华北理工水质工程学Ⅰ课件18消毒

1、第十八章 消毒目的：消除水中的致病微生物的致病作用。 细菌性病源微生物水中致病微生物 （病源性病菌） 病毒性病源微生物 （病源性病毒）源水中的微生物，大多附着在悬浮颗粒上， 水处理（沉淀，过滤）已将绝大多数的微生物去除了，但还没达到饮用水标准，要进一步消毒。1、目的：消除水中的致病微生物的致病作用。2、指标：细菌总数：不超过 100 个/mL 大肠菌群：不超过 3 个/L3、方法： 物理法：加热，紫外线照射 化学法：加药剂（主要是氯消毒） 问题：受到有机污染的水与氯反应会产生三氯甲烷CHCl3（氯仿）。氯仿是致癌物！其危害现有争议。已经有国家禁用氯消毒。18-1 氯消毒一、氯消毒原理：氯Cl2

2、是强氧化剂起氧化作用。1、原水中不含氨氮时： Cl2+H2O HOCl+HCl (歧化反应) Ki 为平衡常数 OCl+H+Cl2，HOCl；OCl称为自由性余氯。Ki与温度有关P360表18-1（不同温度平衡常数有变化） 称：HOCl、OCl （次氯酸和次氯酸根）为自由性氯或有效氯。 它可通过细菌细胞壁，在细胞内起氧化作用破坏细菌的酶系统，使细菌被杀死（失去生命能力）。细菌一般带负电，所以HOCl杀菌效果比OCl好。所以应控制PH值低一些。证明：PH高，OClHOCl 。 PH低, HOCl OCl t=20时，PH9,OCl接近100%。PH=7.54时, HOCl OCl。PH6时, H

3、OCl接近100% 2、水中实际存在氨氮：（有机污染使水含有氨氮） Cl2+H2O HOCl+HCl NH3+HOCl NH2Cl+H2O NH2Cl+HOCl NHCl2+H2O 有臭味 NHCl2+HOCl NCl3+H2O 有恶臭味 其平衡是与PH值及温度有关。 PH9 一氯胺占优势。 PH7.0 一氯胺、二氯胺同时存在， 近似等量。 PH6.5 二氯胺占优势。 PH4.5 三氯胺NCl3存在（挥发性）。 水中氯胺的作用：消减消毒强度，使HOCl浓度低，消毒作用渐缓。使接触消毒时间增长。 氯消毒： 5min 可杀99% 氯胺消毒： 5min 达60% 几小时后 达99%ii消毒作用时间长

4、：维护余氯持久。 管网末梢要求的游离性余氯不低于 0.05mg/L。 管网很大时：可采用氯胺消毒。后面会讲到iii消毒作用： （NHCl2NH2ClNCl3）化合性氯 有臭味 消毒作用最差有恶臭味二、加氯量： 需氯量：用于杀死细菌，氧化有机物，1、氯量 和还原性物质所消耗的部分。 余氯：为了抑制水中残存细菌的再度 繁殖，管网中所需少量的剩余氯。 自由性余氯：Cl2；HOCl；OCl 。 余氯 NH2Cl 化合性余氯： NHCl2 NCl3 （1）抑制细菌的再度繁殖2、余氯的作用： （杀菌作用） （2）预示再次污染的信号。 余氯量：出厂水：0.34mg/l 管网末梢：0.05mg/l3、加氯量与

5、余氯量的关系。水中无细菌；有机物。 加入水中的氯全为余氯。水中有细菌有机物，无氨氮： i OM需氯量,杀细菌氧 化有机物用量。 ii OM= OM量； AB余氯量。OMBA45 BM两部分：一部分与氯反应慢的在测余氯时仍在（氧化有机物；杀菌）与氯反应； 水中余氯受一些杂质和光线作用会分解 2HOCl 2HCl+O2 3、水中存在有机物、细 菌、氨氮时：1区：OA需氯量 余氯量为零，加氯量b1全部与有机物和杀菌作用耗尽。消毒效果不可靠。2区：AH有一定的余氯量a2 (化合性余氯) OA需氯量 b2 一部分分解： 2HOCl2HCl+O2 （ b2 OA） 一部分反应慢的有机物与氯反应。 （如：C

