2014年環(huán)保工程師《水污染防治》知識點輔導(dǎo):消毒

　　1.14 消毒

　　大綱要求：熟悉消毒機(jī)理和方法

　　1.14.1概述

　　城市污水經(jīng)一級或二級處理(包括活性污泥法和生物膜法)后，水質(zhì)得到改善，細(xì)菌含量也大幅度減小，但其絕對值仍很大，有病源菌存在的可能。因此，污水排入水體前應(yīng)進(jìn)行消毒，即通過消毒劑或其他消毒手段殺滅水中病微生物。

　　消毒對飲用水是必不可少的處理工藝。對廢水而處理而言，雖非必需，但對某些廢水的安全排放或回用也是十分重要的。

　　在水處理中，消毒方法包括物理法和化學(xué)法兩類，化學(xué)法有氯消毒、次氯酸鈉消毒、二氧化氯消毒、臭氧水消毒等，而紫外線消毒屬于物理法消毒。

　　1.14.2氯消毒機(jī)理

　　氯消毒在水中不含氨的情況下，向水中加入氯后立即發(fā)生反應(yīng)生成次氯酸，次氯酸水解能生成次氯酸根離子，一般情況下，次氯酸和次氯酸根離子在水中同時存在，相對比例取決于pH值和溫度，但它們的總和則保持一定值。

　　次氯酸為很小的中性分子，可擴(kuò)散到帶負(fù)電的細(xì)菌表面，并滲入細(xì)菌體內(nèi)通過氧化作用破壞菌體內(nèi)系統(tǒng)而使細(xì)菌死亡。因次氯酸根離子本身帶負(fù)電，難以接近帶負(fù)電的細(xì)菌，很難起到直接的消毒作用。所以在較低的pH值條件下，次氯酸所占比例較大，則消毒效果較好。不過，雖然次氯酸根離子難于直接消毒，但是當(dāng)水中的次氯酸被消耗后，次氯酸根離子會不斷轉(zhuǎn)化為次氯酸，因此，次氯酸和次氯酸根離子的所含氯量均為消毒劑的有效氯含量。

　　氯消毒的效果與水溫、pH值、接觸時間、混合程度、污水濁度以及所含干擾物質(zhì)、有效氯濃度有關(guān)。

　　1.14.3主要消毒方法和機(jī)理

　　1、消毒方法的選擇

　　主要消毒方法有液氯、臭氧、二氧化氯、次氯酸鈉和紫外線等，每種消毒方法均有各自的優(yōu)缺點和選擇適用條件。消毒方法的選擇要求能高效快速地滅活多種致病微生物，又要具有較好的適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、無二次污染以及操作方便和耗材便于運(yùn)輸儲存等特點。

　　由于氯的價格低廉，消毒效果良好和使用較方便等，所以它是當(dāng)前較常用的消毒藥劑。

　　2、主要的消毒方法

　　⑴氯消毒

　　加氯處理的方法也稱氯化處理或氯化法。氯消毒可使用液氯，也可以使用漂白粉。前者述及，氯消毒的效果與水溫、pH值、接觸時間、混合程度、污水濁度以及所含干擾物質(zhì)、有效氯濃度有關(guān)。

　　由于氯是強(qiáng)氧化劑，污水中氣有具有還原性的物質(zhì)均要消耗氯，因此污水消毒的加氯量應(yīng)該經(jīng)試驗確定。對于生活污水，可參考的數(shù)值為：一級處理水排放時，投氯量為20～30mg/L，二級處理水排放時，投氯量為5～10mg/L。

　　氯加入水中后，一部分被能與氯化合的雜質(zhì)消耗掉，剩余的部分稱為余氯。保留一定量余氯的目的是為了保證自來水出廠后還具有持續(xù)的殺菌力。

　　氯氣是一種有毒氣體，因此氯的運(yùn)輸貯存和使用應(yīng)小心，加氯設(shè)備的安裝位置應(yīng)盡量靠近加氯點。加氯間應(yīng)結(jié)構(gòu)堅固，能防凍保溫，通風(fēng)良好，并宜安裝排風(fēng)扇。

　　液氯消毒的工藝流程一般是：液氯通過加氯機(jī)與污水在混合池內(nèi)反應(yīng)，然后在接觸池內(nèi)接觸一定時間后即可出水。在混合池內(nèi)的混合反應(yīng)時間為5～15min，在接觸內(nèi)的接觸時間為30min左右，沉淀速度采用1～1.3mm/s，保證余氯量不小于0.5 mg/L。

