由自來水廠按照課件

1、自來水消毒技術 上海敖科環(huán)境科技有限公司 電話：021-6845-9522 地址：上海市青浦區(qū)久業(yè)路105號D-2第一章 引言 1.1 自來水 1.2 存在的安全隱患 1.3 自來水來源 1.4 自來水處理技術 1.5 自來水消毒 1.6 城市自來水消毒法 1.6.1 常規(guī)消毒法 1.6.2 其他消毒方式第一章 引言 1.1 自來水 自來水是指通過自來水處理廠凈化、消毒后生產出來的符合國家飲用水標準的供人們生活、生產使用的水。它主要通過水廠的取水泵站汲取江河湖泊及地下水，地表水。并經過沉淀、消毒、過濾等工藝流程，最后通過配水泵站輸送到各個用戶。 由自來水廠按照國家生活飲用水相關衛(wèi)生標準處理后，

2、用機泵通過輸配水管道供給用戶使用。第一章 引言 1.2 存在的安全隱患 全球每年生產超過300萬種個人護理用品和家居清潔用品；有7萬種正大量生產，其中600種已被醫(yī)學臨床報告證實對人體有害； 超過400萬種化學物質被配制成產品，每年有25萬種新產品問世；大約3000 種化學成分被加入到我們的食物之中。飲用水中發(fā)現(xiàn)700種，人體組織內發(fā)現(xiàn) 400種，廚房下水道和洗衣房中有500種，超過800種毒害人類神經系統(tǒng)的化學物質用于化妝品和香水工業(yè)。 1.2 存在的安全隱患 其中，飲用水中700種致癌物質最典型的主要有三氯甲烷、腐植酸等。三氯甲烷主要作用于中樞神經系統(tǒng)，具有麻醉作用，對心、肝、腎有損害。急

3、性中毒初期有頭痛、頭暈、惡心、嘔吐、興奮、皮膚濕熱和粘膜刺激癥狀。以后呈現(xiàn)精神紊亂、呼吸表淺、反射消失、昏迷等，重者發(fā)生呼吸麻痹、心室纖維性顫動。同時可伴有肝、腎損害。誤服中毒時，胃有燒灼感，伴惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉。以后出現(xiàn)麻醉癥狀。它的慢性影響主要是引起肝臟損害，并有消化不良、乏力、頭痛、失眠等癥狀，少數(shù)有腎損害及嗜氯仿癖。 1.3 自來水來源 自來水是經過多道復雜的工藝流程，通過專業(yè)設備制造出來的飲用水。自來水的處理過程如下：首先必須把源水從江河湖泊中抽取到水廠（不同的地區(qū)取水口是不同的，水源直接影響著一個地區(qū)的飲水質量）；然后經過沉淀、過濾、消毒、入庫（清水庫），再由送水泵高壓輸入自來

4、水管道，現(xiàn)在國家規(guī)定要用PP管，而不是以前常用的鐵管，因為時間一長鐵管就會生銹，會造成嚴重的二次污染；最終分流到用戶龍頭。整個過程要經過多次水質化驗，有的地方還要經過二次加壓、二次消毒才能進入用戶家庭。1.4 自來水處理技術 目前，“混凝沉淀-過濾-消毒-凈化”這一百年前的傳統(tǒng)工藝一直是自來水的處理技術，即將地下水或江河水簡單加工成可飲用水。經過一百年的世紀淀積，當代的水質現(xiàn)狀與一百年前的水已經截然不同了，傳統(tǒng)的水處理工藝去除水中懸浮物、對降低渾濁度有較好的凈化消毒作用，但對目前以有機污染為主的微污染，則不能徹底去除有機污染物、環(huán)境內分泌干擾物、農藥和藻毒素，從而出廠水時有檢出，甚至超標。1.

