饮用水消毒技术

2019/8/181第18章消毒（Disinfection）18.1氯消毒18.2其他消毒法2019/8/182水传疾病病原体病原体主要疾病主要贮主及来源细菌伤寒沙门氏菌副伤寒沙门氏菌其他沙门氏菌志贺氏菌霍乱弧菌肠病原埃希氏大肠菌小结肠炎耶尔森氏菌空肠弯曲杆菌嗜肺军团菌及有关细菌结核分支杆菌其他（非典型）分支杆菌机会致病菌伤寒副伤寒沙门氏菌细菌性痢疾霍乱胃肠炎胃肠炎胃肠炎军团病结核病肺病多种人类粪便人类粪便人类及动物粪便人类粪便人类粪便人类粪便人类及动物粪便人类及动物（？）粪便富热水体人类呼吸道渗出物土壤及水天然水体2019/8/183水传疾病病原体病原体主要疾病主要贮主及来源肠病毒肠病毒脊髓灰质炎病毒柯萨奇甲型病毒柯萨奇乙型病毒埃可病毒其他肠病毒呼吸道肠道弧病毒轮状病毒腺病毒甲型肝炎病毒Norwalk及有关肠胃病毒脊髓灰质炎无菌性脑膜炎无菌性脑膜炎无菌性脑膜炎大脑炎轻上呼吸道及胃肠病胃肠炎上呼吸道及胃肠病传染性肝炎胃肠炎人类粪便人类粪便人类粪便人类粪便人类粪便人类粪便人类及动物粪便人类粪便人类粪便人类粪便2019/8/184水传疾病病原体病原体主要疾病主要贮主及来源原生动物卡氏棘变形虫结肠肠袋虫隐孢子虫痢疾内变形虫表吮贾第虫福氏纳归虫蓝藻水华鱼腥藻铜锈微囊藻水华束丝藻裂须藻阿米巴氏脑膜脑炎小袋虫病隐孢子虫病阿米巴氏痢疾贾第虫病原发性阿米巴脑膜炎肠胃炎肠胃炎肠胃炎肠胃炎土壤及水人类粪便人类及动物粪便人类粪便人类及动物粪便土壤及水天然水体天然水体天然水体天然水体2019/8/1851946-1980年美国水传疾病暴发统计致病因素次数病例致病因素次数病例细菌类弯曲杆菌巴斯德氏菌钩端螺旋体大肠埃希氏菌志贺氏菌沙门氏菌小计病毒类微小似病毒肝炎病毒221561751461068380069118613086185903668231472262小儿麻痹病毒小计寄生虫类内变形虫贾第虫小计化学物类无机物有机物小计未定性总计179642482921493506721654257919734197138912753616849391504752019/8/1861971-1985年美国给水系统水传疾病暴发统计水传疾病次数病例数水传疾病次数病例数胃肠炎（未定性）贾第虫病化学药品中毒志贺氏菌痢疾甲型肝炎病毒性肠炎弯曲杆菌病沙门氏菌病25192503323201110614782436537745783737625449832300伤寒病耶尔森氏菌病胃肠炎隐孢子虫病霍乱皮炎阿米巴氏病总计52111115022821031000117173141112282019/8/187为了保障人民的身体健康，防止水致疾病的传播，饮用水中不应含有致病微生物，其中主要是指细菌性病原微生物和病毒性病原微生物。2019/8/188作用：消除水中致病微生物的致病作用,保证人民身体健康。方法：氯及氯化物消毒，臭氧消毒、紫外线消毒及某些重金属离子消毒等。2019/8/189生活饮用水卫生标准GB5749-2006细菌总数不超过100MPN或CFU/mL，总大肠菌群每100mL水样中不得检出，耐热大肠菌群每100mL水样中不得检出。大肠埃希氏菌每100mL水样中不得检出。游离余氯，在与水接触30分钟后应不低于0.3mg/L，小于4mg/L，管网末梢水应不低于0.05mg/L（适用于加氯消毒）。中国消毒水质标准2019/8/181018.1氯消毒特点：杀菌能力强，又持续杀菌能力，应用广泛，技术成熟，消毒系统和运行费用低廉。18.1.1氯消毒原理（一）原水中不含氨氮氯易溶于水（20℃和98kPa时，溶解度为7160mg/L）。当氯溶解在清水中时，下列两个反应几乎同时发生：HClHOClOHCl22OClHHOClHOClOClHK12019/8/1811表1不同温度下次氯酸离解平衡常数温度(℃)0510152025K1×10-8(mol/L)2.02.32.63.03.33.7HOClOClHK12019/8/18120456789101110080604020020406080100HOCL(%)OCL-(%)0℃20℃图18-1不同pH值和水温时，水中HOCL和OCL的比例pH水中HOCl与OCl-的相对比例取决于温度和pH值。