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四川齐力绿源水处理科技有限公司

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二氧化氯制备系统达到国际先进水平

常用的水消毒技术

本文来源: 齐力科技 责任编辑: 发布日期:2017-12-26
文章导读齐力科技,常用的水消毒技术

消毒是给水处理工艺中的重要组成部分,是提高水质,保障供水安全的主要措施之一。19世纪中叶,由于严重危害生命安全的霍乱、伤寒、痢疾等传染病通过饮用水传播,人类第一次将水质与人体健康直接联系起来。20世纪初发现氯可以灭活水传致病微生物后,氯消毒在给水处理中得到广泛应用,成为本世纪保护人体健康的重要技术进步之一。

一、液氯消毒

传统的给水处理观念中,认为饮用水采用液氯消毒就可以控制致病菌传播,即使较大城市的长距离给水管网,只要维持管网末梢一定的余氯就可以保证饮用水的安全(国标0.05mg/L)。但近十多年来随着科学发展和分析技术的进步,饮用水中不断发现新的病原微生物,如微小似病毒、军团菌和隐孢子虫等。饮用水中越来越多的致病微生物种类对饮用者健康构成直接威胁,而且部份新型致病微生物如隐孢子虫等不能被液氯杀死。即使保持一定的余氯,在给水管道中仍可检出几十种细菌,除少数铁细菌和硫细菌外,主要是以有机物为营养基质的异养菌。出厂水中存在的有机物为细菌在管网中生长提供了必要条件,液氯消毒后未杀死细菌的自我修复生长和外源细菌进入管道是管网中细菌生长的内在原因,而管壁本身的特点如表面粗糙、边界层效应、悬浮和胶体物的沉积又给细菌提供了生长的基地。研究人员因此提出生物稳定性的概念,并以饮用水中AOC和BDOC的浓度来作为饮用水生物稳定性评价指标。如果饮用水中有机营养物含量高,水质生物稳定性差,细菌就容易在给水管网中生长,致病菌出现的可能性就增大。

 

70年代发现液氯消毒产生的消毒副产物对人体健康有较大影响,对氯化消毒副产物的研究已经成为给水研究中的一个重要课题。越来越多的消毒副产物如三卤甲烷、卤乙酸、卤代腈、卤代醛等在饮用水中被发现。三卤甲烷和卤乙酸由于强致癌性已成为控制的主要目标,而且也分别代表了挥发性和非挥发性的两类消毒副产物。美国专门有消毒剂和消毒副产物法,对液氯消毒剂和消毒副产物进行了规定,我国建设部的行业水质标准也将消毒副产物增加到标准中(三卤甲烷0.06mg/L、卤乙酸0.06mg/L、亚氯酸盐0.7 mg/L)。

   上述问题对饮用水的安全性构成了严重威胁,因此消毒技术的优化和发展成为十分紧迫的问题。

二、臭氧消毒

臭氧是淡蓝色、强烈刺激性的有毒气体,分子式为O3,分子量为47.97,具强氧化性。采用臭氧消毒已有很长历史,1886年即有试验性应用,但由于臭氧制取设备复杂,投资大,运行费用高,一直没有得到普遍推广。臭氧消毒目前主要在欧洲应用较多,但最大规模的水厂是在加拿大的蒙特利尔,为300MGD(约110万m3/d)。臭氧消毒一般剂量为3~5mg/L。近年来由于对氯化消毒副产物和新型致病微生物如隐孢子虫的关注,而且也由于臭氧制备技术的进步,臭氧消毒的应用有增加的趋势。

 臭氧的消毒机理包括直接氧化和产生自由基的间接氧化,与氯和二氧化氯一样,通过氧化来破坏微生物的结构,达到消毒的目的。臭氧消毒的优点是杀菌效果好,用量少,作用快,能同时控制水中铁、锰、色、味、嗅,同时产生的副产物少。

由于臭氧分子不稳定,易自行分解,在水中保留时间很短,小于30min,因此不能维持管网的消毒能力,而且臭氧消毒产生溴酸盐、醛、酮和羧酸类副产物,其中溴酸盐在水质标准中有规定,醛、酮和羧酸类副产物部份是有害健康的化合物,部分使管网水生物稳定下降,因此臭氧消毒在使用中受到一定的限制。对于大、中型管网系统,采用臭氧消毒时必须靠氯来维持管网中持续的消毒效果。

三、紫外线消毒

紫外线是指电磁波波长处于200~380nm的光波,一般分为三个区,即UVA(315~380nm),UVB(280~315nm),UVC(200~280nm)。低于200nm的远紫外线区域称为真空紫外线,极易被水吸收,因此不能用于消毒。用于消毒的紫外线是UVC区,即波长为200~280nm的区域,特别254nm附近。

紫外线消毒机理与前面的氧化剂不同,它是利用波长254nm及其附近波长区域对微生物DNA的破坏,阻止蛋白质合成而使细菌不能繁殖。紫外线的灭菌作用最早在20世纪初由英国学者贝纳德和莫加报道,真正开始应用为20世纪60年代。

紫外线消毒的优点:对致病微生物有广谱消毒效果;消毒效率高;对隐孢子虫卵囊有特效消毒作用;不产生有毒、有害副产物;不增加AOC及BDOC等损害管网水生物稳定性的副产物;能降低嗅、味和降解微量有机物;占地面积小,消毒效果受水温、PH影响小。

紫外线消毒的缺点:没有持续消毒效果,需与氯配合使用;管壁易结垢,降低消毒效果;消毒效果受水中SS和浊度影响较大;被杀灭的细菌有可能复活;国内使用经验较少,目前使用还受到一定限制。

