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自来水厂常用的几种水处理消毒技术

文章来源:给排水处理技术与应用 发布时间:2020-01-01 08:06:18 阅读次数:736 次 [关闭]

(一)水处理需要消毒的原因

城镇供水所用的水源,一般为地面水或地下水。任何地面水或多或少都受到生活污水和工业废水的污染,就是已经通过混凝沉淀、过滤等净化处理,但也不能把有害的细菌、病原菌及其它微生物完全去除。水源是地下水时,水质虽然较好,但也会受到不同程度的污染,尤其是浅层地下水,容易受到周围环境、特别是生活污水的影响和污染,这些有害的细菌,成为人体有害的传播介质。同时,自来水在输送和贮存过程中,可能会受到细菌污染,为了保障人民的身体健康,防止水致疾病的的传播,使供水水质达到GB5749―2006《生活饮用水卫生标准》,必须采用消毒来保证水质,通过消毒处理后的自来水可以控制消除水中的病原菌、病毒和其他致病性病菌传播的问题,《生活饮用水卫生标准》中要求消毒液与水的接触时间不少于30分钟后,出厂水及给水管道的管网末梢水维持一定的余氯就可以保证饮用水的安全。

(二)氯消毒技术的应用

到目前为止, 自来水厂主要以氯为消毒剂,可用来消除水中的细菌和有机物,氯加到水中后生成的次氯酸HOCL和次氯酸根OCL,而氯能起到消毒作用的主要成分是次氯酸HOCL,次氯酸HOCL是很小的中性分子,容易扩散到带负电的细菌表面,并通过细菌壁到细菌内部,因氧化作用破坏了细菌的酶系统,因酶是促进葡萄糖吸收和新陈代谢作用的催化剂,从而使细菌死亡;次氯酸根OCL也具有杀菌能力,但因带有负电,不容易接近带负电的细菌表面,杀菌能力比HOCL差得多。

氯消毒主要受到加氯量、氯与水的接触时间、水的浑浊度、水的PH值、水温、氨氮含量等因素的影响。

1.液氯消毒

采用氯瓶贮存液氯进行消毒,在常温下,当按规定打开 氯阀时,液态氯变成气态氯,氯气是一种氧化能力很强的黄 绿色有毒气体,是一种具有特殊强烈刺鼻味的窒息性气体。 加氯气消毒的原理:

(i)当水中无氨氮存在时,反应式是: 

CL2+ tl20 H HOCL+ HCL HOCL ―- H + OCL
氯消毒的作用主要是次氯酸HOCL,并不是氯气本身。

(2)当水中存在氨氮,则产生如下反应: 

CLz+NH3一HCL+NH2CL(一氯胺) 

2CL +NH。一HCL+NHCL (二氯胺) 

3CLz+NH3一HCL+NCL。(三氯胺)
从上述三个反应式中可见,在含氨氮的原水中,随着加 氯量的不断增加氯胺的性质产生变化,分别生成一氯胺 NH CL、二氯胺NHCL 、三氯胺NCL。氯胺的消毒作用比次氯酸 要慢的多。 

2.次氯酸钠消毒

次氯酸钠内的有效氯,因容易受日光、温度的影响而分 解,所以采用次氯酸钠发生器就地制造、应用。次氯酸钠发 生器利用钛阳极电解食盐水而产生次氯酸钠,起反应式为: 

NaCl+ H20 ―+ NaCl0 + H2

次氯酸钠在水溶液中的反应式为: 

NaCIO ― Na + OCI一 0C1一+H20 + HOCL 十0H一

由发生器生产出的次氯酸钠,是淡黄色透明液体,次氯酸钠的灭菌原理主要是通过它的水解形成次氯酸HOCL,次氯酸进行消毒。 

3.氯胺消毒

当原水有机物较多,含氨量高,给水管网中藻类和细菌有再生长的可能,要达到出厂水全部都是游离氯确实有困难,或者需要减轻或避免自来水中的氯酚臭味时,可以考虑使用氯胺消毒。氯胺消毒是同时向水中加氯和加氨,氨可以是液氨、硫酸铵或氯化铵溶液;一般重量比控制在氨:氯=1:3或1:6,在水位高时可取1:3,在水温低时1:6;除了控制加氯量和加氨量外,还要注意投药的顺序,一般是“先氯后氨”。氯和氨作用后生成氯胺,如果天然水中含有氨氮,也可和氯反应生成氯胺。氯胺消毒的杀菌持续时间长,所以当给水管和给水管网很长时,可防止细菌在管网中再度生长,但氯胺是逐渐放出次氯酸,其杀菌能力远比游离氯差,所以需要有2小时以上的接触时间。

