(一)水處理需要消毒的原因

城鎮(zhèn)供水所用的水源，一般為地面水或地下水。任何地面水或多或少都受到生活污水和工業(yè)廢水的污染，就是已經(jīng)通過混凝沉淀、過濾等凈化處理，但也不能把有害的細菌、病原菌及其它微生物完全去除。水源是地下水時，水質(zhì)雖然較好，但也會受到不同程度的污染，尤其是淺層地下水，容易受到周圍環(huán)境、特別是生活污水的影響和污染，這些有害的細菌，成為人體有害的傳播介質(zhì)。同時，自來水在輸送和貯存過程中，可能會受到細菌污染，為了保障人民的身體健康，防止水致疾病的的傳播，使供水水質(zhì)達到GB5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》，必須采用消毒來保證水質(zhì)，通過消毒處理后的自來水可以控制消除水中的病原菌、病毒和其他致病性病菌傳播的問題，《生活飲用水衛(wèi)生標準》中要求消毒液與水的接觸時間不少于30分鐘后，出廠水及給水管道的管網(wǎng)末梢水維持一定的余氯就可以保證飲用水的安全。

(二)氯消毒技術的應用

到目前為止， 自來水廠主要以氯為消毒劑，可用來消除水中的細菌和有機物，氯加到水中后生成的次氯酸HOCL和次氯酸根OCL，而氯能起到消毒作用的主要成分是次氯酸HOCL，次氯酸HOCL是很小的中性分子，容易擴散到帶負電的細菌表面，并通過細菌壁到細菌內(nèi)部，因氧化作用破壞了細菌的酶系統(tǒng)，因酶是促進葡萄糖吸收和新陳代謝作用的催化劑，從而使細菌死亡；次氯酸根OCL也具有殺菌能力，但因帶有負電，不容易接近帶負電的細菌表面，殺菌能力比HOCL差得多。

氯消毒主要受到加氯量、氯與水的接觸時間、水的渾濁度、水的PH值、水溫、氨氮含量等因素的影響。

1．液氯消毒

采用氯瓶貯存液氯進行消毒，在常溫下，當按規(guī)定打開氯閥時，液態(tài)氯變成氣態(tài)氯，氯氣是一種氧化能力很強的黃綠色有毒氣體，是一種具有特殊強烈刺鼻味的窒息性氣體。

加氯氣消毒的原理：

(i)當水中無氨氮存在時，反應式是：

CL2+ tl20 H HOCL+ HCL

HOCL —- H + OCL

氯消毒的作用主要是次氯酸HOCL，并不是氯氣本身。

(2)當水中存在氨氮，則產(chǎn)生如下反應：

CLz+NH3一HCL+NH2CL(一氯胺)

2CL +NH。一HCL+NHCL (二氯胺)

3CLz+NH3一HCL+NCL。(三氯胺)

從上述三個反應式中可見，在含氨氮的原水中，隨著加氯量的不斷增加，氯胺的性質(zhì)產(chǎn)生變化，分別生成一氯胺NHCL、二氯胺NHCL 、三氯胺NCL。氯胺的消毒作用比次氯酸要慢的多。

2．次氯酸鈉消毒

次氯酸鈉內(nèi)的有效氯，因容易受日光、溫度的影響而分解，所以采用次氯酸鈉發(fā)生器就地制造、應用。次氯酸鈉發(fā)生器利用鈦陽極電解食鹽水而產(chǎn)生次氯酸鈉，起反應式為：

NaC1+ H20 —+ NaCl0 + H2 f

次氯酸鈉在水溶液中的反應式為：

NaCIO — Na + OCI一

0C1一+H20 + HOCL 十0H一

由發(fā)生器生產(chǎn)出的次氯酸鈉，是淡黃色透明液體，次氯酸鈉的滅菌原理主要是通過它的水解形成次氯酸HOCL，次氯酸進行消毒。

3．氯胺消毒

當原水有機物較多，含氨量高，給水管網(wǎng)中藻類和細菌有再生長的可能，要達到出廠水全部都是游離氯確實有困難，或者需要減輕或避免自來水中的氯酚臭味時，可以考慮使用氯胺消毒。氯胺消毒是同時向水中加氯和加氨，氨可以是液氨、硫酸銨或氯化銨溶液；一般重量比控制在氨：氯=1：3或1：6，在水位高時可取1：3，在水溫低時1：6；除了控制加氯量和加氨量外，還要注意投藥的順序，一般是“先氯后氨”。氯和氨作用后生成氯胺，如果天然水中含有氨氮，也可和氯反應生成氯胺。氯胺消毒的殺菌持續(xù)時間長，所以當給水管和給水管網(wǎng)很長時，可防止細菌在管網(wǎng)中再度生長，但氯胺是逐漸放出次氯酸，其殺菌能力遠比游離氯差，所以需要有2小時以上的接觸時間。

4．漂白粉消毒

漂白粉是氯氣和石灰加工而成，其組織復雜，／分子式一般可寫成Ca(OC1) ，含氯量為25％~30％，漂白精的分子式為Ca(0C1)z，含氯量為50％~60％，易受光、熱和潮氣作用而分解，含氯量隨之降低，貯藏在干燥和通風處。漂白粉與水作用的反應式為：

