合消毒；饮用水质量 文献标识码：A 中图分类号：R123 文章编号：1009-2374（2016）26-0043-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.021 清洁饮用水是人类生活的一个根本要求，可是随着 人类人口不断大量的增长，人类对水资源的需求量也开 始不断扩增，导致生活饮用水日益短缺这个问题渐渐变 得十分严峻起来。采用安全、高效的饮用水消毒方法是 维护人类健康的根本前提。未来生活饮用水消毒技术的 发展既要保证对饮用水的消毒效果，也应该最大化减少 化学药剂的使用与投放，最大程度使得有害消毒副产物 的产生得到减少。传统的饮用水消毒是氯消毒，始于19 世纪初。它可以十分有效地杀灭水体中病原微生物，能 够使人们感染伤寒、霍乱等水传播疾病的概率最大程度 降低。可是从20世纪70年代起，由于氯消毒过程中产生 的三卤甲烷（THMs）消毒副产物不断被检出，THMs有致 癌作用，对人体的健康影响非常大，因此氯消毒的安全 性受到了质疑。同时氯消毒对隐孢子虫、贾第鞭毛虫等 病原体是低效甚至无效的，于是其他消毒技术开始逐渐 得到了应用和发展，主要包括化学消毒法、物理消毒法 以及联合消毒法。 量很大，那么在现场制备ClO2的产量也随之相应不断增 大，所以使用这种方式进行消毒就显得非常不合适。总 之，我们不断地寻找ClO2既经济且适用的制备方法，它 已经成为了相关研究的热点。 1.2 氯胺消毒 氯胺作为一种新型饮水消毒剂，其优点在于产生少 量的三卤甲烷以及能维持很长时间的消毒效果。由于单 独使用氯胺的消毒效果较差，往往采用联合应用将氯胺 作为末端消毒剂来使用到生活饮用水的杀毒灭菌中来。 最主要的原因还是相对于饮用水中的游离的氯，氯胺在 水体中呈现出更加良好的稳定性，可以在饮用水体中保 存停留很长的一段时间，使得水体中能够保持一定量的 余氯，这样能够防止水体再次受到污染。由于氯胺在消 毒饮水方面有很多可取之处，因此在我国不少水厂已经 开始采用氯胺消毒工艺。 1.3 臭氧消毒 O 3一直是属于非常高效的消毒剂的范畴，对各种各 样的微生物都能够十分有效地杀死灭活，O3气体或者将 它溶在水溶液中都会产生十分强大的杀灭许多微生物的 作用，并且相对于有效氯而言，臭氧杀死多种微生物的 速度要比其他消毒剂快且快数百倍。臭氧正是靠着它强 大的氧化能力，不仅能够杀灭生活饮用水体中绝大多数 的细菌、病毒、包囊、芽孢，还能够破坏大部分微生物 内部的有机物，同时臭氧还可以起到去臭、脱色作用。 臭氧的消毒效果比氯消毒好太多了，如果控制水温越 低，臭氧的消毒效果就会越来越好。 臭氧消毒的不足之处在于：第一，O 3气体的稳定性 太差、水溶性十分小，对生活饮用水充分彻底地消毒 后，无法在水体中保持余留量，并没有持续的杀菌灭毒 效果；第二，臭氧被用作在生活饮用水中的消毒剂，虽 然在杀菌灭毒过程中不会生成氯化消毒副产物，但有很 大的可能性它会在水体中生成溴酸盐、醛类和过氧化物 等一类具有高度潜在危险和毒性的副产物，其中溴酸盐 被国际癌症研究机构定位2B级潜在致癌物。臭氧在杀灭生 活饮用水菌体的过程中，影响它产生和生产溴酸盐的因素 复杂得简直令人不可思议，它不仅受到生活饮用水体中溴
