16消毒

1第六章消毒(disinfection)第1节概述一、消毒定义：将水体中的病原微生物(pathogenicorganisms)灭活，使之减少到可以接受的程度。人体内致病微生物主要包括：病菌(bacteria)、原生动物胞囊（protozoanoocystsandcysts）、病毒（viruses）（如传染性肝炎病毒、脑膜炎病毒）等。消毒与灭菌(sterilization)不同：灭菌是消灭所有活的生物。评价指标：（生活饮用水卫生规范，卫生部,2001.6）细菌总数：100个/mL总大肠菌群：每100mL水样中不得检出粪大肠菌群：每100mL水样中不得检出二、消毒简史1854年JohnSnow在伦敦发现霍乱（cholera）与饮用水密切相关1881年Koch发现氯可以杀死细菌1902年比利时的Middleheike市首次在公共水处理中采用氯消毒三、消毒方法：化学药剂（氧化剂等）物理法（热和光）机械法（格网、膜）辐射（射线、电子束）四、消毒机理可能有以下几个方面的作用：(1)破坏细胞壁；(2)改变细胞通透性：（3）改变微生物的DNA或RNA；(4)抑制酶的活性第2节氯消毒氯化作用（chlorination）常用作消毒的同义词。一、氯消毒原理氯易溶于水中，在清水中，发生下列反应：Cl2+H2OHOCl+H++Cl-HOClH++OCl-HOCl和OCl-的比例与水中温度和pH有关。pH高时，OCl-较多。pH9，OCl-接近100%。pH6，HOCl接近100%。pH=7.54,[HOCl]=[OCl-]HOCl和OCl-都有氧化能力，但细菌是带负电的，所以一般认为主要是通过HOCl的作用来消毒的。只有它才能扩散到细菌表面，并穿透细胞壁到细菌内部，破坏细菌酶系统。实2践也表明pH越低，消毒作用越强。有关氯消毒理论仍有待研究。如果有氨存在：NH3+HOClNH2Cl+H2ONH2Cl+HOClNHCl2+H2ONHCl2+HOClNCl3+H2O其比例与pH有关。pH9，一氯胺占优势pH为7时，一氯胺和二氯胺同时存在。pH6.5时，二氯胺pH4.5三氯胺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。因此，有氯胺存在时，消毒作用比较缓慢。如氯消毒5分钟，杀灭细菌99％以上，而用氯胺消毒，相同条件下仅杀灭50％。三种氯胺中，二氯胺消毒效果最好，但有嗅味。三氯胺消毒作用极差，且有恶嗅味。自由性或游离性氯（freeavailablechlorine）：HOCl、OCl－化合性氯或结合性氯（combinedavailablechlorine）：二、消毒动力学1.接触时间的影响：在一定消毒剂的浓度下，消毒速度可用Chick定律（1908年）表示：-dN/dt＝kNN：t时刻活的微生物数目；k：反应速率常数；t：反应时间kteNN0ktNNt0ln2.浓度的影响（modifiedChick/WatsonEquation）tCkNNn'ln0k’：比反应速率常数)]ln('1ln[1ln1ln0NNkntnCt在给定的灭活率条件下，在log-log坐标上，作C和t之间的关系，可求得nn=1浓度和时间都同等影响3n1浓度影响大n1时间影响大在一般情况下，可以视n=1。CT值作为消毒剂消毒能力的判断指标。三、加氯量加氯量＝需氯量＋余氯需氯量：灭活水中微生物、氧化有机物和还原性物质所消耗的部分。余氯：出厂水接触30分后余氯不低于0.3mg/L；在管网末梢不应低于0.05mg/L。加氯曲线：水中无任何微生物、有机物等，加氯量＝余氯，图18－2中的①水中有机物较少时，需氯量满足以后就是余氯。图18－2中的②当水中的污染物主要是氨和氮化合物时，情况复杂。见图18－3。