给水处理理论与工艺

给水处理理论与工艺
2014年07月
给水处理工艺中消毒技术应用及发展综述消毒是给水处理工艺中最基本、最不可或缺的处理措施，目的消除饮用水中致病微生物的致病作用。

目前常用的消毒技术主要是以氯洗消毒为代表的化学消毒方法，伴随着其产生的各类有害衍生物被发现及人们对饮用水水质要求的不断提高,对化学消毒技术产生衍生物的副作用及其危害程度也越来越重视。

生物消毒技术以其现对较低的成本、成熟的理论和绿色环保的巨大优势得到人们的认可，有着良好的发展前景。

一、概述
消毒是给水处理工艺中最基本、最不可或缺的处理措施，目的消除饮用水中致病微生物的致病作用。

但自20世纪70年代发现氯消毒发生/三致物质过后,人们开端重新仔细察看消毒问题,并实行了少量的探讨任务。

由于氯消毒发生/ 三致物质,而且不能有用杀灭隐孢子虫及其孢囊,因而消毒技巧不停被探讨研究开发出来,如二氧化氯、臭氧、光催化消毒、紫外线及相干复合技巧等。

尤其是近年生物技术的飞速发展，新的生物消毒技术也以其绿色环保的优势得到迅速的发展，为确保城市饮用水的安全提供了新的思路。

二、给水处理消毒技术现状
1、化学消毒
化学消毒的消毒机理主要是氧化作用,通过氧化破坏微生物的结构,达到消毒的目的。

其优点是杀菌效果好,用量少,作用快,能同时控制水中铁、锰、色、味、嗅。

可将氰化物、酚等有毒有害物质氧化为无害物质;可氧化嗅味和致色物质,从而减少嗅味,降低色度;可氧化溶解性铁、锰,形成不溶性沉淀,通过过滤去除;可将生物难分解的大分子有机物氧化分解为易于生物降解的小分子有机物。

化学消毒是目前广泛采用的消毒技术，主要包括氯消毒、臭氧消毒、二氧化氯消毒、氯胺消毒等。

1.1 氯消毒
氯消毒主要是通过次氯酸的氧化作用来杀灭细菌,次氯酸是很小的中性分子,能扩散到带负电的细茵表面,通过细茵的细胞壁穿透到细菌内部,并起氧化作用,破坏细菌的酶系统而使细菌死亡,但是对于水中的病毒、寄生虫卵的杀灭效果较差,需要在较高值(消毒剂浓度乘以接触时间)才能达到理想的除菌效果。

由于氯消毒的操作使用简单,便于控制,消毒持续性好,余氯的测定也很容易,并且氯消毒的价格不高,所以很快在饮用水行业推广应用。

目前为止,在公共给水系统中,氯消毒成为最为经济有效和应用最广泛的消毒工艺。

然而,氯在水中的作用是相当复杂的,研究发现氯在进行饮用水预氧化和消毒时与水中某些有机物如腐殖酸、富里酸等发生氧化反应,同时发生亲电取代反应,产生易挥发的和不易挥发的氯化有机物如三卤甲烷等,这些卤代有机化合物有许多是致癌物或诱变剂,对人体的健康产生严重的危害。