四、二氧化氯消毒

二氧化氯是淡黄色、强烈刺激性有毒气体,分子式为CLO2,分子量为67.46,具有强氧化性。1811年二氧化氯由汉弗莱·戴维首先合成,1944年首先在水处理中得到应用。自20世纪80年代,在欧美发达国家,二氧化氯在自来水净水工艺上的应用日渐广泛,作为预氧化剂,它所氧化的产物中基本上不含有机氯化物,并对饮用水的Fe2+、Mn2+、嗅与味、藻类等均有很好的去除效果;作为消毒剂,它对水中各种病原微生物(细菌、病毒、贾滴虫与隐孢子虫等)都有彻底杀灭或灭活效果,并能有效控制细菌生物膜在管网中的生长繁殖。

  1979年,美国环境保护署(USEPA)规定饮用水中三卤甲烷的最大污染水平必须低于0.1 mg/L,并推荐二氧化氯消毒剂作为控制自来水中的有机卤代物的有效手段之一。目前,美国EPA已将二氧化氯作为替代液氯的首选消毒剂。世界卫生组织将其定为AI级高效安全消毒剂。

二氧化氯的消毒机理主要是通过吸附、渗透作用进入细胞体,氧化细胞内酶系统和生物大分子,较好杀灭细菌、病毒,且不对动、植物产生损伤。

二氧化氯消毒的优点:杀菌效果好、用量少、作用快,消毒作用持续时间长,可以保持剩余消毒剂量;氧化性强,能分解细胞结构,并能杀死隐孢子虫;能同时控制水中铁、锰、色、味、嗅;受温度、氨氮和PH影响少;不产生三卤甲烷和卤乙酸等副产物,不产生致突变物质,其Ames试验和小鼠骨髓嗜多染红细胞微核试验均呈阴性结果;与氯消毒相比,二氧化氯能降低致突活性;二氧化氯与水中有机物的反应为氧化作用,而氯则以取代反应为主;使用安全、方便,消毒成本与液氯相当。二氧化氯消毒的缺点:

二氧化氯消毒液应根据需要现场制备。

二氧化氯的制备方法主要有电解法和化学法,电解法二氧化氯发生器设备腐蚀严重、故障率高,未能推广应用。化学法二氧化氯发生器以其结构简单、运行稳定可靠得到快速发展。化学法二氧化氯发生器按所使用的原料不同,又分为亚氯酸钠法和氯酸钠法。亚氯酸钠法由于原料价格较高,消毒成本高,推广使用困难。氯酸钠法因其原料价格较低而被广泛使用。氯酸钠法通常使用的还原剂有盐酸、甲醇和双氧水,当用盐酸作还原剂时有氯气产生, 当用甲醇或双氧水作还原剂时没有氯气产生。

二氧化氯发生器必需达到纯度高、原料转化率高和可靠性高才能满足饮用水消毒的较高要求。因此,生产二氧化氯发生器的企业应具备较高的专业技术和制造能力。二氧化氯发生器选择不当,不但影响消毒效果,而且增加消毒成本,对提高饮用水水质和保障供水安全不利。

饮用水消毒对二氧化氯发生器的特殊要求:1、二氧化氯纯度高。二氧化氯纯度越高消毒效果就越好,常规反应器纯度盐酸法约为55%,折叠式微分双温反应器硫酸法约为98%。2、原料转化率高。原料转化率的高低直接影响消毒成本,常规反应器原料转化率约为70%。折叠式微分双温反应器约95%。3、具有残液自动分离排放装置。可提高消毒液的纯度,确保二氧化氯发生器在非常状况下防止原料和副产物进入水体,避免杂质污染水体。4、自动化程度高。根据水处理工艺的特殊要求,采用进口PLC控制器而设计的控制软件,可实现水量和余氯的复合环控制,使设备的运行和二氧化氯的投加达到了全自动控制,确保出厂水中二氧化氯残余量达到规定要求。5、具有原料流量在线监视和测控系统。采用非接触测量技术准确测量出两种原料的流量,时刻监视计量泵的运行状态,当计量泵计量不准确或故障停运时,自动校准或报警停机,避免因计量泵故障而影响生产,污染水质。6、具有安全状态在线监测系统。根据影响二氧化氯发生器安全运行的各种因数设计的在线测控分析系统,准确判断设备故障隐患,及时报警和停机,确保设备在安全的条件下启动和运行。7、具有二氧化氯自动吸收处理装置。在突然停电或停水的紧急情况下,自动将正在反应生成的二氧化氯进行吸收和处理,确保二氧化氯不发生泄漏而影响环境、危及设备和人身安全。8、采用分体式控制柜。将发生器和控制柜分开安置,可克服潮湿和腐蚀环境对电子器件的影响,提高设备的可靠性。9、采用优质材料。反应器应采用传热性能好的钛材及耐高温、耐腐蚀的聚四氟乙烯材料加工制作,外壳应采用优质工程材料制造, 配套部件应采用进口名牌精密计量泵和二氧化氯在线检测仪,以确保设备的性能和品质。

五、小结

消毒对控制饮用水水质、保持管网水质稳定起着关键作用,因此深入研究消毒的新技术和应用特点,以全面提高饮用水水质显得十分必要。在液氯、二氧化氯、臭氧和紫外线等消毒中,二氧化氯消毒技术由于消毒效率高,持续消毒效果好,消毒成本低,使用安全方便,不产生消毒副产物或产生的消毒副产物少在给水处理中具有很好的发展前途。