水的消毒

[拼音]：shui de xiaodu

[外文]：disinfection of water

用化学和物理方法杀灭生活用水、城市污水和工业废水中的病原体（病原菌、病毒和寄生虫卵），以防止疾病传染，维护人群健康。

水处理过程中的氯化消毒是最通用的最重要的消毒步骤，但是在此以前的其他处理步骤也能有效地去除病原体。例如，废水的二级处理出水用混凝沉淀法能去除病菌和病毒 99.845％，而混凝沉淀-过滤法的去除率达99.985％。石灰混凝沉淀已被证明在高pH值条件下能有效地去除病毒并使其失去活性。氯化消毒能保证更彻底地杀灭病原体，水中的余氯还具有持续消毒作用。

有实用价值的消毒方法如下：物理消毒法，如加热法，γ辐射、紫外线照射法等；化学消毒法，如投加重金属离子（如银和铜），投加碱或酸，投加表面活性化学剂，投加氧化剂（氯及其化合物、溴、碘、臭氧）等。在这些方法中，以氧化剂消毒应用最广，其中以氯及其化合物消毒尤为通用，其次是臭氧消毒。紫外线照射法和投加溴、碘及其化合物的方法用于小规模水厂和特殊设施（如游泳池）用水的消毒。

消毒剂是通过与病原体细胞在新陈代谢过程中所必需的酶作用，使酶失去活性而导致细胞死亡的。因为酶是在细胞原生质内产生的，所以对病菌的化学消毒在理论上是分两步进行的：穿透细胞壁；与细胞中的酶反应。

给水和废水的化学消毒效果主要取决于如下三个因素：病原体的性质及其在水中的浓度、分布和状态；消毒剂及其在水中的反应产物的性质、分布和浓度；水的性质和状况。

氯化消毒

可用氯和次氯酸盐。氯加入水中，会发生如下的水解和电离反应而形成次氯酸(HOCl)和次氯酸根(OCl-)：

Cl2+H2O匑HOCl+H++Cl-

HOCl匑H++OCl-

HOCl是中性分子，可以扩散到带负电的细菌表面，并穿透细胞壁进入细菌内部起氧化作用，破坏细菌的酶系统使细菌死亡。OCl-也具有杀菌能力，但带负电，难以接近带负电的细菌。HOCl和OCl-的杀菌效果在试验的条件下大致为80:1。HOCl和OCl-在不同pH值下的分配率如图1。控制水的pH值，以保持水中HOCl较高的百分率，能获得较好的消毒效果。

图 图

上面所说的是在没有氨氮的水中的氯消毒状况。实际上待消毒的水大多含有氨氮，向这种水中投氯后，水中氯和氮化合物的最重要的反应，是次氯酸与氨的反应。这是一个分段反应过程：

Cl2+H2O匑HOCl+HCl

NH3+HOCl*Cl+H2O

NH2Cl+HOCl*+H2O

NHCl2+HOCl*+H2O在pH值大于9时，几乎只生成一氯胺；在pH值约为7.5时，一氯胺和二氯胺数量几乎相同：在pH值小于6.5时，二氯胺占优势；三氯胺只有在pH值低于 4.5时才存在。在水中有氯胺存在时，HOCl仍起着消毒作用，到水中的HOCl消耗完了后，反应才向左进行，继续生成HOCl。因此，水中有氮化合物时，会使消毒过程变慢。

氯同氨的克分子比大于1时，发生氨的氧化和氯的还原；两者的克分子比为2:1左右时，能发生基本上完全的氧化还原反应，并且经过一定的时间，导致氨和起氧化作用的氯完全从溶液中消失，此点称为折点。然后随着投氯量增加，水中的剩余有效氯才逐渐增加（图2）。

图

在折点前氯化的剩余氯是化合态的有效余氯，而在折点后氯化的剩余氯则是游离态的有效余氯，这时消毒效果最好。

在折点以后继续投氯，称为折点氯化。由图可知，这种方法的氯耗量明显增大，但对污染较严重的水的去污消毒效果十分显著，除杀灭细菌外，还可以降低水的色度，去除恶臭，去除锰、铁，去除酚及其他有机污染物，并可控制藻类繁殖。采用折点加氯消毒后往往要有脱氯措施。脱氯可采用化学药剂法（投加二氧化硫，亚硫酸钠）和活性炭吸附法等。

二氧化氯虽然不属于有效氯化合物（凡是水解形成次氯酸者）家族，但是氧化能力约为有效氯的2.5倍，能在较宽的pH值范围内，包括在高pH值环境中比有效氯更迅速地杀灭细菌和孢子。此外，它还能有效地去除色、臭、味、锰、铁、酚及氯酚化合物和藻类。二氧化氯与有效氯不同，在水溶液中不会与氨反应，也不会与有机物反应生成三卤代甲烷(THM)类化合物(其中有些被怀疑为致癌物质)。因此，用二氧化氯代替有效氯进行消毒，近年来受到普遍的重视。

臭氧消毒

臭氧不稳定，不能贮存，故只能现场制造和应用。臭氧消毒的独特优点在于它能高速和高效地杀灭病菌和病毒，消除囊孢。此外，它能氧化许多种有机化合物，而且臭氧分解后的唯一产物是氧。消毒作用在很宽的温度和pH值范围内有效。缺点是电耗大、费用大、没有持续的剩余消毒作用。

在大多数情况下，对低浊度（≤1度）和低有机物的水消毒，臭氧化5分钟后的臭氧剩余量为0.1毫克／升即可满足要求。达到这一剩余量的臭氧投量，取决于预处理的程度。在给水处理中，其投量范围一般为1.5～3毫克／升；而在废水的高级处理中，为使每100毫升水中的大肠杆菌含量降至2.2个以下，每升水需要的臭氧投量约为15毫克。

紫外线消毒

紫外线是由低压汞蒸汽灯产生的，其波长为2000～3000埃，而波长为2537埃左右的紫外线杀菌作用最大。由紫外线消毒的水必须以尽可能薄的水层，围绕紫外线灯流动，水必须完全清彻。波长2537埃的紫外线的衰减系数，对过滤水为0.03每厘米，而未过滤水为0.2每厘米。

一支25瓦的紫外灯每小时大约可消毒2000升水，消毒过程中水层厚度为15～20厘米。紫外线照射分别达到3000、1500和750毫瓦·秒／厘米2时，大肠杆菌的死亡率分别为99.99％、99.00％和90.00％。

参考书目
  1. Degremont，Memento Technique d'L'eau，Chapitre15，“；Oxydation　Desinfection”；，Techniques & Documentation，Paris，1978.
  2. G.L.Culp， G. M. Wesner & R. L. Culp，AdvancedWastewater Treatment，Chapter 6，“Disinfection”，VNR，New York，1979.

参考文章