消毒工艺课件

第五章消毒工艺（disinfection）Killingandinactivation第一节消毒工艺概述

一消毒工艺的意义防止大规模流行性水生疾病（water-borndiseases）的突然性爆发上世纪70年代美国、英国曾经因消毒处理工艺出现故障，爆发过较大规模水生疾病二消毒工艺的卫生学指标我国最新饮用水卫生标准（2006）中，微生物指标在原有的细菌、大肠杆菌的基础上又增加了大肠埃希氏菌、耐热大肠菌群、贾第鞭毛虫和隐孢子虫限值消毒工艺的卫生学指标余氯的规定：氯与水接触３０分钟后应不低于０.３ｍｇ／Ｌ，集中式给水设施除出厂水应符合上述要求外，管网末梢水不低于０.０５ｍｇ／Ｌ消毒剂在原有余氯的基础上又增加了一氯胺、臭氧、二氧化氯限值三消毒方法的种类1化学方法(disinfectants)1)氯及其化合物2)溴和碘3)臭氧4)酚及酚类化合物5)醇类6)重金属及其化合物7)过氧化氢8)季胺化合物消毒方法的种类2传统物理方法热、光和声波3机械方法滤池的筛滤作用4照射电磁或伽马射线四消毒剂的评价标准1可得性2除臭能力3均匀性4与杂质的相互作用5不腐蚀、不污渍6不毒害高级生物7穿透性8安全性9溶解性10稳定性（持续灭活能力）11对微生物的毒性六影响消毒剂作用的因素1接触时间接触时间越长，杀菌率越高2消毒剂浓度CT值的概念:与灭活率密切相关，是评价消毒剂消毒能力的指标，也是衡量病原体抗灭活能力的指标。3温度4病原微生物的类型5悬浮液的性质第二节液氯消毒自由性余氯：单质氯、次氯酸和次氯酸根，其中起主要消毒作用的是次氯酸分子（HClO）。1.当水中无氨氮存在时

Cl2+H2O→HOCl+H++Cl–

次氯酸是一种弱电介质

HOCl→H++OCl–一液氯消毒的原理和规律化合性余氯：主要指氯胺（一氯胺、二氯胺、三氯胺），消毒能力略差。（1）式产生的HOCl就会和氨化合，产生一类叫胺的化合物，其成份视水的pH值及Cl2和NH3含量的比值而定。

NH3+HOCl→NH2Cl+H2O….

NH3+2HOCl→NHCl2+2H2O…

NH3+3HOCl→NCl3+3H2O….

当水的pH值在5~8.5之间时，NH2Cl和NHCl2同时存在，但pH值低时，NHCl2较多，NHCl2的杀菌能力NH2Cl強，所以水的pH值低一些，也是有利于消毒作用的。NCl3要在pH值低于4.4时才产生，在一般的饮用水中不大可能形成。

所以，无论水中是否存在氨氮，在使用液氯消毒时，在pH值6.8~8.5范围內，pH值越低，消毒效果比pH值高的消毒效果好。

二折点加氯的原理当源水有氨氮时，在AH段氯和氨发生如下反应

NH3+Cl2=NH2Cl+HCl水中的余氯主要为氯胺形式的化合性余氯，简称化合氯。此时随着加氯量的增加，化合氯成比例增加，水中氨氮逐渐减少，当加氯量达到H点时，水中的氨氮降至0，化合性余氯升至最高在曲线的HB段，继续增加加氯量，会发生如下反应：

4NH2Cl+3Cl2+H2O=N2+N2O+10HCl

折点加氯的原理水中的氯胺被氧化后逐渐减少，当氯胺被完全氧化时，余氯降至曲线最低点B。随后随着加氯量的增加，水中余氯转为游离氯，随加氯量的增加成比例增加。由此可见水中含有氨氮时，加氯量－余氯曲线是一条折线，此时对应的加氯法称为折线加氯法。折点加氯的意义当突降暴雨或进入冬季枯水季节时，水中的氨氮急剧增加，此时若继续加游离氯，加氯量会迅速增加，增加的幅度可能达到平时的一倍以上，这样可能导致两种结果：（1）出厂水的游离氯达标，但总余氯量大大超标，管网末梢的余氯过高，用户会闻到刺鼻的氯气味；（2）已有的加氯机满负荷运行也无法使水质达到预定的余氯指标。对策：改变加氯点在AH段上，采用化合性余氯消毒法四液氯消毒副产物及其危害氯与水中天然有机物的反应有机氯胺的生成THMs（三卤甲烷）重要的三致“致癌、致畸形、致突变”物质FP生长势(FormationPotential)的概念五氯消毒概率机理模型（一般了解）氯消毒概率机理模型既考虑了氯消毒过程中有机物、余氯、氨氮、溴离子之间化学反应,又考虑水厂混凝、沉淀和过滤工艺过程中的物理和生物作用.

