论文部分内容阅读
为了使水质符合细菌学标准，水经过滤后还必须消毒。某些地下水可不经净化处理，但通常仍需消毒。
饮水消毒剂的选择，应考虑以下因素：①杀灭病原体的效果；②控制和监测的难易；③剩余消毒剂的有无；④对水的感官性状的影响；⑤副产物对健康的影响，以及预防或消除的可能性；⑥经济技术上的可行性。
为了方便叙述，以下将氯胺消毒放在氯消毒项下一并介绍。
1.氯化消毒(氯消毒)
氯在常温下为黄绿色气体，具有强烈刺激性及特殊臭味，氧化能力很强。在6、7个大气压下，可变成液态氯，体积缩小457倍。液态氯灌入钢瓶，有利于贮存和运输。
除氯外，漂白粉[Ca(OCl)Cl)和漂粉精][Ca(OCl)2]等也能用于消毒。含氯化合物中，氯的价数大于一l者，称为有效氯，具有杀菌作用。漂白粉含有效氯约为30％，漂粉精约含60-70%。
1.1氯消毒原理：氯溶于水后起下列反应：
C12+H20——HOCl+H++Cl-。
HOCl=====H++OCl-
漂白粉在水中也能水解成次氯酸,氯的杀菌作用，主要是次氯酸体积小，不荷电，易穿过细胞壁；同时，它又是一种强氧化剂，能损害细胞膜，使蛋白质、RNA和DNA等物质释出，并影响多种酶系统(主要是磷酸葡萄糖脱氢酶的巯基被氧化破坏)，从而使细菌死亡。氯对病毒的作用，在于对核酸的致死性损害。上述反应是可逆反应，因而一氯胺和二氯胺的杀菌原理仍是次氯酸的作用，只是在次氯酸被消耗后，反应才向左进行；氯胺本身也有杀菌作用，但需较高的浓度和接触时间。
1.2影响氯消毒的因素
①加氯量和接触时间：加氯量除需满足需氯量外，尚应有一定量的剩余氯。需氯量是指因灭菌、氧化有机物和还原性无机物以及某些氯化反应等所消耗的氯量。所需余氯量的多少，与余氯性质有关。就游离性余氯而言(指HOCl和OCl—)，则要求接触30分钟后，有0．3-0．5mg／L余氯；对于化合性余氯(指NH2Cl和NHCl2)，要求接触1-2小时后，有1-2mg／L。
②水的pH值：次氯酸是弱电解质，其离解程度取决于水温和水的pH值。在0℃和20℃下，不同pH值时HOCl和OCl-的比例。可见，当pH值＜6．0时，HOCl接近100％；pH＝7．5时，HOCl和OCl-大致相等；pH＞9十，OCl-接近100％。HOGI的杀菌效率约较OCl-高80倍。因此，消毒时水的pH值不宜太高。
用漂白粉消毒时，因同时产生Ca(OH)2，可使pH值升高。故当漂白粉因保存不当或放置过久而使有效氯含量降低时，消毒效果会受影响。
二氯胺的殺菌效果较一氯胺高，三氯胺则几乎无杀菌作用。它们之间的生成量比例，取决于氨和氯的相对浓度、pH值和温度等因素。一般而言，当pH＞7时，一氯胺的生成量较多；pH＝7．0时，一氯胺和二氯胺近似相等；pH＜6．5时，主要为二氯胺；三氯胺只有当pH＜4.4时才存在。因二氯胺很臭，故主要应以一氯胺消毒。
③水温：水温高，杀菌效果好。水温每提高10℃，病菌杀灭率约提高2、3倍。
④水的浑浊度：悬游颗粒对消毒的影响，因颗粒性质、微生物种类而不同。如粘土颗粒吸附微生物后，对消毒效果影响甚小，而粪尿中的细胞碎片、或污水中的有机颗粒与微生物结合后，会使后者获得明显的保护作用。病毒因体积小，表面积大，易被吸附成团，因而颗粒对病毒的保护作用较细菌大。
⑤水中微生物的种类和数量：不同微生物对氯的耐受性不尽相同。但概括地说，除腺病毒外，肠道病毒对氯的耐受性较肠道病原菌强。
1.3氯消毒方法
①普通氯化消毒：是指水的需氯量较低，且基本无氨，用少量氯即可达到消毒目的的一种消毒法。
②氯胺消毒法：本法相当于前述加氯量控制在C点前的消毒，不同的只是人为地加氨(液氨、硫酸铵或氯化铵)。
