談城市給水處理的消毒方法及其應用

侯 云

(太原供水集團有限公司，山西 太原 030003)

0 引言

隨著科學技術的進步、經濟的發展以及城鎮化進程的擴展，城市給水的規模也隨之擴大。同時城市給水是人類社會生活和生產環境中的重要環節，它制約著城市的發展壯大。因此，保障城市居民生活飲用水安全勢在必行。而消毒是保障水質衛生安全的重要措施，在生活飲用水處理中是必不可少的。消毒作為保障生活飲用水安全的最后一道屏障，必須引起足夠的重視。消毒是城市給水處理工藝之一，指殺滅水中對人體健康有害的致病微生物，防止通過生活飲用水將有關疾病、傳染病傳播。生活飲用水的常用消毒方法有很多，如包含自由氯和化合氯的氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒以及紫外線消毒。現就不同的消毒方法進行簡要論述。

1 氯消毒

氯消毒是指以自由氯(液氯、漂白粉或次氯酸鈉)和化合氯(氯胺)作為消毒劑的消毒。

1.1 自由氯消毒

自由氯消毒所采用的消毒劑主要是液氯(Cl2)、漂白粉和次氯酸鈉(NaClO)，其消毒機理的本質均是通過次氯酸(HClO)和次氯酸根(ClO-)的氧化作用破壞致病微生物的細胞膜，損壞細胞膜的生化活性，氧化其有機體，并對細胞的重要代謝功能造成損壞，抑制破壞酶的活性，從而損壞其核酸組分，最后起到殺死致病微生物的效果。

自由氯消毒具有持續消毒時間長，消毒效果較好，經濟有效，使用方便的優點，同時它的應用歷史最久也最為廣泛，適用于原水水質較好的水廠。但有些微污染水源采用自由氯消毒會產生三鹵甲烷等有害健康的“三致”(致癌、致畸、致突變)消毒副產物，同時自由氯消毒會產生氯的刺激性氣味，危害人體健康，因此這限制了自由氯消毒的應用。從發展的觀點來看，對于不受有機物污染的水源水或在消毒處理之前通過前處理將產生氯消毒副產物的前期物質(如腐殖酸和富里酸等)預先去除，采用氯消毒仍是安全可靠的。

1.2 化合性氯消毒

化合性氯消毒所采用的消毒劑有一氯銨(NH2Cl)、二氯胺(NHCl2)和三氯胺(NCl3)，它們統稱為氯胺消毒。在很多地表水中，由于污染而含有一定的氨氮(NH3)，氯(Cl2)加入到這種水中會發生如下反應：

Cl2+H2O→HClO+HCl

NH3+HClO→NH2Cl+H2O

NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O

NHCl2+HClO→NCl3+H2O

氯胺消毒操作簡單，消毒費用低，穩定性較好，可以在管網中維持較長時間，因此適用于供水范圍較大的大型城市和長距離管網。同時氯胺消毒的氯嗅味和氯酚味比游離氯消毒小，并且產生的三鹵甲烷、鹵乙酸等消毒副產物少，因此適用于含有氨氮的微污染水源水。

2 二氧化氯消毒

二氧化氯(ClO2)在常溫常壓下是黃綠色或橘紅色氣體，極易溶于水而不與水反應，幾乎不發生水解。二氧化氯中的有效氯是液氯的2.63倍，因此其具有極強的氧化性，殺菌活性很高，且不發生氯代反應。上述特點使二氧化氯的消毒機理有別于氯消毒，它是一種強氧化劑，可利用自身的氧化性，與細菌及其他微生物細胞中的蛋白質發生氧化還原反應而使其損壞，影響蛋白質合成，最終殺死細菌及病原微生物。

二氧化氯消毒具有很強的反應活性和氧化能力，對水中病原微生物，包括病毒、芽子孢、配水管網的異養菌、硫酸鹽、還原菌及真菌等均有很高的殺滅作用[1]。在水的pH=6～10的范圍內具有很好的消毒效果，同時其穩定性僅次于氯胺，能在管網中保持較長的消毒作用，并且在飲用水消毒時幾乎不形成氯仿(CHCl3)等有機鹵代物。但限制二氧化氯消毒大規模應用的主要原因是二氧化氯多為現場制備，設備復雜，費用較高。理論上二氧化氯用于飲用水消毒時不會產生有害健康的致突變物質，但由于在采用電解法和化學法制備二氧化氯時很難得到100%純二氧化氯，因此仍會生成鹵代消毒副產物，致使生產量有所降低，故其在短期之內尚不能全面替代氯消毒技術。

3 臭氧消毒

臭氧(O3)由三個氧原子(O)組成，極不穩定，易分解產生初生態[O]，具有極強的氧化能力。它對具有極強抵抗力的微生物如病毒、芽孢等具有很強的殺傷力。初生態[O]還有很強的滲入細胞壁的能力，從而破壞細菌有機鏈狀結構導致細菌死亡。臭氧的消毒機理實際上仍是自身強氧化作用。

