饮用水消毒技术.pptx

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1、第第18章章 消毒（消毒（Disinfection ）w18.1 氯消毒氯消毒w18.2 其他消毒法其他消毒法1/25/20221水传疾病病原体水传疾病病原体1/25/20222水传疾病病原体水传疾病病原体1/25/20223水传疾病病原体水传疾病病原体1/25/202241946-1980年美国水传疾病暴发统计年美国水传疾病暴发统计1/25/202251971-1985年美国给水系统水传疾病暴发统计年美国给水系统水传疾病暴发统计1/25/20226 为了保障人民的身体健康，防止水致疾病的传播，饮用水中不应含有致病微生物，其中主要是指细菌性病原微生物和病毒性病原微生物。 1/25/20227作

2、用：消除水中致病微生物的致病作用,保证人民身体健康。方法：氯及氯化物消毒，臭氧消毒、紫外线消毒及某些重金属离子消毒等。1/25/20228生活饮用水卫生标准GB5749-2006 细菌总数不超过100MPN或CFU/mL，总大肠菌群每100 mL水样中不得检出，耐热大肠菌群每100 mL水样中不得检出。大肠埃希氏菌每100 mL水样中不得检出。游离余氯，在与水接触30分钟后应不低于0.3mg/L，小于4mg/L，管网末梢水应不低于0.05mg/L（适用于加氯消毒）。中国消毒水质标准中国消毒水质标准1/25/20229 特点：杀菌能力强，又持续杀菌能力，应用广泛，技术特点：杀菌能力强，又持续杀菌

3、能力，应用广泛，技术成熟，消毒系统和运行费用低廉。成熟，消毒系统和运行费用低廉。18.1.1 氯消毒原理氯消毒原理（一）原水中不含氨氮（一）原水中不含氨氮 氯易溶于水（20和98 kPa时，溶解度为7160 mg/L）。当氯溶解在清水中时，下列两个反应几乎同时发生： HClHOClOHCl22OClHHOClHOClOClHK11/25/202210表表1 不同温度下次氯酸离解平衡常数不同温度下次氯酸离解平衡常数温 度 ()0510152025K110-8 (mol/L)2.02.32.63.03.33.7HOClOClHK11/25/202211045678910 1110080604020

4、020406080100HOCL(%)OCL-(%)020图18-1 不同pH值和水温时，水中HOCL和OCL的比例pH水中HOCl与OCl-的相对比例取决于温度和温度和pH值值。1/25/202212 主要通过主要通过HOCl起作用。起作用。 HOCl 为很小的为很小的中中性分子性分子，能扩散到，能扩散到带负电带负电的细菌表面，并通过的细菌表面，并通过细菌的细胞壁穿透到细菌内部。当细菌的细胞壁穿透到细菌内部。当HOCl 分子到分子到达细菌内部时，能起氧化作用破坏细菌的酶系达细菌内部时，能起氧化作用破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。统而使细菌死亡。OCl-虽亦具有杀菌能力的有虽亦具有杀菌能力的有效

5、氯，但带有负电，难于接近带负电的细菌表效氯，但带有负电，难于接近带负电的细菌表面，杀菌能力比面，杀菌能力比HOCl差得多。差得多。 生产实践表明，生产实践表明，pH值越低则消毒作用越强，值越低则消毒作用越强，证明证明HOCl是消毒的主要因素是消毒的主要因素。氯消毒原理氯消毒原理1/25/202213 (二二)当水中有氨存在时，会发生如下反应：当水中有氨存在时，会发生如下反应： 当水中含有氨氮成分或向水中投加氨时，起主要消毒当水中含有氨氮成分或向水中投加氨时，起主要消毒作用的依然是作用的依然是HOCl。氯加入水中产生如下反应：。氯加入水中产生如下反应： Cl2+H2O HOCl+HCl NH3