H：峰点B：折点4OA段：水中杂质把氯消耗光。AH段：氯与氨反应，有余氯存在，有一定消毒效果，但余氯为化合性氯，其主要成分是一氯氨。HB段：仍然是化合性余氯，加氯量继续增加，氯氨被氧化成不起消毒作用的化合物，余氯反而减少。BC段：B点以后，出现自由性余氯。加氯量超过折点需要量：折点氯化当原水游离氨0.3mg/L时→→加氯量控制在折点后当原水游离氨0.5mg/L时→→加氯量控制在峰点前四、加氯点：滤后加氯滤前加氯――混凝剂投加时加氯，提高混凝效果。管网中途加氯五、加氯设备与工艺1.加氯设备一般用氯气：有毒气体，在6－8气压下变成液氯使用时采用氯瓶。干燥氯气和液氯对钢瓶无腐蚀作用，但遇水或受潮则会严重腐蚀金属。因此，必须严格防止水和潮气进入氯瓶。加氯机：转子加氯机2.加氯工艺5六、氯化消毒副产物有机物与氯生成有机氯化物，三卤甲烷。我国新标准规定了三卤甲烷(THMs)浓度，包括：氯仿、溴仿、二溴一氯甲烷和一溴二氯甲烷四种物质。1993年美国制订的消毒剂－消毒副产物方案中建议：THMs80g/L，卤乙酸（HAAS）：一共五种（一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸、二溴乙酸），五种之和在1997年低于60g/L，2000年低于30g/L。第3节其它消毒法一、氯氨消毒优点：水中含有有机物和酚时，氯氨消毒不会产生氯臭和氯酚臭，大大减少了THMs的产生，能保持水中余氯较久。但作用缓慢，杀菌能力比自由氯弱。单独使用的情况较少。人工投加氨可以是液氨、硫酸氨或氯化氨。氯和氨的投加量视水质不同而有所不同。一般采用氯：氨＝3：1～6：1采用氯氨消毒时，一般先加氨，再加氯。二、二氧化氯消毒ClO2在常温下是一种黄绿色气体，具有刺激性。溶解度是氯的5倍。极不稳定，气态和液态ClO2均易爆炸。故必须以水溶液的形式现场制取。制取方法：亚氯酸钠和氯制取：Cl2+H2O→HOCl+HClHOCl+HCl+2NaClO2→2ClO2+2NaCl+H2O用酸与亚氯酸钠制取:5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2OClO2既是消毒剂又是氧化能力很强的氧化剂。6对细菌的细胞具有较强的吸附和穿透能力，灭活能力强。不会与水中有机物作用生成有机氯化物。甚至本身的氧化能力能去除THMs前驱体。ClO2消毒能力比氯强。ClO2不水解，消毒受pH影响较小。ClO2余量能在管网中保持很长的时间。作为氧化剂，能去除或降低水的色度等。但ClO2本身和副产物ClO2－对人体血红细胞有损害。有报道认为还对人的神经系统及生殖系统有损害。三、臭氧消毒作用：既是氧化剂，又是消毒剂，渗入细胞壁。作为消毒剂，不会产生三卤甲烷副产物，杀菌和氧化能力比氯强。但由于臭氧在水中不稳定，易散失，因此在O3之后，往往需要投加少量的氯等。欧洲普遍用臭氧处理饮用水，在美国也逐渐流行。但近年来臭氧化的副作用也开始引起人们的关注。水中大分子物质变成分子较小的中间产物，可能有毒性。或者中间产物和氯作用后致突变反而增强。四、其它次氯酸钠消毒：次氯酸钠发生器食盐电解：NaCl+H2ONaOCl+H2紫外线消毒：消毒速度快，几十秒钟即能杀菌；不影响水的物理和化学性质；操作简单电化学消毒：消毒效率高第4节污水消毒污水经一级或二级处理以后，水质大大改善，细菌含量也幅度降低，但细菌的绝对值仍很高，并存在有病原菌的可能。因此在排放之前或回用之前，应进行消毒。一般采用氯消毒：Cl2污水→混合池→接触池→排放加氯量：一般城市污水二级处理出水：加5－10mg/L接触时间：30分，余氯量：0.5mg/L污水消毒的特点：一般氨氮含量高，因此一般为化合性余氯有机氯化物的产生问题。