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1、第五章第五章 消毒消毒消除致病微生物：病菌、病毒、原生动物胞囊消除致病微生物：病菌、病毒、原生动物胞囊等。等。水的消毒方法有：水的消毒方法有：氯及氯化物消毒，臭氧消毒，紫外线氯及氯化物消毒，臭氧消毒，紫外线消毒及某些重金属离子消毒等。消毒及某些重金属离子消毒等。125-1 5-1 氯消毒氯消毒一、氯消毒原理一、氯消毒原理1.1.原水中不含氨氮成分：原水中不含氨氮成分：氯容易溶解于水（氯容易溶解于水（2020C C和和98KPa(198KPa(1个大气压）时，个大气压）时，溶解度溶解度7160mg/L),7160mg/L),当氯溶解在清水中时，下列两个当氯溶解在清水中时，下列两个反应几乎瞬时发生
2、：反应几乎瞬时发生：3HOClHOCl和和OClOCl-的比例与水中的比例与水中温度和温度和pHpH有关。有关。pH pH高时，高时，OClOCl-较多。较多。pH9 pH9，OClOCl-接近接近100%100%。pH6 pH9 pH9，一氯胺占优势，一氯胺占优势 pH pH为为7 7时，一氯胺和二氯胺同时存在。时，一氯胺和二氯胺同时存在。pH6.5 pH6.5时，二氯胺时，二氯胺 pH4.5 pH4.5 三氯胺三氯胺 7 消毒原理消毒原理 氯氨的消毒也是依靠氯氨的消毒也是依靠HOClHOCl。只有。只有HOClHOCl消耗得差不消耗得差不多时，反应才会向左移动。多时，反应才会向左移动。因此
3、，有氯胺存在时，消毒作用比较缓慢。因此，有氯胺存在时，消毒作用比较缓慢。如：氯消毒如：氯消毒5 5分钟，杀灭细菌分钟，杀灭细菌9999以上，而用氯胺消以上，而用氯胺消毒，相同条件下仅杀灭毒，相同条件下仅杀灭5050。三种氯胺中，二氯胺消毒效果最好，但有嗅味。三三种氯胺中，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。氯胺消毒作用极差，且有恶嗅味。氯的存在形式氯的存在形式:自由性或游离性氯（自由性或游离性氯（free available chlorinefree available chlorine）化合性氯或结合性氯（化合性氯或结合性氯（combined available c
4、ombined available chlorinechlorine）8加氯量和余氯量之间的关加氯量和余氯量之间的关系：系：1.1.如水中无细菌、有机如水中无细菌、有机物和还原性物质时物和还原性物质时，则，则需氯量为需氯量为0 0，加氯量等于，加氯量等于剩余氯量，该线与坐标剩余氯量，该线与坐标 轴成轴成4545角。（图中虚角。（图中虚线）线）2.2.当原水已受到有机当原水已受到有机物、细菌物染物、细菌物染，氧化这，氧化这些有机物需消耗一定的些有机物需消耗一定的CLCL2 2量量,即需氯量。加即需氯量。加CLCL2 2量须超过所需氯量，才量须超过所需氯量，才能保证一定的剩余能保证一定的剩余CLC
5、L2 2 ，即图中实线。即图中实线。10 3.3.当水中的有机物当水中的有机物主要是氨和氮化合物主要是氨和氮化合物时，时，情况比较复杂。情况比较复杂。当起始的需氯量当起始的需氯量OAOA满满足以后，足以后，CLCL2 2量增加，量增加，剩余剩余CLCL2 2也增加（也增加（AHAH段），到某一加氯量段），到某一加氯量后，虽然后，虽然CLCL2 2增加，增加，余余CLCL2 2量反而下降量反而下降（HBHB段），直到段），直到B B点，点，称为折点，称为折点，此后，剩此后，剩余余CLCL2 2又随着加又随着加CLCL2 2量量的增加而上升，如的增加而上升，如BCBC段。段。11BCBC段，已没有