6、+ HOCl NH2Cl + H2O NH2Cl + HOCl NHCl2 + H2O NHCl2 + HOCl NCl3 + H2O反应后，反应后，HOCl、一氯胺、二氯胺、三氯胺的含量与、一氯胺、二氯胺、三氯胺的含量与其其比例取决于氯、氨的相对浓度、比例取决于氯、氨的相对浓度、pHpH值和温度。值和温度。 PH9， 一氯氨占优势一氯氨占优势 PH=7时，时， 一氯氨和二氯氨同时存在一氯氨和二氯氨同时存在 PH6.5时，二氯氨占优势时，二氯氨占优势 PH4.5 三氯氨占优势三氯氨占优势1/25/202214 氯氨的消毒也是依靠氯氨的消毒也是依靠HOCl，只有，只有HOCl消耗得差不多时，反应

7、才会向左移动。继续消耗得差不多时，反应才会向左移动。继续产生消毒所需的产生消毒所需的HOCl。因此，采用氯氨消。因此，采用氯氨消毒需要较长的接触时间。毒需要较长的接触时间。 水中所含的氯以氯胺存在时，称为化合水中所含的氯以氯胺存在时，称为化合性余氯。性余氯。 HOClHOCl和和OClOCl- -都有氧化能力，称为自都有氧化能力，称为自由氯。由氯。自由性余氯比化合性余氯消毒效果要自由性余氯比化合性余氯消毒效果要高的多。高的多。 在三种氯氨中，二氯氨消毒效果最好。在三种氯氨中，二氯氨消毒效果最好。但有嗅味。三氯氨消毒作用极差，且有恶嗅但有嗅味。三氯氨消毒作用极差，且有恶嗅味。味。1/25/202

8、215 当水中存在氯氨或同时向水中投加氯当水中存在氯氨或同时向水中投加氯氨时，消毒作用较缓慢，需要较长的接触氨时，消毒作用较缓慢，需要较长的接触时间。根据实验结果，用氯消毒，时间。根据实验结果，用氯消毒，5分钟分钟内可杀灭细菌达内可杀灭细菌达99%以上；用氯氨消毒时，以上；用氯氨消毒时，相同条件下，相同条件下，5分钟内仅达分钟内仅达60%，接触时，接触时间延长到十几小时，才能达到间延长到十几小时，才能达到99%以上的以上的灭菌效果。灭菌效果。1/25/20221618.1.2 加氯量加氯量 加氯量需氯量余氯量加氯量需氯量余氯量 需氯量：需氯量：指用于灭活水中微生物、氧化有机物和指用于灭活水中微

9、生物、氧化有机物和还原性物质等所消耗的部分。还原性物质等所消耗的部分。余氯：余氯：为了抑制水中残余病原微生物的再度繁殖，为了抑制水中残余病原微生物的再度繁殖，管网中尚需维持少量剩余氯。包括管网中尚需维持少量剩余氯。包括自由性余氯自由性余氯和和化合性余氯化合性余氯。我国要求：出厂水自由性余氯我国要求：出厂水自由性余氯 0.3mg/L; 出厂水化合性余氯出厂水化合性余氯 0.53.0mg/L 管网末梢自由性余氯管网末梢自由性余氯 0.05mg/L自由性余氯：自由性余氯：Cl2、HOCl、OCl-化合性余氯：化合性余氯： NH2Cl、NHCl2、NCl31/25/2022170M12图18-2 加氯

10、量与余氯关系加氯量（mg/L)余氯（mg/L）加氯量与余氯量的关系加氯量与余氯量的关系无耗氯物质无耗氯物质加氯量加氯量=余氯量余氯量有耗氯物质，但无有耗氯物质，但无氨氮化合物氨氮化合物需氯量满足后，随着需氯量满足后，随着加氯量的增加，余氯加氯量的增加，余氯量增加。量增加。a1a2b2a:余氯量b:需氯量1/25/202218（1）水中有机物与氯作用的速度不同，在测定余氯时，部分有机物尚在与氯作用中。（2）水中部分余氯会自动分解，如次氯酸受水中某些杂质或光线的作用，产生如下催化分解： 2HOCl2HCl+O2曲线曲线2与横坐标交角小于与横坐标交角小于45原原因因1/25/202219当水中有机物