③折点消毒法：本法的优点是：消毒效果可靠；能明显降低锰、铁、酚和有机物含量；并具有降低臭味和色度的作用。
④过量氯消毒法：当有机污染严重，或需在短时间内达到消毒目的时，可加过量氯于水中，使余氯达到1-5mg／L。消毒后的水，需用S02、亚硫酸钠或活性炭脱氯。
1.4加氯设备
大中型水厂一般均用液氯。氯的投加设备种类很多，常用的有真空加氯机和转子加氯机。来自氯瓶的氯气首先进入旋风分离器，以分离悬浮杂质；再通过弹簧膜阀、控制阀、转子流量计和中转玻璃罩，以调控和测定加氯量；然后氯气经水射器与压力水混合、溶解，并被输送至加氯点。
1.5氯化副产物的防治
概括地说，可采用以下措施：尽可能选择有机前体物含量低的水源；加强混凝沉淀和过滤等净化措施，并防止藻类在此等构筑物内的生长，以降低有机前体物的含量；改善氯化方法，如避免预氯化，采用中途加氯等，以减少氯化副产物的形成；采用颗粒活性炭滤池过滤，以去除氯化副产物。
2.二氧化氯消毒
C102是橙黄色气体，在大气压下，液化温度为9．7℃。C102易挥发，遇光又易分解成C10和[o]，故需在临用时就地制备。C10：易溶于水，其水溶液在密闭、避光条件下保存于冷处很稳定，如轻度酸化，则更稳定。C102水溶液常按下列反应制备：
2NaClO2十C12—2C102十2NaCl。为获得满意的产量，氯溶液的加量应较上述反应式大2—3倍。在此条件下，溶液中有大量氯，且尚有以下副反应：
2C102十HOCl十H20—2C103-十2H+十HCl。
为防止氯化副产物的形成，近年来一直在探索无氯的C102制备法；据报道，如用4g／L浓度的氯溶液，并加入适量盐酸(使制得的C102溶液的pH在2、3范围内)，然后才让氯与亚氯酸钠反应，则产品中的氯很少，并可获得95％的产量。此法制得C102浓度为6-10g／L，应立即稀释成1g／L。使用时，配成6-8mg／l的操作液。
C102的消毒效果及余氯的稳定性，均较氯高，且不受pH值的影响(9H6、10)，不与氨反应，不产生三卤甲烷(有溴离子时除外)和致突变性；C102的氧化能力为氯的2倍，因而对铁、锰、嗅味和色度的去除效果均较氯优。同时；C10s系统和氯化系统在运转上十分类似，因而国外已有不少水厂改用C10：消毒或用于前处理.但clO2消毒的成本较氯和臭氧高。此外，动物实验还揭示：C102及其歧化产物ClO2-和C103-均能引起溶血性贫血和变性血红蛋白血症；C102尚具有降低血清甲状腺素的作用。因此，美国规定，水中C10s的最高污染水平为1mg／L；美国水厂协会建议，管网中cl02和C102-的总浓度不应大于0．5mg／L。
3.臭氧消毒
O3是极强的氧化剂。它在水中的溶解度约较02大13倍。O：极不稳定，需在临用时制备，并立即通入水中。
03消毒的优点是：效果较C102和C12好；用量少；接触时间短，pH值在6-8．5范围内均有效；不影响水的感官性状；除水中有溴离子外，不产生三卤甲烷；用于前处理时尚能促进絮凝和澄清，降低混凝剂用量，并因而能减少化学污泥量。缺点是：投资大，消毒费用也较氯和氯胺高；水中O3不稳定，控制和检测O3均需要一定技术；出厂水无剩余O3(O3对水管腐蚀作用强，也不允许有剩余O3)，故需使用第二消毒剂，以防止细菌后生长；与有机物、铁和锰反应，可产生微絮凝，使水浊度提高。
4.紫外线消毒
波长200-295nm的紫外线具有杀菌作用，其中以波长254nm的紫外线杀菌作用最强。紫外线光源为高压石英水银灯。用于饮水消毒的设备有两种，即浸入式和水面式，前者消毒效率较高，后者构造简单。利用紫外线消毒时，水的色度和浊度要低，水深最好不超过12cm。
5.水质的特殊处理
5.1除臭