Ca(0C1)2+2H 0— 2HOCL+Ca(OH)2+CaCl2

消毒原理與氯相同。

(三)二氧化氯消毒技術的應用

二氧化氯發(fā)生器，由發(fā)生器生產(chǎn)出的二氧化氯溶液對自來水進行消毒，二氧化氯是黃綠色氣體有一種辛辣的氣味，在水溶液中相當穩(wěn)定，可作為消毒劑安全使用。它的水溶液顏色和濃度有關，低濃度時為黃綠色，高濃度時為桔紅色。是一種高效氧化劑，有強大的去色和漂白能力。

使用氯酸鈉與鹽酸定量滴定，控制反應生成量的辦法來實現(xiàn)，其總反應表達如下：

NaC10 + 2HCl— NaC1+C12 f + 1／2C102 f + 2H20

它主要的作用是對細胞壁有較好的吸附和透過性，可有效地氧化細胞內(nèi)含基的酶，并可快速地控制微生物蛋白質(zhì)的合成。二氧化氯先同水發(fā)生反應產(chǎn)生亞氯酸HC102，亞氯酸是一種相當弱的弱酸，具有氧化漂白作用。

2C102+ H20 — HCIO2+ HCIO3

二氧化氯的消毒機理主要是通過吸附、滲透作用，進入細胞體，氧化細胞內(nèi)酶系統(tǒng)和生物大分子，較好地殺滅細菌、病毒，且不對動、植物產(chǎn)生損傷，殺菌作用持續(xù)時間長，受PH影響不敏感。二氧化氯與水中有機物的反應為氧化作用，而氯則以取代反應為主。

(四)臭氧消毒技術的應用

臭氧一種強氧化劑、消毒劑和殺病毒劑，化學分子式是03，它是淡藍色、強烈刺激性有毒氣體，具強氧化性，可自動分解為氧氣，屬易燃易爆品。臭氧常用空氣作為原料制備，空氣須先經(jīng)過凈化和干燥處理以提高臭氧生產(chǎn)率，防止設備積垢，和降低能量消耗，經(jīng)過凈化和干燥過的空氣，進入臭氧發(fā)生系統(tǒng)，制備臭氧，臭氧在水中的溶解度有限，必須有臭氧和水的接觸室，以及尾氣回收利用和處置設備，才能提高使用效率。但由于臭氧制取設備復雜，投資大，運行費用高，一直沒有得到普遍推廣。臭氧的消毒機理包括直接氧化和產(chǎn)生自由基的間接氧化，與氯和二氧化氯一樣，通過氧化來破壞微生物的結(jié)構，達到消毒的目的。因此消毒效果與其氧化還原電位直接相關。由于臭氧分子不穩(wěn)定，易自行分解，在水中保留時間很短，小于3O分鐘，因此不能維持管網(wǎng)持續(xù)的消毒效率，而且臭氧消毒產(chǎn)生溴酸鹽、醛、酮等副產(chǎn)物，其中溴酸鹽在水質(zhì)標準中有規(guī)定，醛、酮等副產(chǎn)物部分是有害健康的化合物，部分使管網(wǎng)水生物穩(wěn)定性下降，因此臭氧消毒在使用中受到一定的限制。對于大、中型管網(wǎng)系統(tǒng)，采用臭氧消毒時必須依靠氯來維持管網(wǎng)中持續(xù)的消毒效果。

(五)紫外線消毒技術的應用

氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒是化學法消毒，而紫外線則是物理消毒，紫外線是指電磁波波長處于200~380nm的光波，紫外線消毒機理與其它氧化劑不同，是利用波長254nm及其附近波長區(qū)域?qū)ξ⑸顳NA的破壞，阻止蛋白質(zhì)合成而使細菌不能繁殖。由于紫外線對隱孢子蟲的高效殺滅作用和不產(chǎn)生副產(chǎn)物，紫外線消毒在給水處理中顯示了很好的市場潛力。因為氯消毒不能有效殺滅隱孢子蟲卵囊，而紫外線對隱孢子蟲卵囊有很好殺滅效果。而且在常規(guī)消毒劑量范圍內(nèi)紫外線消毒不產(chǎn)生有害副產(chǎn)物，但紫外線消毒不能維持管網(wǎng)內(nèi)持續(xù)的消毒效果，在大型水廠的應用必須跟氯結(jié)合，其使用目前還受到一定限制。

(六)各種消毒技術的優(yōu)缺點及其適用條件見下表

 (七)結(jié)語

在氯、二氧化氯、臭氧和紫外線等主流消毒技術中，紫外線及其組合消毒技術由于其消毒效率高，不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物或產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物少在給水處理中將有很好的前途。為綜合利用不同消毒技術的優(yōu)點，采用由不同消毒技術的優(yōu)點，采用由不同消毒技術結(jié)合的組合工藝和多級屏障消毒技術將是未來發(fā)展趨勢。