6、+2Cl2+2H2O4HCl+CO2） a2余氯量。加氯量 3区：HB余氯量a3(化合性余氯如NH2Cl，NHCl2) b2 OA+(b2-OA) b3 b3b2 2NH2Cl+HOClN2+3HCl+H2O 所耗氯量 加氯量越多，耗氯量越多，余氯a3越少。 4区：BC段过了折点B（称为加氯折点），称为折点氯化。完全没有消耗氯的杂质了，出现了自由性余氯。 自由性余氯：HOCl、OCl、Cl2余氯 化合性余氯（如：NH2Cl， NHCl2RNClx） NH2Cl 浓度低到一定程度不再消耗氯。 4、生产上消毒的加氯量： 原水游离氨0.3mg/l 时， 加氯点在4区折点加氯消毒。 原水游离氨0.5m

7、g/l 时， 加氯点可在3区，但要近折点（化合性余 氯量已足够消毒）。但要视管网的大小， 保证末梢余氯。 原水游离氨 0.30.5mg/l 时， 难控制，即要节省氯，又要杀菌可靠。可 在4区近折点。经验： 一般地表水，混凝、沉淀、过滤后 加氯量1.01.5mg/l 或清洁地下水 地表水，混凝、沉淀：1.52.5mg/l5、折点加氯消毒的其它效果：（氯的氧化作用） 降低色度（氧化）；去除恶臭（氧化）；降低有机物含量（氧化）；提高混凝效果（氧化了某些干扰物质）。三、加氯位置：（加氯点一般常指在加氯曲线中的位置是加氯量的意思）1、滤后加氯：常用的消毒方式，节省氯效果好，饮用水加氯的常规形式。 2、

8、混凝前加氯：称为滤前加氯， 可提高混凝效果。氧化了水中的有机物，去除色度。可氧化硫酸亚铁，将二价铁氧化成三价铁，提高混凝效果，防止混凝、沉淀、过滤设施长青苔。 对混凝又称为：滤前氧化或预氯化。 延长了接触消毒的时间，可省加氯量，加氯点在AH段。但不能保证管网末梢余氯。3、管网中途补充加氯： 出厂水：余氯量1mg/l 管网末梢： 余氯量0.05mg/l管网太大时这两项不能同时满足，要在中途加氯，在加压泵站或水池泵站中补充加氯。四、加氯设备和加氯间（一）、加氯机：1、种类：转子加氯机；真空加氯机。 （二）氯瓶、氯库和加氯间1、氯瓶的使用要求：（属于压力容器） 必须有一定的余压（0.1MPa） ，防

9、止潮湿空气进入氯瓶。（氯遇水会有很强的腐蚀性） 2、氯库：与加氯间可分建也可合建，多为合建，氯气有腐蚀性（空气中有水）又有毒，比重大，易溶于水，常有泄漏现象发生，安全问题非常重要。常设计一个水池，当有泄漏氯瓶时，将其推入水池内。 现在常用碱吸收塔。 氯库要求存有一定量的氯瓶。 3、加氯间：安置：加氯机，正在工作的氯瓶，测量氯量的磅秤。值班室，放置防毒设备等。应设计在位于水厂主导风向的下游（一旦漏氯，对人造成危害小的位置）要求：设有安全报警，事故处理设施。氯吸收塔用碱中和吸收；用水溶解Cl2通风（氯气量）照明（防爆）防火，保温。18-2 其它消毒法一、二氧化氯消毒ClO21、特点：易溶于水（氯气