5、4 自來水處理技術 有研究表明，在水處理工藝流程方面，可對其進行一定的優(yōu)化。在未除去原水中的有機物前，第一次加氯的實施，往往會增加氯化副產物的含量，所以消毒前應在凈化過濾后的水中進行，加氯點越后越好。對于去消預氯化工藝后藻類生長及清潔濾料的問題，可以采用CuSO4 、其他氧化劑或通過氯水間歇沖洗構筑物等方法來解決。1.5 自來水消毒 自來水消毒在預防和控制介水傳染病中起著重要作用。目前，自來水消毒大體分為物理和化學方法。物理方法主要包括加熱、冷凍、輻照、紫外線和微波消毒等。化學方法一般是應用化學消毒劑（如氯、臭氧、溴、碘、高錳酸鉀等）進行消毒。其中，氯消毒劑自1908 年開始成為飲用水消毒劑以

6、來，由于其價格低廉、消毒可靠且經驗比較成熟，在世界范圍內（包括中國）得到廣泛推廣。1.6 我國城市自來水消毒法 1.6.1 常規(guī)消毒法 就我國目前的情況來說，現(xiàn)在自來水消毒大都采用氯化法，這種方法推廣到至今有100多年歷史了，具有較完善的生產技術和設備，氯氣用于自來水消毒具有消毒效果好，費用較低，但氯化消毒后的自來水能產生致癌物質，目前有關方面專家也提出了許多改進措施。1.6.2 其他消毒方式 在城市供水系統(tǒng)中,消毒是最基本的水處理工藝,它是保證用戶安全用水必不可少的措施之一。但自20世紀70年代發(fā)現(xiàn)氯消毒產生/三致物質以后,人們開始重新審視消毒問題,并進行了大量的研究工作。在傳統(tǒng)的生物消毒方

7、法進行突破同時,也開始推廣一些新的處理技術,如二氧化氯、臭氧、紫外線消毒等。1.6 我國城市自來水消毒法第二章 傳統(tǒng)的氯消毒2.1 基本原理2.2 氯消毒的優(yōu)點2.3 氯消毒的缺點第二章 傳統(tǒng)的氯消毒 水的氯化消毒是飲用水消毒中使用最為廣泛、技術最成熟的方法。氯的系列消毒劑主要有：次氯酸鈉、漂白粉、液氯等。它們的殺菌機制基本相同。主要靠水解產物次氯酸起作用。盡管隨著人們對健康意識的加強，氯消毒的副作用越來越引起人們的重視，在相當長的一段時間內，氯仍然可能是欠發(fā)達地區(qū)使用的最普遍的消毒劑之一。2.1 基本原理 當氯或次氯酸加入到水中時會先水解，解離，主要開成HClO, ClO-等物質，是一種快速

8、氧化劑，由于HClO為分子量很小的電中性分子，比較容易滲透到帶負電的細菌表面，并通過細胞壁穿透到細胞內部，通過氧化作用破壞細菌的酶系統(tǒng)而使細菌死亡。 氯易溶于水中，在清水中，發(fā)生下列反應： Cl2 + H2O HOCl + H+ + Cl- HOCl H+ + OCl- HOCl和OCl-的比例與水中溫度和pH有關。PH高時，OCl-較多。 HOCl和OCl-都有氧化能力，但細菌帶負電，故主要通過HOCl消毒。2.2 氯消毒的優(yōu)點歷史悠久，工藝純熟；價格較低，操作簡便，不需龐大的設備；低濃度時藥效極高，且對人類健康危害不大；氯卓越的緩釋特性具有特殊的好處，使其可在相對較長的時間內持續(xù)對管網系統(tǒng)

9、進行消毒。2.3 氯消毒的缺點氯氣本身有毒，使用時必須注意安全，防止泄漏；水經氯消毒后往往會產生多種有害物質，尤其是“三致”作用的消毒副產物，如三氯甲烷、氯乙酸等。許多氯化消毒副產物在實驗中證明具有致畸性、致突變性、致癌性、神經毒性作用等；，長期飲用氯化水對生殖也有影響，可能引起自然流產、早產和死胎以及出生缺陷，也可能造成新生兒體重太輕，早熟或胎兒生長延遲等；液氯不能有效殺滅隱孢子蟲及其孢囊。第三章 其他消毒方式 為滿足飲用水安全性要求，人們開始關注其他消毒方法，綜合考慮傳統(tǒng)加氯消毒鮮明的優(yōu)缺點，其中常見的有ClO2、O3 、氯胺、紫外線、 H2O2以及它們的聯(lián)合工藝。 ClO2消毒的成本介于

