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1、1,第10章 消毒,2,10.1 概述,消毒目的：消毒并非把水中微生物全部消灭，主要是消除水中致病的微生物，包括病菌、病毒及原生动物胞囊等。 对于生活饮用水，消毒过程必不可少，它是用水安全、卫生的最后保障。 消毒方法：氯消毒，臭氧消毒、紫外线消毒及某些重金属离子消毒等。,3,10.2 氯消毒,10.2.1 氯的性质 氯气是一种有刺激性气味的黄色气体，极易被压缩成琥珀 色的液氯。常温常压下，液氯极易汽化，液氯气化时需要 吸热，常采用淋水管喷水供能。 氯气容易溶解于水，发生下列反应： Cl2+H2O HOCl+HCl HOCl H+OCl- 上述反应受温度和pH值的影响，HOCl与OCl-的相对比
2、例取 决于温度和pH值。其平衡常数为：,4,10.2.2 氯的消毒过程,1.氯消毒机理 分两种情况讨论。 原水中不含氨氮 氯溶于水发生下列反应： Cl2+H2O HOCl+HCl HOCl H+OCl- 一般认为，氯消毒过程中起消毒作用的主要是次氯酸HOCl。 PH值越低，产生HOCl越多，消毒效果越好。 水中所含的氯以次氯酸HOCl、OCl-存在时，称为自由性氯。,5, 原水中含氨氮 氯加入含氨氮的水中发生下列反应： NH2Cl、NHCl2和NCl3分别叫一氯胺、二氯胺、三氯胺，统 称化合性氯。 氯胺消毒起消毒作用的仍然是HOCl。这些HOCl是由上述反 应中维持平衡所不断释放出来的。因此，
3、氯胺的消毒效果 缓慢而持续。 氯消毒分为自由性氯消毒和化合性氯消毒两大类。,6,2.折点加氯法,加氯量：包括需氯量和余氯两部分。 需氯量：指用于灭活水中微生物、氧化有机物和无机还原性物 质等所消耗的氯量。 余氯：为了抑制水中残存细菌的再度繁殖而在消毒处理后水中 维持的剩余氯量。 加氯量与剩余氯量间的关系如下： 1）若水中不含消耗氯的微生物、有 机物和还原性物质，加氯量等于剩余 氯量。如图中的虚线。 2）天然水中存在微生物、有机物以 及还原性无机物等。加氯后，当氯的 投加量超过需氯量，出现余氯，如图 中的实线。,7,3）水中主要含有氨和含氮化合物 加氯量与余氯量的关系见下图。,8,分析上述曲线,
4、曲线AHBC与斜虚线间的纵坐标b值表示需氯量；曲线AHBC的纵 坐标值a表示余氯量。 曲线可分为四个区域：第一区域即OA段，余氯量为零，需氯量 为b1，这时消毒效果不能保证；第二区域即AH段，氯与氨反应生成化合性余氯（主要为一氯氨）具有一定消毒效果；第三区域即HB段，仍然产生化合性余氯，加氯量继续增加，发生下列氧化还原反应 2NH2Cl+HOClN2+3HCl+H2O 反应结果使氯胺氧化成一些不起消毒作用化合物，余氯反而逐 渐减少，最后到达折点B；第四区域即BC段，水中已没有消耗 氯的杂质，随投氯量增加，水中余氯量也增加，且是自由性余 氯，消毒效果最好。,9,加氯量确定,H点称为峰点。余氯最高
5、，但是化合性余氯而非自由性余氯。 B点称为折点。余氯最低，如继续加氯，余氯增加，此时所 增加的氯是自由性余氯。 加氯量超过折点需要量时称为折点氯化。 当原水中游离氨在0.3mg/L以下时，通常投氯量控制在折点 后，称折点加氯；当原水中游离氨在0.5mg/L以上时，峰点 前的化合性余氯已够消毒，控制在峰点前以节约加氯量；原水游离氨在0.30.5mg/L范围内，投氯量难以掌握。 一般地面水经混凝、沉淀、过滤处理后或清洁地下水，投氯 量采用1.01.5mg/L；地面水经混凝、沉淀而未过滤，投氯 量采用1.52.0mg/L。,10,10.2.3 加氯点的确定,滤后加氯：加氯点设在过滤水到清水池的管道上