10、的五倍）在水中呈溶解态，不与水反应是强氧化剂，其消毒作用受PH值影响极小，在高PH值条件下，消毒能力比氯强。ClO2易挥发，（不能曝气）易爆炸（防爆要求高。不能高温，曝光，不能与易燃物接触）不易运输，常现场制备。2、消毒原理：ClO2是中性的,对细胞有较强的吸附和穿透能力，能氧化破坏含巯基的酶（由氢硫组成的一价原子团，也称氢硫基）。可快速抑制微生物蛋白质的合成；对细菌病毒灭活能力强；ClO2的氧化作用还能去除THM3（总卤甲烷，包括氯仿）有人研究ClO2投量过高也会产生某些致突变物。3、ClO2制取方法： 用亚氯酸钠（NaClO2）和氯（Cl2）制取。 Cl2+H2OHOCl+HCl + HO

11、Cl+HCl+2NaClO22ClO2+2NaCl+H2O Cl2+2NaClO22ClO2+2NaCl在一个内填瓷环的圆柱形反应器中制取为了加快反应速度， 不按1mmol氯：2mmol 亚氯酸钠投料,氯投量 加多，但不可过多， 会产生氯仿，也可能 不会像加氯那样严重。用酸与亚氯酸钠反应制取 用盐酸制备： 5NaClO2+4HCl4ClO2+5NaCl+2H2O用硫酸制备： 10NaClO2+5H2SO48ClO2+5NaSO4+4H2O！硫酸不能与固态NaClO2 接触，否则会发生爆炸。！反应物浓度过高 也会发生爆炸！4、特点：不能贮存；生产成本高；防爆要求高；有广谱杀菌能力；杀菌能力强，作

12、用时间短； （ 0.25mg/l ；15s，杀菌可达99%）水处理中无致癌的氯仿。二、氯胺消毒1、特点： 当水中含有有机物和酚时，氯胺消毒不会产生氯臭和氯酚臭，可减少产生THMs(总卤甲烷)的可能性。 保持水中余氯较久，适用于管网长的情况。 杀菌能力弱。2、制备： 水 液氨 硫酸铵(NH4)2SO4 溶液 氯化铵NH4Cl 加氯 当防止氯臭为主要目的，氯：氮=3:16:1 氯氨比例小些 当杀菌和维持余氯为目的 时氯氨比例大些。 3、投加顺序：氯胺消毒：投氨加氯 贮水池 接触池维持余氯 加氯 加胺 接触池（贮水池） 管网三、漂白粉消毒适用：小水厂和临时性给水。1、原理： 2CaOCl2+2H2O

13、2HOCl+Ca(OH)2+CaCl2 杀菌作用2、投加： 漂白粉加水调成糊状加水配成1.0%2.0%（有效氯计）浓度澄清（424h）投加 去除Ca(OH)2等杂质。四、次氯酸钠消毒：NaOCl，适用于小水厂，1、制备：电解食盐水溶液。NaOCl易分解，故现场制备。 电解 NaCl+H2O NaOCl+H22、原理： NaOCl+H2O HOCl+NaOH 杀菌作用3、特点：杀菌效果不如氯，耗电量大，有商品成套设备。五、臭氧消毒 O31、O3的性质：3个O原子组成，淡兰色，有刺激性气味易分解：O3=O2+O 新生态氧，具有强氧化能力。2、杀菌原理： 新生态氧O具有很强的穿透能力，可氧化细菌壁，

14、可渗入细胞内部，氧化破坏细菌有机体链状结构，导致细菌病毒死亡，杀菌能力强。3、 制备：臭氧发生器用高压无声放电法生产低浓度的臭氧化空气，耗电大：1620度电/kg臭氧 高压电 臭氧化气空气净化 干燥 发生器 接触反应池 曝气 （紫外线照射空气也产生臭氧）4、在水处理中的功能：消毒灭菌氧化有机物（可消除THMs的前体物，但耗O3量大。）（如果O3投的少可将大分子有机物氧化成小分子有机物，使THMs的前体物增多再加氯消毒可能产生更多的THMs） （O3投量少，不能去除水中的氨氮，还可能将有机氮氧化成氨氮，使其量增高。）在活性炭吸附前预处理中应用，目的：可将大分子有机物氧化成便于炭吸附的小分子。六、紫外线消