10、氯消毒和O3消毒之間，但極不穩(wěn)定、易爆；氯胺消毒作用緩慢雙氧水則很少單獨用于消毒，只起與其他消毒劑協(xié)同的作用；紫外線不失一種較為理想的消毒方法，但缺乏持續(xù)滅菌能力，所以它一般要與其他消毒方法聯(lián)合使用。第三章 其他消毒方式3.1 二氧化氯消毒 3.1.1 二氧化氯消毒的優(yōu)勢 3.1.2 二氧化氯產品的種類 3.1.3 二氧化氯消毒的弊端3.2 紫外線消毒 3.2.1 紫外線技術領軍企業(yè) 3.2.2 紫外線消毒技術的特點 3.2.3 自來水廠用紫外技術的工程案例 3.3 臭氧消毒 3.3.1 臭氧的性質 3.3.2 臭氧的殺菌效果 3.3.3 城市自來水廠的臭氧消毒技術3.4 聯(lián)合消毒法3.1 二

11、氧化氯消毒 氯消毒所引發(fā)的環(huán)境、安全問題越來越引起人們的重視，在可選用的消毒劑中，二氧化氯被認為是其中性價比最優(yōu)的一種。二氧化氯在我國飲用水處理中的應用已逐漸引起了人們的重視，二氧化氯作為水廠的常規(guī)可選消毒劑在我國的推廣也是必然的趨勢。 3.1.1 二氧化氯消毒的優(yōu)勢 作為一種氧化型消毒劑，二氧化氯具有較強的殺滅病原體的能力，使用時不易水解，不與氨氮反應，殺菌效果不受水pH 值影響，能夠有效去除水中的鐵、錳、臭味和色度、藻類、酚類及硫化物等，在自來水消毒中產生的三鹵甲烷要比氯化消毒低得多。 二氧化氯可快速殺滅水中各種微生物，如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌和枯草桿菌黑色變種芽孢等。與氯消

12、毒劑相比，二氧化氯具有更好的滅菌、除藻、除味和助凝效果。3.1 二氧化氯消毒3.1.2 二氧化氯產品的種類 由于二氧化氯性質不穩(wěn)定，易發(fā)生爆炸，不易儲存和運輸，因此，二氧化氯一般采用現(xiàn)場發(fā)生制取。 隨著二氧化氯產品的廣泛應用，促進了其產品種類及劑型的發(fā)展。目前，國內外市場上二氧化氯產品主要有二氧化氯發(fā)生器、穩(wěn)定性二氧化氯(液體二氧化氯制劑和固體二氧化氯制劑)。其中，發(fā)生器產生的二氧化氯可以直接使用；而穩(wěn)定性二氧化氯在使用時需經過活化反應后才具有消毒作用。3.1 二氧化氯消毒 二氧化氯發(fā)生器能現(xiàn)場制備二氧化氯，直接使用。實驗結果表明，二氧化氯發(fā)生器產生的二氧化氯對水中大腸桿菌等細菌有良好殺滅效果

13、，且其殺菌作用隨水溫的升高而增強，隨水中腐植酸等有機物的增多而降低，當水pH 值在6.58.5 時，對其殺菌效果無影響。 我國中小型水廠普遍采用的飲用水二氧化氯消毒技術是氯酸鈉鹽酸法。是以氯酸鈉、鹽酸為原料，的復合二氧化氯發(fā)生器依靠水射器產生的負壓將空氣吸入反應室內，并將生成的二氧化氯和氯氣氣體從液相中移出。該工藝二氧化氯轉化率低，同時，反應溫度要求高，在制備二氧化氯的同時還會有氯氣的存在，具有產生鹵代烴的可能性。此外，由于原料轉化率低，如果處理不當，未反應完全的原料可進入供水系統(tǒng)，造成新的污染。3.1.2.1 二氧化氯發(fā)生器圖3-1 典型的二氧化氯發(fā)生器3.1.2.1 二氧化氯發(fā)生器3.1.

14、2.1 二氧化氯發(fā)生器圖3-2 電解法二氧化氯消毒發(fā)生器 將應用二氧化氯發(fā)生器制備的二氧化氯氣體溶解于含有碳酸鈉、過碳酸鈉、硼酸鈉、過硼酸鈉等穩(wěn)定劑中，制成濃度通常在10%以內的一種無色無味的透明水溶液，即穩(wěn)定性二氧化氯液體。液體二氧化氯屬于二元包裝，不易燃，不揮發(fā)，其本身不具有殺菌能力，只有通過活化（酸化）反應使溶液中的二氧化氯重新釋放出來才具有殺菌能力。經活化后的2%水溶液pH 值呈酸性，比重為1.031.04（20 ），水溶液呈淺黃色，活化后的溶液不穩(wěn)定，因此，宜現(xiàn)配現(xiàn)用。 固態(tài)二氧化氯大都以亞氯酸鈉為主要原料，采用亞氯酸鈉與酸性活化劑反應，將亞氯酸鈉溶液吸附到膨潤土鈉鹽或將二氧化氯氣體