因藻类繁殖而产生的臭味，可用C102或CuSO4控制藻类生长；挥发性物质如H2S等产生的臭味，可用曝气法去除；有机污染产生的臭味，可用O3或C102加以处理；原因不明的其他臭味，或用上述方法效果不理想时，可用活性炭吸附处理。
5.2除氟
常用方法有：①吸附过滤法：常用吸附滤料有活性氧化铝和磷酸三钙等。以前者为例,其除氟原理是，氟离子与活性氧化铝中的S042-进行交换.该法要求：滤料粒径为0．5-2．5mm;滤层厚700-1000mm;滤速1．5-2．5m／h。当除氟能力降至出水含氟量不符合要求时，可通入2％硫酸铝溶液进行再生。再生时，滤速采用0．6m／h，过滤6-8分钟。②混凝沉淀法：常用硫酸铝或碱性氯化铝作混凝剂。絮凝体吸附氟后经沉淀或过滤除去。本法简单，但投药量约为含氟量的100-200倍，且效果也不如前法。③电渗析法：本法运行管理简单，不仅对去氟有效，还可改善水质，故近年来应用增加，但成本贵。
5.3除铁和除锰
地下水中的二价铁、锰，可用接触氧化法(即曝气加过滤)去除。曝气的作用有二：一是增加水中的溶解氧量;二是驱除C02，以提高水的pH(如水的碱度不足，尚需加石灰)。二者都有利于二价铁氧化为三价铁。过滤的作用是：除去由三价铁形成的絮凝体；将尚未氧化的二价铁接触吸附于滤料上，使滤料形成铁质滤膜，后者能对二价铁的氧化起催化作用。所以，只有当滤料经过成熟期后，才有良好的除铁效果。
除锰方法同上。锰质滤膜也具催化作用，能加速二价锰氧化成三价和四价锰。如铁、锰含量不高时，上述方法能同时将它们去除。但如二者含量均高时，二价铁会阻碍二价锰的吸附和氧化，因而，除锰效果下降。遇此情况，滤后水需经再次曝气，使水的pH值提高到7．5左右(必要时，曝气后再加石灰)，然后再经过滤。
5.4苦咸水的淡化
在特殊场合必需或只能使用苦咸水和海水作水源时，需经除盐淡化，才能适于饮用。淡化的主要方法有：蒸馏法、离子交换法、反渗透法、电渗析法和冷冻法等。
饮水消毒剂的选择，应考虑以下因素：①杀灭病原体的效果；②控制和监测的难易；③剩余消毒剂的有无；④对水的感官性状的影响；⑤副产物对健康的影响，以及预防或消除的可能性；⑥经济技术上的可行性。
为了方便叙述，以下将氯胺消毒放在氯消毒项下一并介绍。
1.氯化消毒(氯消毒)
氯在常温下为黄绿色气体，具有强烈刺激性及特殊臭味，氧化能力很强。在6、7个大气压下，可变成液态氯，体积缩小457倍。液态氯灌入钢瓶，有利于贮存和运输。
除氯外，漂白粉[Ca(OCl)Cl)和漂粉精][Ca(OCl)2]等也能用于消毒。含氯化合物中，氯的价数大于一l者，称为有效氯，具有杀菌作用。漂白粉含有效氯约为30％，漂粉精约含60-70%。
1.1氯消毒原理：氯溶于水后起下列反应：
C12+H20——HOCl+H++Cl-。
HOCl=====H++OCl-
漂白粉在水中也能水解成次氯酸,氯的杀菌作用，主要是次氯酸体积小，不荷电，易穿过细胞壁；同时，它又是一种强氧化剂，能损害细胞膜，使蛋白质、RNA和DNA等物质释出，并影响多种酶系统(主要是磷酸葡萄糖脱氢酶的巯基被氧化破坏)，从而使细菌死亡。氯对病毒的作用，在于对核酸的致死性损害。上述反应是可逆反应，因而一氯胺和二氯胺的杀菌原理仍是次氯酸的作用，只是在次氯酸被消耗后，反应才向左进行；氯胺本身也有杀菌作用，但需较高的浓度和接触时间。
1.2影响氯消毒的因素
①加氯量和接触时间：加氯量除需满足需氯量外，尚应有一定量的剩余氯。需氯量是指因灭菌、氧化有机物和还原性无机物以及某些氯化反应等所消耗的氯量。所需余氯量的多少，与余氯性质有关。就游离性余氯而言(指HOCl和OCl—)，则要求接触30分钟后，有0．3-0．5mg／L余氯；对于化合性余氯(指NH2Cl和NHCl2)，要求接触1-2小时后，有1-2mg／L。