　　國內(nèi)使用的加氯機(jī)種類很多。例如ZJ型轉(zhuǎn)子加氯機(jī)，來自氯瓶的氯氣首先進(jìn)入旋風(fēng)分離器，再通過彈簧膜閥和控制閥進(jìn)入轉(zhuǎn)子流量計和中轉(zhuǎn)玻璃罩，于是經(jīng)水射器與壓力水混合、溶解于水內(nèi)被輸送至加氯點。

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　　電解食鹽水可以得到次氯酸鈉，然后將次氯酸鈉加入污水后與水反應(yīng)產(chǎn)生次氯酸，所以說次氯酸鈉的消毒作用依然靠次氯酸，但其消毒作用不及氯強(qiáng)。

　　因次氯酸鈉易分解，所以通常采用次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場制取，就地投加，不宜貯運(yùn)。它一般適用于小型工廠。

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　　二氧化氯用于受污染水源消毒時，可減少氯化有機(jī)物的產(chǎn)生，故二氧化氯作為消毒劑日益受到重視。

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　　二氧化氯溶于水，不與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其殺菌主要依靠吸附和滲透作用。二氧化氯對細(xì)菌壁的穿透能力和吸附能力都較強(qiáng)，大量二氧化氯分子聚集到細(xì)胞的周圍，通過封鎖作用，抑制其呼吸系統(tǒng)，進(jìn)而滲透到細(xì)胞內(nèi)部，破壞含硫基的酶，從而加速抑制微生物蛋白質(zhì)的合成。

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　　主要有還原法、氧化法和電解法。

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　　在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)，溫度越高，二氧化氯的殺菌能力越大。二氧化氯殺菌作用持續(xù)時間長，適用 pH值范圍寬。

　　二氧化氯易揮發(fā)，氣體和液態(tài)的二氧化氯均易爆炸，因此，二氧化氯裝置的安裝場所以及操作程序均應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。

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　　a.二氧化氯不僅可以將水體中的微生物氧化除去，還可以將水中引起臭味的物質(zhì)如硫化氫、硫醇等氧化分解為無毒無味的硫酸或磺酸，能將氰類和酚類等有毒物質(zhì)氧化降解為氨根離子和簡單的有機(jī)物;

　　b.因為二氧化氯不與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以其消毒作用受pH值影響極小，在較高pH值時二氧化氯消毒能力比氯強(qiáng);

　　c.二氧化氯殺滅對象多，殺菌效果好，用量少，作用快，殺菌持續(xù)時間長，不僅能殺死細(xì)菌，而且能分解殘留的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，并具有殺孢子和殺病毒的作用。因此，在醫(yī)院污水等可能含有較多病原微生物的污水處理場合可以有應(yīng)用。

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　　臭氧分子由三個氧原子組成，在常溫常壓下為無色氣體，它是淡藍(lán)色的具有強(qiáng)烈刺激性的氣體。臭氧極不穩(wěn)定，分解時放出新生態(tài)氧[O]。新生態(tài)氧具有極強(qiáng)的氧化能力，對具有頑強(qiáng)抵抗力的微生物如病毒、芽子孢等具有強(qiáng)大的殺傷力。臭氧能氧化有機(jī)物，去除水中的色、味，還可去除水中溶解性的鐵、錳鹽類及酚等。

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　　臭氧是空氣中的氧通過高壓放電產(chǎn)生的，制造臭氧的空氣必須先行凈化和干燥，以提高臭氧發(fā)生器效率并減少腐蝕。臭氧發(fā)生系統(tǒng)的前部為空氣凈化和干燥裝置，以后為臭氧發(fā)生器。其系統(tǒng)布置為：空氣壓縮機(jī)將空氣送至冷卻器，然后再經(jīng)過濾加以凈化，再經(jīng)過1~2級硅膠或分子篩干燥器，將空氣干燥至露點(-50℃)以下，最后經(jīng)臭氧發(fā)生器，通過15000~17000V高壓電，在空氣中放電后產(chǎn)生臭氧。

　　現(xiàn)場用空氣或氧氣為原料制備的臭氧的濃度在2%~10%之間。

　　臭氧具有高腐蝕性能，通常橡膠、大多數(shù)塑料、普通鋼鐵、銅以及鋁等材料都不能用于臭氧系統(tǒng)。可用的材料主要包括316和305不銹鋼、玻璃、氯磺烯化聚乙烯合成橡膠、聚四氟乙烯以及混凝土。