11、主要是氨氮化合物时当水中有机物主要是氨氮化合物时第一区：第一区：OA段，投加的氯都被水中有机物消耗掉了，段，投加的氯都被水中有机物消耗掉了，余氯量为零。余氯量为零。第二区：第二区：AH段，氯与氨反应，有化合性余氯存在段，氯与氨反应，有化合性余氯存在（主要是（主要是NH2Cl），故有一定消毒效果。），故有一定消毒效果。第三区：第三区：HB段，继续产生化合性余氯，并且随着加段，继续产生化合性余氯，并且随着加氯量增加，发生下列反应：氯量增加，发生下列反应： 2NH2Cl+HOClN2+3HCl+H2O 余氯量反而减少，最后到达余氯量反而减少，最后到达B点。点。第四区：水中已没有消耗氯的物质，出现自由

12、性余氯。第四区：水中已没有消耗氯的物质，出现自由性余氯。 此段效果最好。此段效果最好。1/25/20222023 14a3a2a4b1b2b3b4余氯（mg/L）加氯量（mg/L)ABCH0自由余氯化合余氯图18-3 折点加氯1/25/2022213. 折点氯化折点氯化 折点氯化折点氯化加氯量超过折点加氯量超过折点B B点所需氯量。（可降点所需氯量。（可降低色度，去除臭味，降低有机物含量，提高混凝效低色度，去除臭味，降低有机物含量，提高混凝效果。）果。） 生产实践经验表明生产实践经验表明l原水游离氨原水游离氨0.3mg/l0.5mg/l0.5mg/l：加氯量控制在峰点前：加氯量控制在峰点前l原

13、水游离氨原水游离氨0.30.5mg/l0.30.5mg/l之间，难掌握。之间，难掌握。缺乏实验资料的情况下缺乏实验资料的情况下l地面水地面水混凝混凝沉淀沉淀过滤，或清洁地下水，过滤，或清洁地下水，1.01.5mg/l1.01.5mg/ll地面水地面水混凝混凝沉淀沉淀 1.52.5mg/l1.52.5mg/l1/25/20222218.1.3 加氯点加氯点1.滤后氯化滤后氯化 在滤池出水口、清水池进口处、滤池至清水池管道上。在滤池出水口、清水池进口处、滤池至清水池管道上。 适用：原水水质较好，处理后水中有机物、细菌大部分适用：原水水质较好，处理后水中有机物、细菌大部分被去除，加氯量很少，满足余氯

14、要求。被去除，加氯量很少，满足余氯要求。 2.滤前氯化或预氯化滤前氯化或预氯化 在投加混凝剂的同时投加氯（助凝剂）。在投加混凝剂的同时投加氯（助凝剂）。有以下作用：有以下作用： 氧化有机物，高色度水，提高混凝效果氧化有机物，高色度水，提高混凝效果 FeSOFeSO4 4，加，加ClCl2 2，氧化成三价，氧化成三价FeFe，促进凝聚作用，促进凝聚作用 防止构筑物内孳生青苔，延长氯胺消毒的接触时间，使防止构筑物内孳生青苔，延长氯胺消毒的接触时间，使加氯量维持在加氯量维持在AHAH段，节省加氯量。段，节省加氯量。 3.中途补充加氯中途补充加氯 管网长时，管网末梢余氯难于保证时，需要中途加氯，还管网

15、长时，管网末梢余氯难于保证时，需要中途加氯，还可防止水厂出水余氯过高可防止水厂出水余氯过高。1/25/20222318.1.4 18.1.4 加氯设备、加氯间和氯库加氯设备、加氯间和氯库1.1.加氯机：作用是安全准确地将来自氯瓶中的氯输加氯机：作用是安全准确地将来自氯瓶中的氯输送到加氯点。有手动加氯机和自动加氯机。送到加氯点。有手动加氯机和自动加氯机。加氯机的台数：至少两台，分别由两根加氯管线通加氯机的台数：至少两台，分别由两根加氯管线通至加氯点，互为备用。至加氯点，互为备用。加氯机的台数按最大加氯量计算，每台加氯机的设加氯机的台数按最大加氯量计算，每台加氯机的设计加氯量为计加氯量为25%75