②水的pH值：次氯酸是弱电解质，其离解程度取决于水温和水的pH值。在0℃和20℃下，不同pH值时HOCl和OCl-的比例。可见，当pH值＜6．0时，HOCl接近100％；pH＝7．5时，HOCl和OCl-大致相等；pH＞9十，OCl-接近100％。HOGI的杀菌效率约较OCl-高80倍。因此，消毒时水的pH值不宜太高。
用漂白粉消毒时，因同时产生Ca(OH)2，可使pH值升高。故当漂白粉因保存不当或放置过久而使有效氯含量降低时，消毒效果会受影响。
二氯胺的殺菌效果较一氯胺高，三氯胺则几乎无杀菌作用。它们之间的生成量比例，取决于氨和氯的相对浓度、pH值和温度等因素。一般而言，当pH＞7时，一氯胺的生成量较多；pH＝7．0时，一氯胺和二氯胺近似相等；pH＜6．5时，主要为二氯胺；三氯胺只有当pH＜4.4时才存在。因二氯胺很臭，故主要应以一氯胺消毒。
③水温：水温高，杀菌效果好。水温每提高10℃，病菌杀灭率约提高2、3倍。
④水的浑浊度：悬游颗粒对消毒的影响，因颗粒性质、微生物种类而不同。如粘土颗粒吸附微生物后，对消毒效果影响甚小，而粪尿中的细胞碎片、或污水中的有机颗粒与微生物结合后，会使后者获得明显的保护作用。病毒因体积小，表面积大，易被吸附成团，因而颗粒对病毒的保护作用较细菌大。
⑤水中微生物的种类和数量：不同微生物对氯的耐受性不尽相同。但概括地说，除腺病毒外，肠道病毒对氯的耐受性较肠道病原菌强。
1.3氯消毒方法
①普通氯化消毒：是指水的需氯量较低，且基本无氨，用少量氯即可达到消毒目的的一种消毒法。
②氯胺消毒法：本法相当于前述加氯量控制在C点前的消毒，不同的只是人为地加氨(液氨、硫酸铵或氯化铵)。
③折点消毒法：本法的优点是：消毒效果可靠；能明显降低锰、铁、酚和有机物含量；并具有降低臭味和色度的作用。
④过量氯消毒法：当有机污染严重，或需在短时间内达到消毒目的时，可加过量氯于水中，使余氯达到1-5mg／L。消毒后的水，需用S02、亚硫酸钠或活性炭脱氯。
1.4加氯设备
大中型水厂一般均用液氯。氯的投加设备种类很多，常用的有真空加氯机和转子加氯机。来自氯瓶的氯气首先进入旋风分离器，以分离悬浮杂质；再通过弹簧膜阀、控制阀、转子流量计和中转玻璃罩，以调控和测定加氯量；然后氯气经水射器与压力水混合、溶解，并被输送至加氯点。
1.5氯化副产物的防治
概括地说，可采用以下措施：尽可能选择有机前体物含量低的水源；加强混凝沉淀和过滤等净化措施，并防止藻类在此等构筑物内的生长，以降低有机前体物的含量；改善氯化方法，如避免预氯化，采用中途加氯等，以减少氯化副产物的形成；采用颗粒活性炭滤池过滤，以去除氯化副产物。
2.二氧化氯消毒
C102是橙黄色气体，在大气压下，液化温度为9．7℃。C102易挥发，遇光又易分解成C10和[o]，故需在临用时就地制备。C10：易溶于水，其水溶液在密闭、避光条件下保存于冷处很稳定，如轻度酸化，则更稳定。C102水溶液常按下列反应制备：
2NaClO2十C12—2C102十2NaCl。为获得满意的产量，氯溶液的加量应较上述反应式大2—3倍。在此条件下，溶液中有大量氯，且尚有以下副反应：
2C102十HOCl十H20—2C103-十2H+十HCl。
为防止氯化副产物的形成，近年来一直在探索无氯的C102制备法；据报道，如用4g／L浓度的氯溶液，并加入适量盐酸(使制得的C102溶液的pH在2、3范围内)，然后才让氯与亚氯酸钠反应，则产品中的氯很少，并可获得95％的产量。此法制得C102浓度为6-10g／L，应立即稀释成1g／L。使用时，配成6-8mg／l的操作液。
