水污染控制工程：消毒

1、 水處理工程水處理工程消消 毒毒 (Disinfection) 2Health risks of limited-contact water recreation芝加哥河芝加哥河急性腸道疾病急性腸道疾病14/10003背景介紹背景介紹致病微生物：細菌、原生動物、病毒介水疾病傳播(water-borne infection disease )霍亂弧菌諾如病毒隱孢子蟲賈第鞭毛蟲18世紀歐洲2010年廣州從化1987年江蘇南京前蘇聯(lián)、美國等2010年海地1994年美國威斯康星州4消毒：飲用水安全的最大問題消毒：飲用水安全的最大問題混凝、沉淀、過濾：只能去除90%病毒和細菌消毒：可去除99%病毒和細菌

2、5生活飲用水衛(wèi)生標準（GB 57492006 ） 總大腸菌群、耐熱大腸菌群、埃希氏大腸菌，100 mL不得檢出 菌落總數(shù)（CFU/100 mL） 100 賈第鞭毛蟲、隱孢子蟲（個/10L） 9， ClO-接近100%pH6，HClO接近100%pH=7.6，HClO=ClO-次氯酸體積小、電荷中性，穿過細胞壁強氧化劑，損害細胞HClO是ClO-的40-80倍19氯與氨的反應(yīng)氯與氨的反應(yīng)氯與氨反應(yīng) NH4+ + HOCl = NH2Cl + H20 + H+ NH2Cl + HOCl = NHCl2 + H20 NHCl2 + HOCl = NCl3 + H20 2NH3 + 3HOCl = N

3、2 + 3H+ + 3Cl-+ 3H20氯與有機物、無機還原性物質(zhì)反應(yīng)總有效氯：游離氯化合物和活性氯氨之和不同形式氯的滅菌能力（對大腸桿菌） HOCl：OCl- ： NH2Cl為1：0.0125：0.005化合氯20折點加氯折點加氯5.0:17.6:1212223給水加氯量給水加氯量加氯量超過折點需要量 折點氯化(breakpoint chlorination)當原水游離氨0.5mg/L時加氯量控制在峰點前24消毒劑投加量污水，加氯量510mg/L，接觸時間：30分，余氯量：0.5mg/L25加氯點的選擇加氯點的選擇加氯點頻率（N =268）混凝前18.66%混凝后5.97%沉淀后、過濾前31

4、.34%過濾后47.01%管網(wǎng)加氯15.67%Haas et al., 1992.2627加氯系統(tǒng)設(shè)計加氯系統(tǒng)設(shè)計282930可能產(chǎn)生絮體沉淀可能產(chǎn)生絮體沉淀3132氯氨消毒氯氨消毒優(yōu)點：水中含有有機物和酚時，氯氨消毒不會產(chǎn)生氯臭和氯酚臭，大大減少了THMs的產(chǎn)生，能保持水中余氯較久。不足：作用緩慢，殺菌能力比自由氯弱。單獨使用的情況較少。33人工投加氨可以是液氨、硫酸銨或氯化銨。氯和氨的投加量視水質(zhì)不同而有所不同。一般采用氯：氨3：16：1采用氯氨消毒時，一般先加氨，再加氯。34二氧化氯消毒二氧化氯消毒ClO2常溫下是一種黃綠色氣體，具有刺激性。溶解度是氯的5倍。極不穩(wěn)定，氣態(tài)和液態(tài)ClO2

5、均易爆炸。故必須以水溶液的形式現(xiàn)場制取。35二氧化氯制取方法二氧化氯制取方法用亞氯酸鈉和氯制?。?Cl2 + H2O HOCl + HCl HOCl + HCl +2NaClO2 2ClO2 + 2NaCl +H2O用酸與亞氯酸鈉制取: 5NaClO2 + 4HCl 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O36二氧化氯消毒特點二氧化氯消毒特點ClO2既是消毒劑又是氧化能力很強的氧化劑，氧化還原電位1.16 V。對細菌細胞具有較強吸附和穿透能力，破壞酶系統(tǒng)。不會與水中有機物作用生成THMs。甚至本身的氧化能力能去除THMs前驅(qū)體。ClO2消毒能力比氯強。ClO2水解，消毒受pH影響較小。37Cl