6、消耗段，已没有消耗CLCL2 2的杂质了，此时出现自由性余氯，的杂质了，此时出现自由性余氯，消毒效果最好。消毒效果最好。加氯量超过折点需要量：折点氯化加氯量超过折点需要量：折点氯化 当原水游离氨当原水游离氨0.3mg/L0.5mg/L0.5mg/L时时加氯量控制在峰点前加氯量控制在峰点前三、加氯点三、加氯点 滤后加氯滤后加氯 滤前加氯滤前加氯混凝剂投加时加氯，提高混凝效果。混凝剂投加时加氯，提高混凝效果。管网中途加氯管网中途加氯 13November 2002Gao J.F.CEEE;BJPU15 一、二氧化氯消毒一、二氧化氯消毒 二、氯氨消毒二、氯氨消毒三、臭氧消毒三、臭氧消毒 四、次氯酸钠
7、消毒四、次氯酸钠消毒 五、紫外线消毒五、紫外线消毒 5-2 其它消毒方法1516 一、二氧化氯消毒一、二氧化氯消毒二氧化氯二氧化氯(Chlorine Dioxide)(Chlorine Dioxide)是世界卫生组织确认的是世界卫生组织确认的AIAI级高效、广谱、安全的杀菌剂，也是国际社会公认的级高效、广谱、安全的杀菌剂，也是国际社会公认的氯系列消毒剂最理想的换代产品。氯系列消毒剂最理想的换代产品。1.1.二氧化氯的理化性质二氧化氯的理化性质 气体颜色随浓度增大，从绿黄色至橙色，具有与氯气体颜色随浓度增大，从绿黄色至橙色，具有与氯气相似的窒息性臭味，比氯气更刺激、更毒。气相似的窒息性臭味，比氯
8、气更刺激、更毒。气体密度为气体密度为3.09g/L(113.09g/L(11，101.325kPa)101.325kPa)，熔点为，熔点为-59-59，沸点为，沸点为10.9(101.325kPa)10.9(101.325kPa)。1618 制取方法制取方法：1 1、（净水处理中常用）（净水处理中常用）亚氯酸钠和氯制取：亚氯酸钠和氯制取：ClCl2 2+H+H2 2O HOCl+HCl O HOCl+HCl HOCl+HCl+2NaClOHOCl+HCl+2NaClO2 2 2 ClO 2 ClO2 2+2NaCl+H+2NaCl+H2 2O O 2 2、（工业中常用）、（工业中常用）用酸与亚
9、氯酸钠制取用酸与亚氯酸钠制取:5NaClO5NaClO2 2+4HCl 4 ClO+4HCl 4 ClO2 2+5NaCl+2H+5NaCl+2H2 2O O 或或10NaClO10NaClO2 2+5H+5H2 2SOSO4 4 8 ClO 8 ClO2 2+5Na+5Na2 2SOSO4 4+4H+4H2 2O O1819 ClOClO2 2的优点：的优点：1 1。既是。既是消毒剂消毒剂又是氧化能力很强的又是氧化能力很强的氧化剂氧化剂。消毒功能消毒功能 *广谱杀菌剂；广谱杀菌剂；对细菌的细胞具有较强的吸对细菌的细胞具有较强的吸附和穿透能力，快速控制微生物蛋白质的合成，附和穿透能力，快速控制
10、微生物蛋白质的合成，灭活能力强。灭活能力强。*ClOClO2 2消毒能力比氯强，相同条件下，用量消毒能力比氯强，相同条件下，用量比氯少。比氯少。*不会与水中有机物作用生成有机氯化物。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甚至本身的氧化能力能去除THMsTHMs前体。前体。*ClOClO2 2不水解，消毒受不水解，消毒受pHpH影响较小。影响较小。*ClOClO2 2余量能在管网中保持很长的时间。余量能在管网中保持很长的时间。1920 氧化剂功能氧化剂功能能去除或降低水的色、嗅、铁、锰能去除或降低水的色、嗅、铁、锰等。等。水中少量的水中少量的S S2-2-、SOSO3 32