臭氧作為消毒劑的主要優點是殺菌和消毒能力強，反應快，投量少，不會產生三氯甲烷和鹵乙酸等消毒副產物，不會產生氯及氯酚等臭味。同時消毒后水的口感好，適用于飲品水的消毒工藝。但其缺點是設備復雜，且能耗大、投資高而產量有限，所以城市給水廠單純消毒一般不采用臭氧，通常與微污染水源氧化預處理或深度處理相結合。此外臭氧在水中很不穩定，易分解，沒有持續的消毒能力，故經臭氧消毒后，管網水中無消毒劑余量。因此采用臭氧作為消毒劑時，為維持管網消毒劑余量，常配合化學消毒劑如氯、氯胺聯合使用。

4 紫外線消毒

紫外線消毒是一種物理消毒方法。紫外線光子能量能夠破壞水中各種病毒、細菌以及致病微生物的遺傳系統(DNA)結構。經紫外光照射后，微生物DNA中的結構鍵斷裂，或發生光學聚合反應，DNA喪失復制繁殖能力，進而達到消毒滅菌的目的。波長為2 500 ?～3 600 ?的紫外光殺菌能力最強。

一般化學氧化劑消毒處理不是滅菌，并不能殺滅水中所有微生物，特別是對于個別生存能力很強的微生物，如某些病毒和原生動物(隱孢子蟲及賈第鞭毛蟲)，一般消毒處理并不能完全去除。而紫外線消毒則可以在短時間內殺滅這些病毒和原生動物，因此它是控制兩蟲行之有效的方法。此外紫外線消毒還具有殺菌速度快，效率高，產生消毒副產物少，操作簡單，易于實現自動化管理的優點。但其不足之處在于紫外線無持續消毒能力，不能解決消毒后管網水再污染的問題，同臭氧一樣，需配合化學消毒劑使用。并且紫外燈管易產生污垢，影響使用壽命。

5 工程實例及應用

5.1 采用次氯酸鈉消毒的地下水配水廠

太原供水集團某地下水配水廠采用次氯酸鈉水溶液消毒工藝，其日供水量為13萬m3左右，屬于小型配水廠，考慮到該廠供水量不大，并且采用次氯酸鈉消毒發生事故的危害性較小，故應用之。雖然次氯酸鈉消毒效果較液氯消毒要差一些，但消毒處理后仍能達到GB 5749生活飲用水衛生標準[2]的要求，加之次氯酸鈉運行安全、管理維護方便、便于運輸，所以采用次氯酸鈉消毒是可靠的。

5.2 采用二氧化氯消毒的小型地下水水站

太原供水集團某地下水水站采用二氧化氯消毒工藝，日供水規模2 000 m3左右，屬于小型水站。該水站采用電解飽和氯化鈉(NaCl)水溶液制備二氧化氯和氯氣的氣體，通過水射器將產生的氣體與自來水充分混合、溶解，產生二氧化氯協同消毒劑。二氧化氯協同消毒劑投加到待消毒水體中，作用30 min[2]達到消毒效果。采用該方法有如下優點：能耗低，消毒效果好，消毒副產物少，能在管網中持續較長的消毒時間，從而保證管網余氯符合要求。同時從實際運行情況考慮，該水站所處地理位置偏僻，同時供水量不大，應用電解法制備二氧化氯消毒是經濟可行的。

5.3 城市供水消毒工藝的改進

以太原市城市供水為例進行簡要探討。目前，太原城市供水所采用的消毒工藝以氯消毒為主，地下水水廠采用次氯酸鈉消毒，地表水水廠采用液氯消毒。而隨著城市工業化發展，地表水受到不同程度的污染，有機物含量有所增高，直接采用液氯消毒會導致生成三氯甲烷等消毒副產物，影響飲用水安全。為避免此類事件發生，可對該地表水消毒工藝進行改造，引進臭氧消毒工藝，將臭氧預氧化、臭氧消毒和液氯消毒相結合，從而使城市供水水質符合要求。臭氧預氧化可以降解原水中的有機物，減少消毒副產物的產生，同時臭氧預氧化還有微絮凝作用，可提高出水水質。但由于臭氧沒有持續消毒能力，為維持管網末梢余氯含量，需以液氯消毒作為輔助，聯合使用。臭氧—液氯的消毒方法在理論上是可行的，但也存在生產制造、經濟成本、應用最適條件等有待解決的問題，這需要進一步的研究和探討。從整體而言，臭氧消毒是未來消毒工藝的發展方向。

6 結語

消毒作為生活飲用水給水處理不可或缺的重要一環，在水質處理中占有舉足輕重的地位，它是保障生活飲用水衛生安全的技術措施，也是保障人民身體健康的手段，因此城市給水處理必須重視消毒技術。未來關于消毒的研究重點應在于發展消毒效果好，無消毒副產物，運行維護安全方便，經濟適用性佳的消毒方法，將傳統、單一的消毒工藝向組合消毒工藝發展，多重保護城市給水水質和人民身體健康。