6、O2余量能在管網(wǎng)中保持很長的時間。作為氧化劑，能去除或降低水的色度等。但ClO2本身和副產(chǎn)物ClO3- 、ClO2-對人體健康有損害。美國EPA規(guī)定：水中剩余ClO2和ClO2-的總量規(guī)定不超過1.0mg/L。 我國規(guī)定不超過0.7mg/L 。38臭氧消毒臭氧消毒作用：既是氧化劑，又是消毒劑，滲入細胞壁。作為消毒劑： 不會產(chǎn)生三鹵甲烷副產(chǎn)物。 殺菌和氧化能力比氯強。 但由于臭氧在水中不穩(wěn)定，易散失，因此在O3之后，往往需要投加少量的氯等。39但近年來臭氧化副作用也開始引起人們的關(guān)注，如產(chǎn)生溴酸鹽。水中大分子變成分子較小的產(chǎn)物，可能有毒性。或中間產(chǎn)物和氯作用后致突變反增強歐洲普遍用臭氧處理飲用水

7、，在美國也逐漸流行。4041紫外線消毒紫外線消毒消毒速度快，幾十秒鐘即能殺菌，但無剩余保護，也存在光復(fù)活現(xiàn)象不影響水的物理和化學(xué)性質(zhì)操作簡單紫外線穿透力弱，顆粒物影響（10um）燈管表面結(jié)垢42增大光強效果極微增大光強效果極微43EAWAG在非洲研究太陽光消毒在非洲研究太陽光消毒44消毒劑的選擇消毒劑的選擇液氯 水廠普遍采用氯氨 特大城市大型管網(wǎng)ClO2 中小城鎮(zhèn)(珠三角中小城鎮(zhèn)普遍采用)，范圍逐漸增大紫外線、臭氧 較少單獨采用45消毒劑使用調(diào)查（消毒劑使用調(diào)查（N=267水廠）水廠）消毒劑不加氨加氨氯氣67.42%19.85%漂白粉5.99%0.75%氯氣+ClO23.37%1.5%臭氧0.

8、37%其他0.75%Haas et al., 1992.46管網(wǎng)水二次微生物控制管網(wǎng)水二次微生物控制細菌再生長 恢復(fù)生長regrowth、再繁殖aftergrowth飲用水生物穩(wěn)定性 飲用水中可生物降解有機物支持異養(yǎng)細菌生長的潛力。生物可同化有機碳（assimilable organic carbon，AOC）?？刂?0-100 g乙酸碳/L。47控制措施控制措施降低水中有機物含量，營養(yǎng)控制強化消毒，較高管網(wǎng)余氯量48消毒副產(chǎn)物（消毒副產(chǎn)物（Disinfection By-Productions, DBPs）消毒副產(chǎn)物形成：消毒劑（液氯、氯胺、臭氧、二氧化氯等）與NOMs及其他有機物或溴化物或

9、碘化物反應(yīng)形成的產(chǎn)物。最近的的一個重要發(fā)現(xiàn)是NDMA（亞硝基二甲胺）溴代、碘代以及N代-DPBs更具致癌性碘代與氯胺消毒、溴代與預(yù)臭氧化作用檢測手段：GC-MS、UPLC-MS-MS、分析化學(xué)與毒理學(xué)（哺乳動物細胞遺傳毒性或細胞毒性）相結(jié)合49常見消毒副產(chǎn)物常見消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷、鹵乙酸、二氯乙酸、氯化腈、溴酸鹽、甲醛、亞氯酸鹽和二甲基亞硝胺等致癌、致突變、致畸性 50消毒副產(chǎn)物控制消毒副產(chǎn)物控制 水源水保護 強化去除消毒副產(chǎn)物生成前驅(qū)物 強化混凝 生物預(yù)氧化 活性炭吸附 臭氧氧化 樹脂吸附 臭氧生物活性炭 膜技術(shù)等 消毒劑選擇與聯(lián)用技術(shù) 紫外-液氯、臭氧-液氯、液氯-氯胺、二氧化氯 臭氧-活

10、性炭與紫外消毒 （世博園臨江水廠,60萬噸/天）51消毒領(lǐng)域的研究熱點消毒領(lǐng)域的研究熱點消毒方式與消毒副產(chǎn)物的生成與控制新型消毒副產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)與危害水體有機物特性與消毒副產(chǎn)物的生成關(guān)系p我國十二五水專項規(guī)劃，飲用水主題，我國十二五水專項規(guī)劃，飲用水主題， 項目項目3 長江下游地區(qū)飲用水安全保障技術(shù)集成與綜合示范長江下游地區(qū)飲用水安全保障技術(shù)集成與綜合示范 異嗅異味去除技術(shù)與異嗅異味去除技術(shù)與優(yōu)化消毒優(yōu)化消毒研究研究52消毒副產(chǎn)物毒性評價消毒副產(chǎn)物毒性評價碘乙酸溴乙酸氯乙酸ClI53污水廠排水消毒副產(chǎn)物污水廠排水消毒副產(chǎn)物生態(tài)毒性？54游泳池水消毒副產(chǎn)物毒性游泳池水消毒副產(chǎn)物毒性55Effect of pH on the formation of disinfection byproducts in swimming pool water Is less THM