15、吸附到硅酸鈣、二氧化硅、滑石粉、過碳酸鈉干粉等載體上形成吸附型二氧化氯制劑。固態(tài)二氧化氯使用前也需要加入到一定量的水中活化一定時間后才能使用。3.1.2.2 穩(wěn)定性二氧化氯3.1.3 二氧化氯消毒的弊端 二氧化氯消毒滅菌效果好, 有機副產物少, 毒性較輕, 但其主要無機副產物為亞氯酸鹽（ClO2- ）、氯酸鹽（ClO3-）等, 其中亞氯酸鹽毒性較大, 可能對血液中紅細胞有影響, 國外研究雌鼠飲用含有高濃度亞氯酸鹽的水,生產的幼鼠體重輕, 并有死胎。3.2 紫外線消毒 紫外線消毒法最早應用于美國，現(xiàn)已在美國和加拿大普遍應用。紫外線消毒技術為物理消毒方式的一種，具有廣譜殺菌能力，無二次污染，經過3

16、0多年的發(fā)展，已經成為成熟可靠高效環(huán)保的消毒技術，在國外各個領域得到了廣泛的運用。在我國由于對其技術的了解有一定的局限性，在污水處理中的應用不多。 近20 年以來, 紫外線消毒技術發(fā)展很快。該技術能夠滿足工業(yè)和水處理行業(yè)的節(jié)能降耗的要求,高效、低成本, 對環(huán)境無害。隨著紫外線消毒技術在水廠中廣泛的應用, 全世界每天有超過三十億升水的處理量, 這證明了紫外線技術已經不再是一種新興技術, 而是一項被工程師廣泛采用的用于保護人類健康的技術。3.2 紫外線消毒3.2.1 紫外線技術領軍企業(yè)博生(Berson) 海諾威(Hanovia) 特潔安(Trojan) 威德高(Wedeco) 3.2 紫外線消毒

17、3.2 紫外線消毒3.2.2 紫外線消毒技術的特點 屬于物理消毒方法, 在確保消毒效果的同時, 不伴生有毒有害的消毒副產物; 對于一些化學消毒方法處理無效的微生物, 紫外線有高效的殺菌效率; 占地面積小, 系統(tǒng)結構緊湊, 潛在風險小, 確保操作人員安全。紫外線消毒工藝瞬間滅菌能力非常強，但細菌光復活現(xiàn)象明顯，滅菌持續(xù)時間非常短。3.2.3 自來水廠用紫外技術的工程案例3.2.3.1荷蘭鹿特丹自來水廠 位于荷蘭西部的鹿特丹市擁有荷蘭現(xiàn)存最早的紫外線消毒系統(tǒng), 系統(tǒng)從1983 年開始運行, 至今每天仍然為當?shù)鼐用窆? 萬m3 的飲用水。系統(tǒng)采用單一紫外線消毒工藝, 末端與活性炭相結合。整套系統(tǒng)由

18、四臺小型反應器組合而成, 每一個反應器均配有手動清洗裝置, 防止消毒效果受到石英套管結垢的干擾。經過博生紫外線消毒系統(tǒng)處理的自來水廠, 可以達到直飲水標準。3.2.3.2 德國Essen 自來水廠 位于德國中部的Essen 自來水廠, 日處理量20萬m3。系統(tǒng)采用單一紫外線消毒工藝, 整套系統(tǒng)由四臺大管徑反應器并聯(lián)組合而成, 由于水源水質較高, 整套設備沒有配套石英套管的清洗系統(tǒng)。3.2.3 自來水廠用紫外技術的工程案例圖3-3 德國Essen自來水廠紫外線消毒系統(tǒng)3.2.3.3 法國巴黎自來水廠 法國首都的巴黎自來水廠, 日處理量18 萬m3 。系統(tǒng)采用單一紫外線消毒工藝, 整套系統(tǒng)由五臺反