6、，或清水池 的进口处，以保证氯与水的充分接触，这样加氯量少，效果 也较好。 滤前氯化：过滤之前与混凝剂同时加氯。可以氧化水中的有 机物，提高混凝效果，降低色度和去除铁锰等杂质，还可改 善处理构筑物的工作条件，防止沉淀池底部的污泥腐败，防 止青苔滋长或微生物在滤料层生长，延长滤池的工作周期。 对于污染较严重的原水，加氯点放在滤池前为好，也可以采 用二次加氯，滤前、滤后各一次。 管网中途补充加氯：在配水管网很长的情况下，要在管网中 途补加氯，加氯点设在中途加压水泵站内。,11,10.2.4 加氯设备、加氯间和氯库,加氯设备主要包括加氯机、氯瓶等。采用自动检测和自动加 氯技术的水厂，加氯设备除了加氯
7、机和氯瓶外，还相应设置 了自动检测（如余氯自动连续检测）和自动控制装置。当前， 国内外普遍采用真空加氯机。 氯气吸收装置。氯气吸收系统是将泄漏至厂房的氯气，用风 机送入吸收系统，经化学物质吸收而转化为其它物质，避免 氯气直接排入大气，污染环境。常选用的吸收剂为碱性强、 吸收率高的NaOH。NaOH与Cl2的反应如下 2NaOH+Cl2NaClO+NaCl+H2O 加氯间是安置加氯设备的操作间。 氯库是储备氯瓶的仓库。 加氯间、氯库的设计请参阅相关设计规范与手册。,12,加 氯 间 详 景 一,V10K 远程加氯机 (两用一备),13,加氯间详景二,V10K 远程加氯机近影,14,加 氯 间 详
8、 景 三,氯 瓶 及 加 氯 系 统,15,加 氯 间 详 景 四,氯 气 切 换 装 置,16,加 氯 间 详 景 五,加 氯 间 在 线 仪 表 系 统,17,加 氯 间 详 景 六,加 氯 间 排 风 扇,18,加 氯 间 详 景 七,加 氯 间 报 警 器,19,加 氯 间 详 景 八,加 氯 间 电 磁 流 量 计 (原水),20,加 氯 间 详 景 九,加 氯 间 加 氯 管 道 (部分),21,加 氯 间 详 景 十,工 作 于 电 子 磅 上 的 氯 瓶,22,加 氯 间 详 景 十 一,加 氯 间 仪 表 (部分),23,加 氯 间 详 景 十 二,氯 库 天 车,24,事
9、故 处 理 间 详 景 一,KWL-I 型 漏 氯 中 和 装 置 (部分),25,事 故 处 理 间 详 景 二,氯 气 吸 收 装 置 (部分),26,事 故 处 理 间 详 景 三,上 为 中 和 室 下 为 储 液 池,27,事 故 处 理 间 详 景 四,事 故 处 理 间 报 警 及 手 控 装置,28,10.3 氯胺消毒和漂白粉消毒,10.3.1 氯胺消毒 氯胺消毒的应用 氯胺消毒的优点是当水中含有酚等有机物时，它不会产生 氯臭和氯酚臭，同时大大减少THMS产生的可能；能较长时 间保持水中余氯。通常作为辅助消毒剂以抑制管网中细菌 繁殖，提高给水管网水质的生物稳定性。 氯胺消毒的操
10、作 投加量：人工投加的氨可以是液氨、硫酸铵或氯化铵。液 氨的投加方法和液氯相似，氯和氨的投加比例视水质而易， 一般采用氯：氨36：1。 投加顺序：采用氯胺消毒时，一般先加氨，再加氯，这样 可减少氯臭。氯和氨液也可同时投加。有资料认为，氯和 氨同时投加与先加氨后加氯相比可降低三卤甲烷、卤乙酸 等有害副产物的生成。,29,10.3.2 漂白粉消毒,特性 漂白粉由氯气和石灰加工而成，分子式可为CaOCl2，有效 氯约30%。漂白精分子式为Ca(OCl)2，有效氯约60%。两者 均为白色粉末，有氯的气味，易分解使有效氯降低，故必 须放在阴凉干燥和通风良好的地方。 消毒原理 漂白粉加入水中后发生反应 2
11、CaOCl2+2H2O 2HOCl+Ca(OH)2+CaCl2 生成HOCl，漂白粉消毒原理与氯气相同。 应用 一般用于小水厂或临时性给水设施，投加时需配成浓度为 1.0%2.0%(有效氯计)溶液。当在过滤后水中投加时，溶 液必须经过424h澄清，以避免杂质带进清水中。,30,10.4 二氧化氯消毒,10.4.1 二氧化氯的理化性质 二氧化氯（ClO2）是一种绿色气体，极不稳定，气态和液态 ClO2均易爆炸。故不宜贮存，应采取现制现用。 ClO2是一种强氧化剂，对水中残存有机物的氧化，ClO2比C12 要优越。被氧化的有机物多降解为含氧基团为主的产物，无 氯代产物出现。ClO2的强氧化性还表现