现场监测数据表明,该模型能够较好地模拟水厂中高锰酸盐指数、ＮＨ3

Ｎ以及4种ＴＨＭｓ浓度的概率分布,因而可应用于水厂水质安全评价以及饮用水对人体健康的风险评价.加氯设施的设计（二）建筑要求

（1）加氯间和其他工作间隔开。

（2）加氯间应有直接通向外部、且向外开的门。

（3）加氯间和值班室之间应有观察窗,以便在加氯间外观察工作情况。

加氯设施的设计（三）设施要求

（1）加氯机台数应按最大加氯量选用,至少安装2台,备用不少于一台。管道系统应为两套，以保证边缘工作。

（2）加氯间间距约0.7m，一般高于地面1.5m左右；ZJ型转子真空加氯机可安装在墙上，或固定在钢架上。

加氯设施的设计（8）加氯间的给水管应保证不断水，并保持水压稳定。

（9）加氯间和氯库需设测定空气中氯气浓度的仪表和报警措施，必要时可设氯气吸收装置。漏气探测器位置不宜高于室内地面35cm。

（10）宜采用暖气取暖，用火炉时火口应设在室外。暖气散热片或火炉应离开氯瓶和加氯机

（11）加氯间外部应有主毒面具、抢救材料和工具箱，防毒面具应严密封藏防止失效、照明和通风设备应有室外开关。

加氯设施的设计加氯量Q=0.001aQ1kg/h储氯量G储氯量按一个月考虑G=30×24Q(kg/月)氯瓶数量

采用容量为1000kg的焊接液氯钢瓶，其外形尺寸φ800mm,长度为2020mm七氯胺消毒一般先加氨，充分混合后再加氯优点：1减少了消毒过程中THM的产量2在管网中的持续时间长3避免加氯引起的臭味问题缺点：消毒能力较差第三节二氧化氯消毒消毒原理：附着在细胞壁上，抑制蛋白质的合成，从而达到杀菌的目的。物理特性：黄红色有刺激性异味的不稳定气体。制备方法：利用氯的水溶液与次氯酸钠混合并反应生成二氧化氯。化学特性：氧化还原电位极高，其杀菌能力很强。但化学性质极为活泼，当在空气中含量超过2%或受到强光照射时，易发生爆炸（爆鸣），因此需要调至碱性条件以利贮存。二氧化氯消毒优点：1在PH8.5-9.0范围内，二氧化氯作为杀菌剂的能力比PH7时更有效。这说明二氧化氯更符合水消毒的一般PH值条件。2二氧化氯的残余量在管网中能够维持很长时间。3对藻类也具有很好的杀灭作用。缺点：1作用于水体后会产生特殊气味。2原水中的某些还原性无机成分的存在可能会消耗其用量3成本相对较高二氧化氯消毒二氧化氯化学性质活泼，易溶于水，在20℃下溶解度为107.98g/L，是氯气溶解度的5倍。氧化能力为氯气的2倍。ClO2是中性分子，在水中几乎100%以分子状态存在，所以极易穿透细胞膜，渗入细菌细胞內，将其核酸（DNA或RNA）氧化后，从而阻止细菌的合成代谢，并使细菌死亡。在饮用水中ClO2灭菌反应如下式所示。

ClO2+e→ClO2–…………1

ClO2+2H2O+4e-→Cl–+4OH–……………2

二氧化氯消毒实验测知，式(1)式的电极电位0.95V，式(2)式的电极电位0.78V。所以使用二氧化氯消毒还可以氧化水中的一些还原性金属离子（如Fe2+Mn2+等），即对水中的铁、锰有着不错的去除效果。ClO2的氧化能力与溶液的酸碱性有关，溶液酸性越强，ClO2的氧化能力越强。但在pH值6-10范围內的杀菌效果几乎不受pH值影响。