11、-2-、SnOSnO2 22-2-、AsOAsO3 32-2-、SbOSbO3 32-2-、S S2 2O O3 32-2-、NO2NO2和和CNCN-等还原性酸根均可被氧化去除。水中一等还原性酸根均可被氧化去除。水中一些还原状态的金属离子些还原状态的金属离子Fe2+Fe2+、Mn2+Mn2+、Ni2+Ni2+等也能被氧化，等也能被氧化，此外二氧化氯还可将以有机键络合形式存在的此外二氧化氯还可将以有机键络合形式存在的Mn2+Mn2+、Fe2+Fe2+氧化氧化.对水中残存有机物的氧化，二氧化氯比氯气要优对水中残存有机物的氧化，二氧化氯比氯气要优越。越。20ClOClO2 2的缺点：的缺点：ClO
12、 ClO2 2本身和副产物本身和副产物ClOClO2 2-，对人体血红，对人体血红细胞有损害。有报道认为还对人的神经系统细胞有损害。有报道认为还对人的神经系统及生殖系统有损害。及生殖系统有损害。美国：美国：水中剩余水中剩余ClOClO2 2和和ClOClO2 2-等总量等总量1.0mg/L1.0mg/L我国：未规定我国：未规定 消毒消毒1.0-2.0mg/L1.0-2.0mg/L2122 二、氯氨消毒二、氯氨消毒灭活机理与氯相似，杀菌能力弱于氯。灭活机理与氯相似，杀菌能力弱于氯。优点：优点：水中含有有机物和酚时，氯氨消毒不会产生氯臭和氯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
13、少了酚臭，大大减少了THMsTHMs的产生，能保持水中余氯较久。的产生，能保持水中余氯较久。缺点：缺点：但作用缓慢，杀菌能力比自由氯弱。但作用缓慢，杀菌能力比自由氯弱。单独使用的情况较少。适用于供水管网较长的情况。单独使用的情况较少。适用于供水管网较长的情况。由于杀菌力弱，现在采用氯胺消毒水厂还不多。由于杀菌力弱，现在采用氯胺消毒水厂还不多。人工投加氨可以是人工投加氨可以是液氨、硫酸氨或氯化氨。液氨、硫酸氨或氯化氨。氯和氨的氯和氨的投加量投加量视水质不同而有所不同。一般采用氯：视水质不同而有所不同。一般采用氯：氨氨3 3：1 16 6：1 1 采用氯氨消毒时，一般先加氨，再加氯。采用氯氨消毒时
14、，一般先加氨，再加氯。22四、漂白粉消毒四、漂白粉消毒2425 1.1.基本性质基本性质 臭氧的分子式为臭氧的分子式为O O3 3，在常温常压下是淡蓝色的具有在常温常压下是淡蓝色的具有强烈刺激性的气体强烈刺激性的气体，具有特异的臭味，能够刺激口、，具有特异的臭味，能够刺激口、鼻等器官的粘膜。鼻等器官的粘膜。臭氧的氧化力较强，臭氧的氧化力较强，密度是空气的密度是空气的1.71.7倍倍，沸点为，沸点为-112-112，融点为，融点为-19.3-19.3。臭氧溶于水，在空气和水臭氧溶于水，在空气和水中均易分解消失。中均易分解消失。臭氧臭氧对人体健康有影响对人体健康有影响，空气中臭氧浓度达到，空气中臭