　　③臭氧消毒的特點

　　a.由于臭氧比氯有較高的氧化電位，比氯消毒具有更強(qiáng)的殺菌作用，對細(xì)菌的作用比氯快，消耗量明顯較小，例如，在0.45mg/L臭氧作用下，經(jīng)過2min后脊髓灰質(zhì)炎病毒死亡，如果用氯消毒，則劑量為2mg/L時需經(jīng)過3h。

　　b.臭氧消毒在很大程度上不受pH值的影響;

　　c.在某些特定的用水中，如食品加工、飲料生產(chǎn)以及微電子工業(yè)等，臭氧消毒不需要從已凈化的水中去除過剩殺菌劑的附加工序，如用氯消毒時的脫氯工序。

　　d.不會產(chǎn)生象氯酚那樣的臭味;

　　e.不會產(chǎn)生三鹵甲烷等氯消毒的副產(chǎn)物;

　　f. 缺點：大量研究表明，含有機(jī)物污染的水經(jīng)臭氧處理后，有可能將致突變物或THMS(三氯甲烷)的前體物如腐殖酸等大分子有機(jī)物分解成分子較小的有可能致突變物;水中含有氨氮時，在臭氧投量有限的情況下，臭氧不可能去除氨氮，有可能把有機(jī)氨氮氧化為氨氮，致使水中氨氮含量增高。因此，在使用臭氧時，應(yīng)注意解決可能產(chǎn)生的問題。

　　g.臭氧在水中不穩(wěn)定，容易消失，不能在管網(wǎng)中繼續(xù)保持殺菌能力，故在臭氧消毒后，往往需要投加少量氯，以保持水中一定的余氯量;

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　　紫外線殺菌機(jī)理是細(xì)菌受紫外線光照射后，紫外光譜能量為細(xì)菌核酸所吸收，使核酸結(jié)構(gòu)破壞。根據(jù)試驗，紫外線的波長范圍在200~390nm，波長260nm左右的紫外線殺菌能力最強(qiáng)。這是因為細(xì)菌DNA對紫外線的吸收峰在260nm處，DNA吸收紫外線后分子結(jié)構(gòu)被破壞，引起內(nèi)蛋白質(zhì)和酶的合成發(fā)生障礙，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡。

　　②紫外線消毒設(shè)備

　　紫外線光源由紫外燈管提供。不同型號、規(guī)格的紫外燈管所提供的紫外光主波長不同，應(yīng)根據(jù)需要選用。消毒設(shè)備主要有兩種形式：浸入式和水平式。③紫外線消毒的特點：

　　優(yōu)點：不需化學(xué)藥品，不存在THMS(三氯甲烷)類副產(chǎn)物，處理后的水無味無色;操作容易，管理簡單，運(yùn)行和維修費用較低;

　　缺點：消毒效力受水中懸浮物含量影響，消毒后不能保持殺菌能力，同時，消毒費用高。

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　　a.微生物的類型;b.微生物數(shù)量;c.照射時間與水層厚度;d.水的色度和其他雜質(zhì)均會降低紫外線的消毒效果;e.消毒環(huán)境。

　?、茏贤饩€消毒的應(yīng)用

　　由于紫外線消毒的成本較高等原因，一般僅在特殊情況下小規(guī)模使用。

　　以上是關(guān)于消毒的有關(guān)內(nèi)容，由于消毒是城市污水再生利用水質(zhì)安全保障技術(shù)之一，而且在給水工程中也離不開消毒，所以關(guān)于消毒的題目也不少，在環(huán)保師考試中也會經(jīng)常遇到。在今年九月份注冊環(huán)保師的考試中，有一道題是關(guān)于消毒的，題目的大致內(nèi)容是，關(guān)于氯消毒、臭氧消毒和二氧化氯消毒中哪一項是正確的，這道題目比較簡單，只要了解了消毒的方法及每種消毒方法的消毒機(jī)理就能選出正確答案。

　　某一道題目為：下列選項中，不屬于目前用于污水消毒常用消毒劑(或消毒方法)的是( )，A液氯，B紫外線，C石灰，D臭氧，可以看出選項中C石灰不是常用消毒劑，應(yīng)選C。

　　另一道簡單的題目是關(guān)于城市污水的深度處理有的關(guān)內(nèi)容的，題目是：消毒是對( )處理后的城市污水的深度處理，A，一級，B二級，C三級，D初級，教材109頁提到過：“城市污水二級處理后出水經(jīng)相應(yīng)的深度處理工藝后可作為工業(yè)回用水、農(nóng)業(yè)灌溉水、市政用水等，消毒是城市污水再生利用水質(zhì)安全保障技術(shù)之一”，所以說，B“二級”是正確答案。

　　下面一道題是關(guān)于消毒的不定項選擇題：常用的化學(xué)消毒劑包括( )，A氯氣，B臭氧，C次氯酸鈉，D漂白粉，可以看出四個選項中的氯氣、臭氧、次氯酸鈉和漂白粉都是常用的化學(xué)消毒劑，所以應(yīng)該選A、B、C、D為正確答案。