C102的消毒效果及余氯的稳定性，均较氯高，且不受pH值的影响(9H6、10)，不与氨反应，不产生三卤甲烷(有溴离子时除外)和致突变性；C102的氧化能力为氯的2倍，因而对铁、锰、嗅味和色度的去除效果均较氯优。同时；C10s系统和氯化系统在运转上十分类似，因而国外已有不少水厂改用C10：消毒或用于前处理.但clO2消毒的成本较氯和臭氧高。此外，动物实验还揭示：C102及其歧化产物ClO2-和C103-均能引起溶血性贫血和变性血红蛋白血症；C102尚具有降低血清甲状腺素的作用。因此，美国规定，水中C10s的最高污染水平为1mg／L；美国水厂协会建议，管网中cl02和C102-的总浓度不应大于0．5mg／L。
3.臭氧消毒
O3是极强的氧化剂。它在水中的溶解度约较02大13倍。O：极不稳定，需在临用时制备，并立即通入水中。
03消毒的优点是：效果较C102和C12好；用量少；接触时间短，pH值在6-8．5范围内均有效；不影响水的感官性状；除水中有溴离子外，不产生三卤甲烷；用于前处理时尚能促进絮凝和澄清，降低混凝剂用量，并因而能减少化学污泥量。缺点是：投资大，消毒费用也较氯和氯胺高；水中O3不稳定，控制和检测O3均需要一定技术；出厂水无剩余O3(O3对水管腐蚀作用强，也不允许有剩余O3)，故需使用第二消毒剂，以防止细菌后生长；与有机物、铁和锰反应，可产生微絮凝，使水浊度提高。
4.紫外线消毒
波长200-295nm的紫外线具有杀菌作用，其中以波长254nm的紫外线杀菌作用最强。紫外线光源为高压石英水银灯。用于饮水消毒的设备有两种，即浸入式和水面式，前者消毒效率较高，后者构造简单。利用紫外线消毒时，水的色度和浊度要低，水深最好不超过12cm。
5.水质的特殊处理
5.1除臭
因藻类繁殖而产生的臭味，可用C102或CuSO4控制藻类生长；挥发性物质如H2S等产生的臭味，可用曝气法去除；有机污染产生的臭味，可用O3或C102加以处理；原因不明的其他臭味，或用上述方法效果不理想时，可用活性炭吸附处理。
5.2除氟
常用方法有：①吸附过滤法：常用吸附滤料有活性氧化铝和磷酸三钙等。以前者为例,其除氟原理是，氟离子与活性氧化铝中的S042-进行交换.该法要求：滤料粒径为0．5-2．5mm;滤层厚700-1000mm;滤速1．5-2．5m／h。当除氟能力降至出水含氟量不符合要求时，可通入2％硫酸铝溶液进行再生。再生时，滤速采用0．6m／h，过滤6-8分钟。②混凝沉淀法：常用硫酸铝或碱性氯化铝作混凝剂。絮凝体吸附氟后经沉淀或过滤除去。本法简单，但投药量约为含氟量的100-200倍，且效果也不如前法。③电渗析法：本法运行管理简单，不仅对去氟有效，还可改善水质，故近年来应用增加，但成本贵。
5.3除铁和除锰
地下水中的二价铁、锰，可用接触氧化法(即曝气加过滤)去除。曝气的作用有二：一是增加水中的溶解氧量;二是驱除C02，以提高水的pH(如水的碱度不足，尚需加石灰)。二者都有利于二价铁氧化为三价铁。过滤的作用是：除去由三价铁形成的絮凝体；将尚未氧化的二价铁接触吸附于滤料上，使滤料形成铁质滤膜，后者能对二价铁的氧化起催化作用。所以，只有当滤料经过成熟期后，才有良好的除铁效果。
除锰方法同上。锰质滤膜也具催化作用，能加速二价锰氧化成三价和四价锰。如铁、锰含量不高时，上述方法能同时将它们去除。但如二者含量均高时，二价铁会阻碍二价锰的吸附和氧化，因而，除锰效果下降。遇此情况，滤后水需经再次曝气，使水的pH值提高到7．5左右(必要时，曝气后再加石灰)，然后再经过滤。
5.4苦咸水的淡化
在特殊场合必需或只能使用苦咸水和海水作水源时，需经除盐淡化，才能适于饮用。淡化的主要方法有：蒸馏法、离子交换法、反渗透法、电渗析法和冷冻法等。