4.漂白粉消毒

漂白粉是氯气和石灰加工而成,其组织复杂,/分子式一般可写成Ca(OC1) ,含氯量为25%~30%,漂白精的分子式为Ca(0C1)z,含氯量为50%~60%,易受光、热和潮气作用而分解,含氯量随之降低,贮藏在干燥和通风处。漂白粉与水作用的反应式为:
Ca(0C1)2+2H 0― 2HOCL+Ca(OH)2+CaCl2 消毒原理与氯相同。

(三)二氧化氯消毒技术的应用

近年来, 自来水厂陆续采用了二氧化氯发生器,由发生器生产出的二氧化氯溶液对自来水进行消毒,二氧化氯是黄绿色气体有一种辛辣的气味,在水溶液中相当稳定,可作为消毒剂安全使用。它的水溶液颜色和浓度有关,低浓度时为黄绿色,高浓度时为桔红色。是一种高效氧化剂,有强大的去色和漂白能力。 二氧化氯发生器,是一种运行成本很低、药物投加准确、消毒效果极佳的设备,不含制氯厂出品的那些复杂甚至有害的成份,使用氯酸钠与盐酸定量滴定,控制反应生成量的办法来实现,其总反应表达如下: 

NaC10 + 2HCl― NaC1+C12 f + 1/2C102 f + 2H20

对经水传播的病原微生物,包括病毒、牙孢及水路系统中的异氧菌、硫酸盐还原菌和真菌均有很好的消毒效果。它主要的作用是对细胞壁有较好的吸附和透过性,可有效地氧化细胞内含基的酶,并可快速地控制微生物蛋白质的合成。二氧化氯先同水发生反应产生亚氯酸HC102,亚氯酸是一种相当弱的弱酸,具有氧化漂白作用。
2C102+ H20 ― HCIO2+ HCIO3

二氧化氯被认为是氯消毒剂的理想替代品。二氧化氯的消毒机理主要是通过吸附、渗透作用,进入细胞体,氧化细胞内酶系统和生物大分子,较好地杀灭细菌、病毒,且不对动、植物产生损伤,杀菌作用持续时间长,受PH影响不敏感。二氧化氯与水中有机物的反应为氧化作用,而氯则以取代反应为主。

(四)臭氧消毒技术的应用

臭氧一种强氧化剂、消毒剂和杀病毒剂,化学分子式是03,它是淡蓝色、强烈刺激性有毒气体,具强氧化性,可自动分解为氧气,属易燃易爆品。臭氧常用空气作为原料制备,空气须先经过净化和干燥处理以提高臭氧生产率,防止设备积垢,和降低能量消耗,经过净化和干燥过的空气,进入臭氧发生系统,制备臭氧,臭氧在水中的溶解度有限,必须有臭氧和水的接触室,以及尾气回收利用和处置设备,才能提高使用效率。但由于臭氧制取设备复杂,投资大,运行费用高,一直没有得到普遍推广。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,通过氧化来破坏微生物的结构,达到消毒的目的。因此消毒效果与其氧化还原电位直接相关。由于臭氧分子不稳定,易自行分解,在水中保留时间很短,小于3O分钟,因此不能维持管网持续的消毒效率,而且臭氧消毒产生溴酸盐、醛、酮等副产物,其中溴酸盐在水质标准中有规定,醛、酮等副产物部分是有害健康的化合物,部分使管网水生物稳定性下降,因此臭氧消毒在使用中受到一定的限制。对于大、中型管网系统,采用臭氧消毒时必须依靠氯来维持管网中持续的消毒效果。

(五)紫外线消毒技术的应用

氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒是化学法消毒,而紫外线则是物理消毒,紫外线是指电磁波波长处于200~380nm的光波,紫外线消毒机理与其它氧化剂不同,是利用波长254nm及其附近波长区域对微生物DNA的破坏,阻止蛋白质合成而使细菌不能繁殖。由于紫外线对隐孢子虫的高效杀灭作用和不产生副产物,紫外线消毒在给水处理中显示了很好的市场潜力。因为氯消毒不能有效杀灭隐孢子虫卵囊,而紫外线对隐孢子虫卵囊有很好杀灭效果。而且在常规消毒剂量范围内紫外线消毒不产生有害副产物,但紫外线消毒不能维持管网内持续的消毒效果,在大型水厂的应用必须跟氯结合,其使用目前还受到一定限制。

(六)各种消毒技术的优缺点及其适用条件见下表

(七)结语

在氯、二氧化氯、臭氧和紫外线等主流消毒技术中,紫外线及其组合消毒技术由于其消毒效率高,不产生消毒副产物或产生的消毒副产物少在给水处理中将有很好的前途。为综合利用不同消毒技术的优点,采用由不同消毒技术的优点,采用由不同消毒技术结合的组合工艺和多级屏障消毒技术将是未来发展趋势。



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