15、氧浓度达到1000mg/L1000mg/L既有生命危险，故在水处理中散发的臭氧尾既有生命危险，故在水处理中散发的臭氧尾气必须处理。气必须处理。五、臭氧消毒五、臭氧消毒2526 2.2.制备：制备：臭氧可用光化学反应、电解反应、放电反应制臭氧可用光化学反应、电解反应、放电反应制备，备，现广泛使用现广泛使用空气或纯氧通过臭氧发生器高空气或纯氧通过臭氧发生器高压放电制备压放电制备。通过玻璃一类的诱电体放电，氧在电通过玻璃一类的诱电体放电，氧在电极之间通过，即转换为臭氧。极之间通过，即转换为臭氧。由臭氧发生器产生的臭氧化空气进入接触由臭氧发生器产生的臭氧化空气进入接触池与待处理水充分混合，需通过扩散器
16、分散于池与待处理水充分混合，需通过扩散器分散于水中。水中。扩散器用陶瓷或聚氯乙烯微孔塑料或不锈钢制成。扩散器用陶瓷或聚氯乙烯微孔塑料或不锈钢制成。臭氧消毒迅速，接触时间可采用臭氧消毒迅速，接触时间可采用15min15min，能够维持的剩，能够维持的剩余臭氧量为余臭氧量为0.4mg0.4mgL L。接触池排出的剩余臭氧，具有。接触池排出的剩余臭氧，具有腐蚀性，因此需作消除处理。腐蚀性，因此需作消除处理。臭氧不能贮存，需现场边发生边使用。臭氧不能贮存，需现场边发生边使用。2628 臭氧消毒原理臭氧消毒原理 臭氧由臭氧由3 3个氧原子组成，臭氧极不稳定，分解时产生原个氧原子组成，臭氧极不稳定，分解时
17、产生原生态氧。生态氧。O O 具有极强的氧化能力，是氟以外的最活泼的具有极强的氧化能力，是氟以外的最活泼的氧化剂，对具有顽强抵抗力的微生物如病毒、芽孢等都氧化剂，对具有顽强抵抗力的微生物如病毒、芽孢等都有强大的杀伤力。有强大的杀伤力。OO除具有强的杀伤力，还具有很强除具有强的杀伤力，还具有很强的渗入细胞壁的能力，从而破坏细菌有机体链状结构导的渗入细胞壁的能力，从而破坏细菌有机体链状结构导致细菌的死亡。致细菌的死亡。作为消毒剂，由于臭氧在水中不稳定，易消失，故在作为消毒剂，由于臭氧在水中不稳定，易消失，故在臭氧消毒后，臭氧消毒后，往往需投加少量氯、二氧化氯或氯胺以维往往需投加少量氯、二氧化氯或氯
18、胺以维持水中剩余消毒剂。持水中剩余消毒剂。28臭氧消毒的优点：臭氧消毒的优点：不会产生三卤甲烷等副产物，杀菌和氧化能力均比不会产生三卤甲烷等副产物，杀菌和氧化能力均比氯强。氯强。臭氧消毒的主要缺点：臭氧消毒的主要缺点：1.1.基本建设的投资大、电耗量大、推广受限制。基本建设的投资大、电耗量大、推广受限制。2.O2.O3 3不能在配水管网中保持杀菌能力，因不能在配水管网中保持杀菌能力，因O O3 3在水中不稳定，在水中不稳定，容易消失。容易消失。3.3.不能储存，需边生产边使用。不能储存，需边生产边使用。4.4.当水量和水质发生变化时，调节投加量比较困难。当水量和水质发生变化时，调节投加量比较困
19、难。5 5、臭氧对有机物的氧化，难于达到形成、臭氧对有机物的氧化，难于达到形成COCO2 2和和H H2 2O O的完全无的完全无机化阶段，只能进行部分氧化，形成中间产物。机化阶段，只能进行部分氧化，形成中间产物。2931 五、紫外线消毒五、紫外线消毒原理水银灯发出的紫外光，能穿透细胞壁并与细胞质反应而达到消毒的目的。紫外光波长为25003600埃的杀菌能力最强。因为紫外光需照透水层才能起消毒作用，故污水中的悬浮物、浊度，有机物和氨氮都会干扰紫外光的传播，因此处理水水质，光传播系数越高，紫外线消毒的效果也越好。紫外线消毒的工艺流程见下图。3132 紫外线光源是高压石英水银灯，杀菌设备主要有两种