固体二氧化氯1利用固态多孔物质如硅酸钙、分子筛、硅胶等为吸附剂直接吸附稳定性二氧化氯溶液制成相应固体二氧化氯产品。2以凝胶为基质制成缓释型固体产品。臭氧消毒标准电极电势为2.07V，超过氯气和高锰酸钾一般在现场用空气或纯氧通过臭氧发生器制取。空气中臭氧浓度超过1000ppm时会有生命危险，因此需要对臭氧尾气进行处理。臭氧溶解性极小，因此在实际应用中要求以尽可能小的气泡在水中扩散。臭氧消毒主要通过在水中生成的氢氧自由基来完成消毒作用。臭氧的制备方法1化学法2电解法3紫外线法4电极放电法（最为常见的方法）应用领域1饮用水的深度处理2冷却水的处理（杀菌、阻垢作用）3废水处理（去除有机物和色度）臭氧消毒的特点1消毒能力极强，当在水中的含量达到0.1mg/L时，或接触时间为4-9分钟时，即有明显的消毒效果。2在臭氧化过程中，大分子有机物被转化成较小的、易于被降解的分子，同时增加了水中的溶解氧。不会产生二次污染。3臭氧还能诱发水中胶体颗粒脱稳，有利于胶体颗粒的去除。4目前臭氧反应器的产率较低，能耗高。臭氧与其他技术的联用1与生物活性炭的联用2与过氧化氢的联用3与紫外光的联用4臭氧-絮凝-膜处理法紫外光消毒基本原理：紫外线是一种物理的而不是化学的消毒介质。通过照射穿透微生物的细胞壁，被核酸所吸收，从而阻止细胞的复制，或直接导致细胞的死亡。特点：1无不良的环境影响。2系统复杂，处理成本较高。3可能会发生微生物复活的现象。应用历史1877年，首次报道光辐射的杀菌作用。1901年，Hewitts首次进行工艺应用。目前全球有2000余座水厂采用紫外光消毒技术影响因素1紫外线杀菌灯的性能2原水的物理化学成分3灯管周围的介质温度4灯管与被照射点的距离5灯管的作用时间6电压消毒剂的总体分类

按杀菌能力分类:

⑴高效(水平)消毒剂：即能杀灭包括细菌芽胞在内的各种微生物。

⑵中效(水平)消毒剂：即能杀灭除细菌芽胞在外的各种微生物。

⑶低效(水平)消毒剂：即只能杀灭抵抗力比较弱的微生物，不能杀灭细菌芽胞、真菌和结核杆菌，也不能杀灭如肝炎病毒等抗力强的病毒和抗力强的细菌繁殖体的。按化学性质分类

(一)过氧化物类消毒剂：指能产生具有杀菌能力的活性氧的消毒剂缺陷及危害：过氧乙酸、过氧化氢、过氧戊二酸不稳定、刺激性强，长期使用对人和动物眼睛、呼吸道黏膜、环境有强力的破坏按化学性质分类(二)含氯消毒剂：指在水中能产生具有杀菌活性的次氯酸的消毒剂

(1)有机含氯消毒剂：如二氯异氰尿酸钠、二氯异氰尿酸、氯胺－T、二氯二甲基海因、四氯甘脲氯脲等的消毒剂

(2)无机含氯消毒剂：漂白粉(CaOCl2)、漂(白)粉精(高效次氯酸钙Ca(ClO)22H2O)、次氯酸钠（NaClO.5H2O）、氯化磷酸三钠(Na3PO4.1/4NaOCl.12H2O)等。缺陷及危害：代谢物为三氯甲烷

，

高致癌、绝大多数刺激性强，无表

面活性作用按化学性质分类(三)碘类消毒剂：是以碘为主要杀菌成分制成的各种制剂。有非离子型、阳离子型及阴离子型三大类；其中非离子型碘伏是使用最广泛、最安全的碘伏。（四）醛类：能产生自由醛基再适当条件下与微生物的蛋白质及某些其他成分发生反应。危

害：甲醛、聚甲醛具有高度刺激性、高致癌。按化学性质分类（五）酚类消毒剂：如卤化酚(氯甲酚)、甲酚（煤酚皂液又称来苏儿）、二甲苯酚和双酚类、复合酚等。更有效、毒性低。缺陷与危害：苯酚、甲酚、二甲苯酚和双酚类、复合酚等（氯甲酚除外）具有强致癌及蓄积毒性，酚臭味重。按化学性质分类（六）醇类消毒剂：

（七）杂环类消毒剂：

（八）季铵盐类消毒剂按化学性质分类（九）（十一）复方化学消毒剂：复方化学消毒剂配伍类型主要有二大类（配伍原则）：