16、%25%75%投加范围，但备用不少于投加范围，但备用不少于1 1台。台。加氯管：氯气管一般为紫铜管、无缝钢管和塑料管加氯管：氯气管一般为紫铜管、无缝钢管和塑料管 液氯管液氯管塑料管、塑料管、ABSABS、UPVCUPVC1/25/2022242.2.氯瓶氯瓶 是一种钢制的承压容器。是一种钢制的承压容器。干燥的气体和液氯的化干燥的气体和液氯的化学活动性很小，没有腐蚀性，但遇水或受潮化学活动学活动性很小，没有腐蚀性，但遇水或受潮化学活动性增强，会严重腐蚀金属，因此，必须严格防止水或性增强，会严重腐蚀金属，因此，必须严格防止水或潮气进入钢瓶，潮气进入钢瓶， 液氯气化时，要吸收大量的热，生产上常用自来

17、液氯气化时，要吸收大量的热，生产上常用自来水浇洒在氯瓶的外壳上以供给热量。水浇洒在氯瓶的外壳上以供给热量。 氯气有毒，运行时要防止漏气。氯气有毒，运行时要防止漏气。 立式氯瓶使用时要竖放，出氯口在上。卧式氯瓶立式氯瓶使用时要竖放，出氯口在上。卧式氯瓶有两个出氯口，使用时务必要放得使两个出氯口的连有两个出氯口，使用时务必要放得使两个出氯口的连线垂直于水平面，上面一个出氯口为气态氯，并注意线垂直于水平面，上面一个出氯口为气态氯，并注意将上面出氯口与加滤机相连接。将上面出氯口与加滤机相连接。 1/25/2022253.加氯间：可以和氯库合建，是安置加氯设备的加氯间：可以和氯库合建，是安置加氯设备的操

18、作间。操作间。加氯间的位置：位于主导风向下风向，与经常有加氯间的位置：位于主导风向下风向，与经常有人值班的车间保持人值班的车间保持2030m2030m以上距离，并尽量靠近以上距离，并尽量靠近加氯点。加氯点。安全措施：采用机械通风，换气量安全措施：采用机械通风，换气量8-128-12次次/h/h 与任何工作间隔开与任何工作间隔开 加氯间门朝外开，并单独开门加氯间门朝外开，并单独开门 加氯间内设事故坑，坑内有石灰水加氯间内设事故坑，坑内有石灰水 加氯间外备有防毒面具、抢修设备和加氯间外备有防毒面具、抢修设备和医用材料、门口有紧急喷水软管。医用材料、门口有紧急喷水软管。4.4.氯库：是储备氯瓶的仓库

19、。加氯间与氯库应氯库：是储备氯瓶的仓库。加氯间与氯库应有通风、照明、防火、保温、报警、事故处理有通风、照明、防火、保温、报警、事故处理等措施。等措施。1/25/20222618.2.1 二氧化氯消毒二氧化氯消毒性质：性质： 二氧化氯（二氧化氯（ClO2）在常温常压下是一种黄）在常温常压下是一种黄绿色气体。具有与氯相似的刺激性气味，沸点绿色气体。具有与氯相似的刺激性气味，沸点11，凝固点凝固点-59，极不稳定，气态和液态，极不稳定，气态和液态ClO2均易爆均易爆炸。炸。 ClO2易溶于水，其溶解度约为氯的易溶于水，其溶解度约为氯的5倍。倍。 ClO2水溶液的颜色随浓度增加而由黄绿色转为橙色。与水

20、溶液的颜色随浓度增加而由黄绿色转为橙色。与氯气不同，它在水中不水解，也不聚合，在氯气不同，它在水中不水解，也不聚合，在pH2-9范围内以一种溶解的气体存在，具有一定的挥发性。范围内以一种溶解的气体存在，具有一定的挥发性。 制备：制备：（1）用亚氯酸钠（）用亚氯酸钠（ NaClO2 ）和氯（）和氯（ Cl2 ）制取）制取1/25/202227（2）用酸与亚氯酸钠反应制取）用酸与亚氯酸钠反应制取3、作用机理、作用机理 ClO2既是消毒剂又是氧化能力很强的氧化剂，既是消毒剂又是氧化能力很强的氧化剂， 对细对细菌的细胞具有较强的吸附和穿透能力，能有效地破坏细菌的细胞具有较强的吸附和穿透能力，能有效地破