1.2 臭氧消毒
臭氧的消毒机理包括直接氧化和产生自由基的间接氧化,与氯和二氧化氯一样,通过氧化破坏微生物的结构,达到消毒的目的。

但研究表明,臭氧与有机物反应生成不饱和醛类、环氧化合物等有毒物质,在含有少量溴化物的时候,臭氧处理就会产生致癌性的副产物。

主要的副产物有有机性副产物的三溴甲烷、乙腈氰甲烷、1-1 二溴酮、溴乙酸等,无机性副产物的溴酸盐、次溴酸、次溴离子等。

在臭氧处理后再加氯或氯胺处理会分别生成三氯硝基甲烷和氯化氰,成为新的消毒副产物,其毒性现尚不清楚。

对某些农药,臭氧氧化后的产物可能更有害。

总的来说,虽然应用臭氧消毒也会有副产物生成,但一般情况下浓度不高,毒性也不如氯大。

根据目前的研究,无论在副产物的生成量和毒性方面,还是在出水的致突变活性方面,臭氧都比液氯理想。

1987 年,在美国大型水厂中只有三个供水厂用臭氧,到 1998 年,已经有5.6%的水司使用了臭氧。

由于经济的原因,我国在臭氧应用上还比较少。

臭氧消毒的主要问题是生产设备(火花放电法)庞大,流程复杂, 需要较高的运行管理水平，电能消耗大,基建设备投资也较大,成本高。

此外,臭氧是一种不太稳定的气体,在水中容易分解。

同时臭氧容易分解,在室温下,水中臭氧的半衰期约为30,单独采用臭氧消毒难以保证持续的杀菌效果,因此在使用中受到一定限制。

1.3 氯衍生物消毒
二氧化氯、氯胺等消毒技术均属于氯衍生物消毒的方法，这类技术优缺点与氯消毒一样显著，优点是操作使用简单,便于控制,消毒持续性好,成本相对较低,同时各类消毒剂针对某些特定物质的效果非常明显。

但缺点依然是对人体有害的消毒副产品较多，且不易去除。

如亚氯酸盐和氯酸盐，一些消毒剂像二
氧化氯本身也对人体有害。

2、物理消毒
紫外线消毒、超声波消毒以及电场消毒等方法是20世纪90年代兴起的一种快速、高效的消毒技术。

其机理是一定剂量的紫外辐射、超声波或者强电场可以破坏生物细胞的结构,通过破坏生物的遗传物质而杀灭各种细菌、病毒、寄生虫、藻类等水生生物,从而达到净化水质的目的。

物理消毒的方法,不向水中增加任何物质,没有副作用,不会产生消毒副产物。

但缺乏持续灭菌能力,所以它一般要与其它消毒方法联合使用。

同时,物理消毒的方法必须保证不能进行自我复制或者突变后代不能进行自我复制。

一般细菌的体积越大或者和数目越多,对其灭活所需的消毒剂量就越大。

而病毒本身对物理消毒的抵抗能力很弱, 但是通过宿主的保护作用增强了病毒的耐消毒性。

因此,物理消毒的处理水必须经过良好的预处理,而且需要的消毒剂量难以明确。

另外,物理消毒需要的投入较大，各类产生紫外线、超声波等辐射的设备成本高，维护复杂，不利于大规模的使用和推广。

3、生物消毒
传统的生物消毒主要利用某些微生物机体本身对致病微生物进行消毒灭菌。

这种方式一般进程较为缓慢，对一些抵抗力较强的细菌芽孢的消毒效果有限，效率低，成本高。

近年来随着生物科技的发展以及对生物消毒机理认识的深化，人们认识到这些生物之所以具有消毒作用，是因为这些生物能够分泌一些特定的生物化学活性物质来消灭病菌、病毒或使其丧失活性，因此人们开始研究提取、利用和制备这些活性物质并用于水的消毒。

目前比较有代表性的是一些以某种有消毒特性的酶为主要活性成分的生物消毒剂，包括应用现代生物基因工程技术生产的细菌胞壁溶解酶、酵母胞壁溶解酶、溶葡萄菌酶等活性物质。

研究证明，萘醌类、吲哚类等具有消毒活性的物质中，有一些生物活性物质完全能满足要求，具有良好的消毒效果。

这些物质在浓度很低的情况下就能起到消毒作用，对包括人在内的哺乳动物健康基本无害。

研究结果还表明，利用这些物质开发的新型水处理生物消毒剂将有以下优点：
①能够最大限度地杀死去除有害病原体或者使之丧失活性；
②使用安全，对人体无害，对水环境无不利影响；
③药剂使用条件宽松，消毒操作简便；
④消毒过程对设备无腐蚀；
⑤消毒的费用相对低廉。

目前用于水处理消毒的生物消毒剂大多是直接从动物、植物或者微生物体中提取，例如在日本有研究者将一些植物萃取物用作自来水供水管线上的抗菌剂。

瑞士 M.Suarez 等的研究表明可以从某些植物种子中提取用于饮用水消毒的物质。

三、总结及展望
生活饮用水水质与人类健康和生活使用直接相关，故世界各国对饮用水水质标准极为关注。

伴随着人们对饮用水水质要求的不断提高,对化学消毒技术产生衍生物的副作用及其危害程度也越来越重视, 而物理消毒受其成本的限制也难以大规模开展应用。

生物消毒技术虽然目前还没有广泛应用，但是作为一种符合人类社会可持续发展理念的绿色环保型水处理消毒技术，它具有成本相对低廉、理论相对成熟、研究方法相对简单的优势，故应前景广阔。