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从而灭活水中生存的微生物。 紫外线消毒灭菌的最大的缺点就是无法具有可持续 性，不能绝对保证输送和配送水管网内各类微生物的灭 活稳定性，所以通常需要联合常规消毒方式实现持续消 毒效果。此外，生活饮用水体中的悬浮颗粒物、有机物 COD及氨氮（NH3-N）都会在紫外线的传播过程中带来许 许多多的干扰，进而十分影响消毒灭菌的效果，所以紫 外线处理水要求水体具备很高的透明度。 2.2 超声波消毒 超声波辐射技术是一项非常好的水处理技术，它具 有很好的发展前景，它在浮游生物的灭活、过滤膜及陶 瓷滤芯的清洗等方面已有应用。从相关文献得知，高频 率超声的主要作用就是将水体中的菌胶团解聚，然而对 于细菌的灭活的效用并不是太好，低频率的超声波才真 正地具备有消毒灭菌的效果，可是如果只想单纯地依靠 超声波消毒，我们又会面临可能出现的能耗较高的问 题。因此往往将超声波与紫外线联合应用进行消毒，这 样不仅比单纯的超声波或紫外线消毒工艺节约能耗，而 且能产生很好消毒效果。 2.3 TiO2光催化消毒技术 TiO 2光催化反应的基本原理就是利用具有强氧化性 的活性自由基（羟基自由基）参与到生活饮用水体中的 各种化学反应，由于羟基自由基具有很强的氧化性能， 能够将绝大多数水体中的有机物氧化分解并且最终将其 矿化为水和二氧化碳等无机小分子。此外，TiO2光催化 消毒技术具有很大的杀菌消毒的功效，TiO2作为催化剂 本身不会溶解于水，没有毒性，且不会对生活饮用水体 产生污染，非常适用在饮用水方面进行消毒灭菌。近些 年，正是由于TiO2光催化消毒技术在其性能上具有得天 独厚的优势，其光催化杀毒灭菌机理及TiO2在生活饮用 水消毒灭菌领域中的广泛应用，所以TiO2光催化消毒技 术逐渐成为各国科学家的研究热点。 2.4 膜消毒 膜技术是20世纪60年代后迅速崛起的一门分离技 术。它去除水中杂质的主要原理是机械筛分，膜技术应 用于饮水消毒具有水质优良、操作简单、占地小等优 点，已成为人们提高水质的一项重要措施。在国外， 膜技术用于饮用水消毒的研究十分多且复杂，用膜对病 毒、致病细菌以及贾第虫和隐孢子虫这“两虫”消毒灭 菌，能够有很好的去除效果。
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1 化学剂消ຫໍສະໝຸດ Baidu法
1.1 ClO2消毒 由于ClO 2具有很强的氧化性，所以它对微生物的细 胞壁有着十分强的吸附和穿透能力，能够非常有效地将 细胞内含硫基的酶给氧化，十分迅速地控制微生物蛋白 质的合成进而阻碍微生物的生长繁殖，从而完成消毒杀 菌的目的。近些年来，研究发现ClO2不仅能杀灭水中病 毒、铁细菌、细菌、硫酸盐还原菌、藻类、真菌及浮游 生物甚至包括抗逆性最强的芽孢，而且对新国标中的 “两虫”（隐孢子虫和贾第鞭毛虫）也可以达到满意的 灭活效果。自20世纪90年代以来，我国开始向美国自来 水厂学习，在一些中小型自来水厂中应用ClO2来对饮用 水进行灭菌杀毒处理。如果和氯消毒技术做比较的话， 使用ClO2来消毒生活饮用水的时候，即使不太可能会产 生卤乙酸、三卤甲烷等这种有强致癌作用的消毒副产 物，但还是会生成氯酸盐、亚氯酸盐等这种无机的并且 有毒有害的消毒副产物。另外，ClO2不宜在水中保存和 运输，一般采用现场制备的方式，对某些中小型水厂较 为合适，但是对某些大型的水厂，因为人为投加ClO2的