21、坏细菌内含巯（菌内含巯（qiu，-SH）基的酶；可快速控制微生物蛋白）基的酶；可快速控制微生物蛋白质的合成，强行掠夺电子，使之成为失去活性和改变性质的合成，强行掠夺电子，使之成为失去活性和改变性质的物质，从而达到消毒灭菌和除臭的目的，故二氧化质的物质，从而达到消毒灭菌和除臭的目的，故二氧化氯对细菌、病毒等有很强的灭活能力。氯对细菌、病毒等有很强的灭活能力。HClHOClOHCl22NaClClONaClOClOHNaClClONaClOHClHOCl222222222222OHNaClClOHClNaClO22225445OHSONaClOSOHNaClO24224224585101/25/2

22、02228 由于细菌、病毒、真菌都是单细胞的低级生物，由于细菌、病毒、真菌都是单细胞的低级生物，其酶系分布于膜表面，易受到二氧化氯的攻击而失其酶系分布于膜表面，易受到二氧化氯的攻击而失活。人和动物细胞，酶系藏于细胞器之中而受到保活。人和动物细胞，酶系藏于细胞器之中而受到保护系统的保护，二氧化氯难以和酶直接接触，即使护系统的保护，二氧化氯难以和酶直接接触，即使二氧化氯能透过细胞膜，也很快被细胞内保护系统二氧化氯能透过细胞膜，也很快被细胞内保护系统提供的电子使二氧化氯得到电子而失去氧化功能，提供的电子使二氧化氯得到电子而失去氧化功能，从而避免了二氧化氯对酶系的攻击破坏。这里明确从而避免了二氧化氯对

23、酶系的攻击破坏。这里明确地揭示了二氧化氯对微生物的广谱高效杀菌作用，地揭示了二氧化氯对微生物的广谱高效杀菌作用，而对人和动物却是安全无害的。而对人和动物却是安全无害的。 1/25/202229l消毒能力比氯强，故在相同条件下，投加量比消毒能力比氯强，故在相同条件下，投加量比Cl2少；少；lClO2余量能在管网中保持很长时间，即衰减速度比余量能在管网中保持很长时间，即衰减速度比Cl2慢；慢；l由于由于ClO2不水解，故消毒效果受水的不水解，故消毒效果受水的pH值影响极小。值影响极小。l作为氧化剂，能去除或降低水的色、嗅及铁、锰、酚等作为氧化剂，能去除或降低水的色、嗅及铁、锰、酚等物质。物质。lC

24、lO2在水中不与有机物发生反应在水中不与有机物发生反应,形成三氯甲烷等致癌形成三氯甲烷等致癌物。物。lClO2不与水中氨发生反应生成氯氨不与水中氨发生反应生成氯氨,因此高氨氮水的杀因此高氨氮水的杀菌能力强。菌能力强。lClO2本身和副产物本身和副产物ClO2-对人体血红细胞有损害。有报对人体血红细胞有损害。有报道认为还对人的神经系统及生殖系统有损害。道认为还对人的神经系统及生殖系统有损害。4、特点、特点1/25/20223018.2.2 氯胺消毒氯胺消毒1 1特点特点 优点：水中含有机物和酚时，不产生氯臭和氯酚味，优点：水中含有机物和酚时，不产生氯臭和氯酚味，大大地减少三卤甲烷大大地减少三卤甲

25、烷THMTHM的可能，保持水中余氯较久，的可能，保持水中余氯较久，适用管网较长。适用管网较长。 缺点：消毒作用慢，杀菌能力比氯气弱缺点：消毒作用慢，杀菌能力比氯气弱2 2人工加氨：液氨、硫酸铵、氯化铵人工加氨：液氨、硫酸铵、氯化铵 氯：氨氯：氨3 3：1 16 6：1 13 3投加顺序投加顺序 先加氨，再加氯减少臭味先加氨，再加氯减少臭味 先加氯，再加氨维持余氯先加氯，再加氨维持余氯1/25/20223118.2.3 漂白粉消毒漂白粉消毒 漂白粉由氯气和石灰加工而成，分子式为漂白粉由氯气和石灰加工而成，分子式为CaOCl2，有效氯为有效氯为30%，为白色粉末，有氯的气味，易受光、，为白色粉末，