19、應器并聯(lián)組合而成, 水源水質硬度較高, 整套設備配套自動清洗系統(tǒng), 石英套管的清洗系統(tǒng), 防止消毒效果受到石英套管結垢的干擾。3.2.3 自來水廠用紫外技術的工程案例3.3 臭氧（O3）消毒 隨著我國經濟的發(fā)展和環(huán)境污染的日趨加劇，許多新技術新工藝新藥劑在水處理中得以應用。消毒劑的選擇一直是廣大水處理工作者討論的焦點。 人們普遍認為，臭氧對細菌、病毒、芽孢與傳統(tǒng)的消毒劑相比，具有除色、除臭、除味效果好和無毒等優(yōu)點，但是消毒后的水無后續(xù)作用，且價格昂貴。3.3 臭氧（O3）消毒3.3.1 臭氧的性質 與氧相比臭氧比重大、有味、有色、易溶于水、易分解。由于臭氧是由氧分子攜帶一個氧原子組成，決定了它

20、只是一種暫存形態(tài)，攜帶的氧原子除氧化用掉外，剩余的又組合為氧氣進入穩(wěn)定狀態(tài)，所以臭氧在工作中沒有二次污染產生，這是臭氧技術應用的最大優(yōu)越性。臭氧是已知最強的氧化劑之一，僅次于氟，可以氧化大多數(shù)有機物、無機物，其標準電極電位比氟低外，比氧、氯和二氧化氯及高錳酸鉀等氧化劑都高。3.3 臭氧（O3）消毒3.3.2 臭氧的殺菌效果 臭氧幾乎對所有病毒，病菌，霉菌，真菌及原蟲，卵囊都具有明顯的滅活效果，且就滅活時間來說，速度無比，是氯的300-600 倍，紫外線的3000 倍。臭氧的滅菌速度和效果是無與倫比的，他的高氧化還原電位決定了對氧化、脫色、除味方面的廣泛應用，臭氧溶解于水，幾乎能消殺水中一切對人

21、體有害的物質，比如鐵、錳、鉻、硫酸鹽、酚、苯、氧化物等，還可以分解有機物及滅藻等。3.3.3 城市自來水廠的臭氧消毒技術3.3.3.1 臭氧氣源系統(tǒng) 臭氧系統(tǒng)生產臭氧的原料有兩種，即空氣和氧氣，氧氣主要通過現(xiàn)場制氧或從外部采購。不同的原料供應來源將成為影響自來水廠臭氧處理系統(tǒng)的投資和經營成本的主要因素。自來水廠在選擇具體氣源時主要依據有： (1)臭氧生產的單位綜合成本比較，綜合成本主要包括生產所需的耗電量、供氣( 液態(tài)氧氣)、氣源生產設備的固定資產投資( 或租賃) 成本，以及日常維護成本等；(2)臭氧消毒的需求量，可根據自來水廠的供水規(guī)模進行合理評估；(3) 氣源系統(tǒng)設備的可靠性和設備的操作管

22、理要求。3.3.3 城市自來水廠的臭氧消毒技術 大部分城市自來水廠現(xiàn)階段采用的是液態(tài)氧為氣源生產臭氧。臭氧發(fā)生器需要加入1% 至3% 的微量氮氣(空氣即可)，主要是為了提高設備生產效率和保護放電管，盡量延長設備使用壽命。為了減少空氣中的雜質，保證添加的空氣能夠滿足設備工作要求，添加氮氣的設備系統(tǒng)由無油型壓縮機、冷干機、分子篩干燥機以及相關配件組成。需要注意的是，臭氧發(fā)生器的放電管非常敏感油性物質，所以必須選擇無油型的空氣壓縮機。3.3.3 城市自來水廠的臭氧消毒技術3.3.3.2 臭氧發(fā)生器主要包括放電體部分、 電源/ 控制系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)。左圖為青島丹佳凈化設備有限公司生產的臭氧發(fā)生器。也有些生產規(guī)模較大城市自來水廠選用了進口的大容量臭氧發(fā)生器。圖3-4 一種臭氧發(fā)生器3.3.3 城市自來水廠的臭氧消毒技術3.3.3.3 尾氣破壞 (1) 加熱催化法。將尾氣加熱至40 50，利用催化劑對臭氧尾氣進行分解破壞，催化劑為MnO2 。加熱催化法的優(yōu)點是設備投資和運行能耗低；缺點是處理尾氣中如含硫化物、鹵素等雜質會導致催化劑中毒失效。3.3.3 城市自來水廠的臭氧消毒技術3.3.3.3 尾氣破壞