2019/8/1813主要通过HOCl起作用。HOCl为很小的中性分子，能扩散到带负电的细菌表面，并通过细菌的细胞壁穿透到细菌内部。当HOCl分子到达细菌内部时，能起氧化作用破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。OCl-虽亦具有杀菌能力的有效氯，但带有负电，难于接近带负电的细菌表面，杀菌能力比HOCl差得多。生产实践表明，pH值越低则消毒作用越强，证明HOCl是消毒的主要因素。氯消毒原理2019/8/1814(二)当水中有氨存在时，会发生如下反应：当水中含有氨氮成分或向水中投加氨时，起主要消毒作用的依然是HOCl。氯加入水中产生如下反应：Cl2+H2OHOCl+HClNH3+HOClNH2Cl+H2ONH2Cl+HOClNHCl2+H2ONHCl2+HOClNCl3+H2O反应后，HOCl、一氯胺、二氯胺、三氯胺的含量与其比例取决于氯、氨的相对浓度、pH值和温度。PH9，一氯氨占优势PH=7时，一氯氨和二氯氨同时存在PH6.5时，二氯氨占优势PH4.5三氯氨占优势2019/8/1815氯氨的消毒也是依靠HOCl，只有HOCl消耗得差不多时，反应才会向左移动。继续产生消毒所需的HOCl。因此，采用氯氨消毒需要较长的接触时间。水中所含的氯以氯胺存在时，称为化合性余氯。HOCl和OCl-都有氧化能力，称为自由氯。自由性余氯比化合性余氯消毒效果要高的多。在三种氯氨中，二氯氨消毒效果最好。但有嗅味。三氯氨消毒作用极差，且有恶嗅味。2019/8/1816当水中存在氯氨或同时向水中投加氯氨时，消毒作用较缓慢，需要较长的接触时间。根据实验结果，用氯消毒，5分钟内可杀灭细菌达99%以上；用氯氨消毒时，相同条件下，5分钟内仅达60%，接触时间延长到十几小时，才能达到99%以上的灭菌效果。2019/8/181718.1.2加氯量加氯量＝需氯量＋余氯量需氯量：指用于灭活水中微生物、氧化有机物和还原性物质等所消耗的部分。余氯：为了抑制水中残余病原微生物的再度繁殖，管网中尚需维持少量剩余氯。包括自由性余氯和化合性余氯。我国要求：出厂水自由性余氯≮0.3mg/L;出厂水化合性余氯≮0.5～3.0mg/L管网末梢自由性余氯≮0.05mg/L自由性余氯：Cl2、HOCl、OCl-化合性余氯：NH2Cl、NHCl2、NCl32019/8/18180M12图18-2加氯量与余氯关系加氯量（mg/L)余氯（mg/L）加氯量与余氯量的关系①无耗氯物质加氯量=余氯量②有耗氯物质，但无氨氮化合物需氯量满足后，随着加氯量的增加，余氯量增加。a1a2b2a:余氯量b:需氯量2019/8/1819（1）水中有机物与氯作用的速度不同，在测定余氯时，部分有机物尚在与氯作用中。（2）水中部分余氯会自动分解，如次氯酸受水中某些杂质或光线的作用，产生如下催化分解：2HOCl→2HCl+O2曲线2与横坐标交角小于45°原因2019/8/1820③当水中有机物主要是氨氮化合物时第一区：OA段，投加的氯都被水中有机物消耗掉了，余氯量为零。第二区：AH段，氯与氨反应，有化合性余氯存在（主要是NH2Cl），故有一定消毒效果。第三区：HB段，继续产生化合性余氯，并且随着加氯量增加，发生下列反应：2NH2Cl+HOCl→N2↑+3HCl+H2O余氯量反而减少，最后到达B点。第四区：水中已没有消耗氯的物质，出现自由性余氯。此段效果最好。2019/8/18212314a3a2a4b1b2b3b4余氯（mg/L）加氯量（mg/L)ABCH0自由余氯化合余氯图18-3折点加氯2019/8/18223.折点氯化折点氯化——加氯量超过折点B点所需氯量。（可降低色度，去除臭味，降低有机物含量，提高混凝效果。）