26、有氯的气味，易受光、热和潮气作用而分解使有效氯降低，必须放在阴凉干热和潮气作用而分解使有效氯降低，必须放在阴凉干燥和通风良好的地方，漂白粉投入水中生成次氯酸，燥和通风良好的地方，漂白粉投入水中生成次氯酸，与氯消毒的机理相同。与氯消毒的机理相同。 漂白粉一般应用于小水厂或临时性给水。漂白粉一般应用于小水厂或临时性给水。1.8.2.4 次氯酸钠消毒次氯酸钠消毒 次氯酸钠用电解食盐水制的。次氯酸钠用电解食盐水制的。次氯酸钠也是强氧化剂和消毒剂，但消毒效果不及氯。次氯酸钠也是强氧化剂和消毒剂，但消毒效果不及氯。由于次氯酸钠易分解，故通常采用发生器现场制取，就由于次氯酸钠易分解，故通常采用发生器现场制取

27、，就地投加，不易储运。适用于小型水厂。地投加，不易储运。适用于小型水厂。22HNaOClOHNaClNaOHHOClOHNaOCl22222)(22CaClOHCaHOClOHCaOCl1/25/20223218.2.5 臭氧消毒臭氧消毒1.特性特性 臭氧臭氧是氧的同素异形体，由三个氧原子组是氧的同素异形体，由三个氧原子组成，纯净的成，纯净的O3在常温常压下呈淡蓝色、强烈在常温常压下呈淡蓝色、强烈的刺激性气体，密度为空气的的刺激性气体，密度为空气的1.657倍，易溶倍，易溶于水于水。O3在水中的溶解度是氧的在水中的溶解度是氧的10倍。倍。O3在在水中极不稳定，常温常压下会慢慢分解为水中极不稳定

28、，常温常压下会慢慢分解为O2，同时释放大量的热。当浓度大于同时释放大量的热。当浓度大于25%时，很容时，很容易爆炸。易爆炸。2.制备制备 臭氧发生器，在现场用空气或纯氧通过臭臭氧发生器，在现场用空气或纯氧通过臭氧发生器高压放电产生。氧发生器高压放电产生。 1/25/2022333.3.作用机理作用机理 臭氧与有机物间的作用主要有两种途径：一种臭氧与有机物间的作用主要有两种途径：一种是臭氧分子与有机物间的直接是臭氧分子与有机物间的直接 氧化作用，它是缓慢氧化作用，它是缓慢且明显选择性的反应；另一种是臭氧被分解后产生的且明显选择性的反应；另一种是臭氧被分解后产生的羟基自由基羟基自由基OHOH，间接

29、地与水中有机物作用，这一反应，间接地与水中有机物作用，这一反应相当快，且没有选择性。因此臭氧的氧化相当快，且没有选择性。因此臭氧的氧化主要靠主要靠OHOH的作用的作用。4.4.臭氧消毒的特点臭氧消毒的特点（1 1）臭氧的消毒效果好，优于二氧化氯和氯，而致突）臭氧的消毒效果好，优于二氧化氯和氯，而致突变性小于二氧化氯和氯。变性小于二氧化氯和氯。（2 2）臭氧在水中不稳定，易散失，臭氧在水中不稳定，易散失，不能维持管网的不能维持管网的持续杀菌能力，持续杀菌能力，因此在因此在O O3 3消毒之后，往往需要投消毒之后，往往需要投加少量的氯等以维持水中剩余消毒剂。加少量的氯等以维持水中剩余消毒剂。（3 3）臭氧消毒的副产物比氯消毒时少，但也有可能产生臭氧消毒的副产物比氯消毒时少，但也有可能产生溴酸盐等副产物溴酸盐等副产物（4 4）臭氧消毒的生产设备复杂，投资较大，电耗也较高，目前我国很少应用。臭氧消毒的生产设备复杂，投资较大，电耗也较高，目前我国很少应用。1/25/202234作业：作业：1、2、5、61/25/202235