20、：浸水式把石英灯管置于水中，把石英灯管置于水中，此法的特点是紫外线利用率此法的特点是紫外线利用率较高，杀菌效能好，但设备较高，杀菌效能好，但设备的构造较复杂。的构造较复杂。水面式的构造简单，但由于的构造简单，但由于反光罩吸收紫外光线以及光反光罩吸收紫外光线以及光线散射，杀菌效果不如前者。线散射，杀菌效果不如前者。紫紫外线消毒工艺外线消毒工艺照射池水处理水电能32November 2002Gao J.F.CEEE;BJPU33 紫外线消毒与液氯消毒比较紫外线消毒与液氯消毒比较，具有如下，具有如下优点优点：(1)(1)消毒速度快，效率高。据试验结果证实，经消毒速度快，效率高。据试验结果证实，经紫外
21、线照射几十秒钟即能杀菌。一般大肠肝菌的平紫外线照射几十秒钟即能杀菌。一般大肠肝菌的平均去除率可达均去除率可达9898，细菌总数的平均去除率为，细菌总数的平均去除率为96.696.6。此外还能去除液氯法难以杀死的芽孢与病毒；。此外还能去除液氯法难以杀死的芽孢与病毒；(2)(2)不影响水的物理性质和化学成分，不增加水不影响水的物理性质和化学成分，不增加水的嗅和味；的嗅和味；(3)(3)操作简单，便于管理，易于实现自动化。操作简单，便于管理，易于实现自动化。紫外线消毒的缺点是：不能解决消毒后在管网中再污染问题，电耗较大，水中悬浮杂质妨碍光线透射等。33November 2002Gao J.F.CEE
22、E;BJPU34 紫外线消毒灯34液氯液氯臭氧臭氧紫外线紫外线二氧化氯二氧化氯处理时处理时间间 10-3010-30分钟分钟 5-105-10分钟分钟 最小最小 比液氯稍快比液氯稍快 对病毒对病毒有效性有效性 有一些有一些 有有 有一些有一些 有一些有一些 设备投设备投资资 最低最低 液氯液氯5 5倍以上倍以上 比臭氧高比臭氧高 比液氯高，比其它方法低许多比液氯高，比其它方法低许多 运行费运行费用用 最低最低 比液氯高比液氯高 与臭氧类似与臭氧类似 比液氯高，比其它方法稍低比液氯高，比其它方法稍低 优点优点 价廉，技术成价廉，技术成熟，有保护性熟，有保护性余氯，有持续余氯，有持续杀菌的能力。杀
23、菌的能力。除色臭味快，广谱杀除色臭味快，广谱杀菌消毒，消毒效率可菌消毒，消毒效率可达一般氯消毒的达一般氯消毒的1515倍。倍。无二次污染无二次污染 杀菌效应快，杀菌效应快，不用药剂不用药剂 价廉，可现场制造，技术已趋价廉，可现场制造，技术已趋成熟。可充分除菌，并可降解成熟。可充分除菌，并可降解水中残留的少量污染物。有持水中残留的少量污染物。有持续杀菌能力。续杀菌能力。缺点缺点 对病毒无效，对病毒无效，其氧化产物对其氧化产物对人体有害，并人体有害，并有刺激气味和有刺激气味和损害人体皮肤。损害人体皮肤。价较贵，无保护性余价较贵，无保护性余量，无持续杀菌能力。量，无持续杀菌能力。安全要求高。安全要求
24、高。价贵，无持续价贵，无持续杀菌能力，对杀菌能力，对水的前处理要水的前处理要求高。求高。穿透力弱。穿透力弱。对病毒无效对病毒无效;气态的二氧化氯是气态的二氧化氯是剧毒的化合物，对人体有害，剧毒的化合物，对人体有害，且与液氯一样会有致癌的二次且与液氯一样会有致癌的二次污染物产生。污染物产生。适合处适合处理类型理类型所有类型的污所有类型的污水处理或给水水处理或给水处理处理适合所有场合水处理适合所有场合水处理的杀菌和消毒；空气的杀菌和消毒；空气消毒；器械表面消毒消毒；器械表面消毒不适合污水处不适合污水处理；简单空气理；简单空气杀菌杀菌 所有类型的污水处理或给水处所有类型的污水处理或给水处理理 几种消毒剂的性能比较几种消毒剂的性能比较35复习题P3681-736