生产实践经验表明原水游离氨0.3mg/l：加氯量控制在折点后原水游离氨0.5mg/l：加氯量控制在峰点前原水游离氨0.3—0.5mg/l之间，难掌握。缺乏实验资料的情况下地面水→混凝→沉淀→过滤，或清洁地下水，1.0—1.5mg/l地面水→混凝→沉淀1.5—2.5mg/l2019/8/182318.1.3加氯点1.滤后氯化在滤池出水口、清水池进口处、滤池至清水池管道上。适用：原水水质较好，处理后水中有机物、细菌大部分被去除，加氯量很少，满足余氯要求。2.滤前氯化或预氯化在投加混凝剂的同时投加氯（助凝剂）。有以下作用：氧化有机物，高色度水，提高混凝效果FeSO4，加Cl2，氧化成三价Fe，促进凝聚作用防止构筑物内孳生青苔，延长氯胺消毒的接触时间，使加氯量维持在AH段，节省加氯量。3.中途补充加氯管网长时，管网末梢余氯难于保证时，需要中途加氯，还可防止水厂出水余氯过高。2019/8/182418.1.4加氯设备、加氯间和氯库1.加氯机：作用是安全准确地将来自氯瓶中的氯输送到加氯点。有手动加氯机和自动加氯机。加氯机的台数：至少两台，分别由两根加氯管线通至加氯点，互为备用。加氯机的台数按最大加氯量计算，每台加氯机的设计加氯量为25%—75%投加范围，但备用不少于1台。加氯管：氯气管一般为紫铜管、无缝钢管和塑料管液氯管——塑料管、ABS、UPVC2019/8/18252.氯瓶是一种钢制的承压容器。干燥的气体和液氯的化学活动性很小，没有腐蚀性，但遇水或受潮化学活动性增强，会严重腐蚀金属，因此，必须严格防止水或潮气进入钢瓶，液氯气化时，要吸收大量的热，生产上常用自来水浇洒在氯瓶的外壳上以供给热量。氯气有毒，运行时要防止漏气。立式氯瓶使用时要竖放，出氯口在上。卧式氯瓶有两个出氯口，使用时务必要放得使两个出氯口的连线垂直于水平面，上面一个出氯口为气态氯，并注意将上面出氯口与加滤机相连接。2019/8/18263.加氯间：可以和氯库合建，是安置加氯设备的操作间。加氯间的位置：位于主导风向下风向，与经常有人值班的车间保持20—30m以上距离，并尽量靠近加氯点。安全措施：采用机械通风，换气量8-12次/h与任何工作间隔开加氯间门朝外开，并单独开门加氯间内设事故坑，坑内有石灰水加氯间外备有防毒面具、抢修设备和医用材料、门口有紧急喷水软管。4.氯库：是储备氯瓶的仓库。加氯间与氯库应有通风、照明、防火、保温、报警、事故处理等措施。2019/8/182718.2其它消毒方法18.2.1二氧化氯消毒性质：二氧化氯（ClO2）在常温常压下是一种黄绿色气体。具有与氯相似的刺激性气味，沸点11℃，凝固点-59℃，极不稳定，气态和液态ClO2均易爆炸。ClO2易溶于水，其溶解度约为氯的5倍。ClO2水溶液的颜色随浓度增加而由黄绿色转为橙色。与氯气不同，它在水中不水解，也不聚合，在pH2-9范围内以一种溶解的气体存在，具有一定的挥发性。制备：（1）用亚氯酸钠（NaClO2）和氯（Cl2）制取2019/8/1828（2）用酸与亚氯酸钠反应制取3、作用机理ClO2既是消毒剂又是氧化能力很强的氧化剂，对细菌的细胞具有较强的吸附和穿透能力，能有效地破坏细菌内含巯（qiu，-SH）基的酶；可快速控制微生物蛋白质的合成，强行掠夺电子，使之成为失去活性和改变性质的物质，从而达到消毒灭菌和除臭的目的，故二氧化氯对细菌、病毒等有很强的灭活能力。2019/8/1829由于细菌、病毒、真菌都是单细胞的低级生物，其酶系分布于膜表面，易受到二氧化氯的攻击而失活。人和动物细胞，酶系藏于细胞器之中而受到保护系统的保护，二氧化氯难以和酶直接接触，即使二氧化氯能透过细胞膜，也很快被细胞内保护系统提供的电子使二氧化氯得到电子而失去氧化功能，从而避免了二氧化氯对酶系的攻击破坏。这里明确地揭示了二氧化氯对微生物的广谱高效杀菌作用，而对人和动物却是安全无害的。2019/8/1830•消毒能力比氯强，故在相同条件下，投加量比Cl2少；•Cl