12、在可将致癌物苯并芘 氧化成无致癌活性的醌式结构。此外，水中黄霉素、腐植酸 也可被其氧化降解，且其降解产物不以氯仿出现，这是传统 的氯消毒方法所不能实现的。 10.4.2 二氧化氯的消毒作用 二氧化氯对细菌的细胞壁的穿透能力和吸附能力都较强，能 有效地破坏细菌内含硫基的酶，对细菌和病毒有很强的灭活 能力。消毒能力比氯强。,31,10.4.3 二氧化氯的投加,二氧化氯的投加量与原水水质和投加用途有关，约为 0.11.5mg/L。 仅用作消毒时，一般投加量为0.10.3mg/L； 兼用作除臭时，一般投加量为0.61.3mg/L； 兼用作前处理、氧化有机物和锰、铁时，投加量约为 1.01.5mg/L。
13、 投加浓度必须控制在防爆浓度以下，二氧化氯水溶液 浓度可采用68mg/L。 必须设置安全防爆措施。,32,10.4.4 二氧化氯的制取,用亚氯酸钠和氯制备，反应如下： 用酸与亚氯酸钠制备，反应如下：,33,10.5 臭氧消毒,10.5.1 臭氧的理化性质 臭氧（O3）是氧的同素异形体，由三个氧原子组成，呈三角 形排列，其结构如下图。 纯净的臭氧（O3）常温常压下为淡蓝色气体，与空气的密度 比为1.657。臭氧极不稳定，常温常压下会缓慢地分解成O2， 同时放出大量的热量。 臭氧在水中的分解速度比在空气中快得多。在水中臭氧分解 反应式为 O3+3H2O H3O+3OH- H3O+3OH- 2 H2
14、O+O2 O3+OH- HO2-+O2 O3+HO2- OH-+2O2,34,10.5.2 臭氧消毒,臭氧既是消毒剂，也是很强的氧化剂。在水中投加臭氧进行 消毒或氧化称为臭氧化。 消毒机理：臭氧具有很高的氧化电位，容易通过微生物细胞 扩散，并能通过氧化微生物细胞的有机物或破坏有机体链状 结构而导致微生物细胞死亡。 臭氧消毒的特点：主要优点是不产生三卤甲烷等副产物，其 杀菌和氧化能力均比氯强。但作为消毒剂，由于臭氧在水中 很不稳定，易消失，故在臭氧消毒后，往往仍需投加少量氯、 二氧化氯或氯胺以维持水中剩余消毒剂。 臭氧的应用：近年来有关臭氧化的副作用也引起人们的关注。 有人认为，水中有机物经臭氧
15、化后，有可能将大分子有机物 分解成分子较小的中间产物，在中间产物中，可能存在毒性 物质或致突变物；或者有些中间产物与氯作用后致突变反而 增强。因此，当前通常把臭氧与粒状活性炭联用。,35,10.5.3 臭氧的制备,臭氧发生器是生产臭氧的核心设备。 臭氧是在现场用空气或纯氧通过臭氧发生器高压放电产生 的。以空气作气源，臭氧生产系统包括空气净化和干燥装 置，以及鼓风机或空气压缩机等。如果以纯氧作为气源， 臭氧生产系统应包括纯氧制取设备。,36,10.5.4 臭氧的投加,由臭氧发生器出来的臭氧化空气(或纯氧)进入接触池与待处理水充分混和。为提高传质效率，臭氧化空气(或纯氧)可以通过微孔扩散器形成微小
16、气泡均匀分散于水中。 饮用水中的投加臭氧剂量一般为0.21.5mg/L。,37,10.6 物理消毒法,10.6.1 紫外线消毒法 水银灯发出的紫外光，能穿透细胞壁并与细胞质反应达到消 毒的目的。 紫外线消毒与液氯消毒比较，具有以下优点： 消毒速度快，效率高，不影响水的物理性质和化学成分， 不增加水的臭和味。 操作简单，便于管理，易于实现自动化。 紫外线消毒不能解决消毒后在管网中二次污染问题，电耗较 大，水中悬浮杂质妨碍光线投射等。紫外线消毒一般仅用于 特殊情况下的小水量处理厂。 10.6.2 辐射消毒法 辐射是利用电子射线、射线、x射线、射线等高能射线来 实现对微生物的灭菌消毒。目前此法还未见有应用。 10.6.3 加热消毒 加热消毒仅适用于水量很小特殊场合的消毒。,
