浅谈给水系统消毒方法及控制其消毒副产物措施

董柏光

摘要：在城市给水系统中，消毒是一个重要的生产环节。消毒可以杀灭水中大部分的细菌和病毒，保证饮用水安全。各种消毒方法有不同的适用环境，要综合考虑适用性、经济性、安全性来选择一种或多种消毒方法。有些消毒方法还会产生对人体有害的消毒副产物。人们在饮用水中已经检测出765种对人体有害的消毒副产物。关于消毒副产物的研究已成为科研工作者的研究重点。

关键词：给水系统；消毒；预氧化

1消毒技术在饮用水处理中的现状研究

1.1液氯（或氯气）消毒

目前供水系统中常用的消毒方法有氯气、臭氧、二氧化氯、氯胺、高猛酸钾、紫外线和超声波等。氯在常温下为黄绿色气体，具强烈刺激性及特殊臭味，氧化能力很强。在6、7个大气压下，可变成液态氯，体积缩小457倍。容易运输和储存。据不完全统计，我国约有99.5%的水厂采用氯消毒工艺。氯溶于水后起下列反应：Cl2+H20=HCl+HClOHClO=H++OCL-漂白粉在水中也能水解成次氯酸，氯的杀菌作用，主要是次氯酸体积小，易穿过细胞壁；同时，它又是一种强氧化剂，能损害细胞膜，使蛋白质、RNA和DNA等物质释出，并影响多种酶系统（主要是磷酸葡萄糖脱氢酶的巯基被氧化破坏），从而使细菌死亡。氯对病毒的作用，在于对核酸的致死性损害。但是近年来的大量研究表明，在常用的消毒方式中，氯消毒是产生氯化消毒副产物最多的消毒方式。消毒后的饮用水经Ames试验其致突变性强于其它几种消毒剂的副产物。1972年美国国家环保局在密西西比河下游路易斯安那州3个城市的饮水中发现44种有可能致癌的物质和别的毒性有机化合物。1974年又报道新奥尔良市饮水中有66种有机化合物。氯化DBFs包括：三卤甲烷（trihalomethans，THMs）卤乙酸（haloaceticacids，HAAs）卤乙腈（haloaceton-triles，HANs）水合三氯乙醛（chlorahydrate，Ch）卤代酮（HKs）卤代酚（ePs）三氯硝基甲烷（chloropierin）氯化氰（cyanogenschloride）酸性氯化咲喃酮（MX）溴酸盐等等。。

1..2二氧化氯消毒

随着氯消毒的种种弊端被暴露以及人们对氯的消毒副产物及其危害程度的担忧，二氧化氯消毒技术开始逐渐被水务工作者所关注，二氧化氯是国际上公认的含氯消毒剂中唯一的高效消毒灭菌剂，它可以杀灭一切微生物包括细菌繁殖体、细菌芽孢、真菌分枝杆菌和病毒等并且这些细菌不会产生抗药性。二氧化氯对微生物细胞壁有较强的吸附穿透能力，可有效氧化细胞内含巯基的酶，还可以快速地抑制微生物蛋白质的合成来破坏微生物。二氧化氯的极易溶于水，但是不和水反应。其溶解度是氯的5-6倍。

二氧化氯具有较强选择性氧化能力和广谱高效杀菌能力，由于它的高选择性，使它与有机污染物发生的主要是氧化反应而不是取代反应，所以在净水过程中几乎不产生氯消毒有机副产物，因此，采用二氧化氯消毒技术使生成的THMs、HAAs等消毒副产物的含量大大降低，二氧化氯在水中不与氨氮反应，杀菌效果优于氯，并且用量少，作用快，不受水的pH值、温度和氨氮浓度的影响。在给水处理中，CLO2不仅可以作为高效的消毒剂，还可考虑投加在原水、沉淀池前或滤池前，进行预氧化或中间氧化，以控制嗅味（尤其是氯船或藻类副产物嗅味等），防止微生物滋长，加强混凝过滤；也可用于去除水中的铁、锰和色度。另外，欧洲一些国家将CLO2、O3即CL2结合起来用于饮用水处理，取得了较好的效果。

1..3氯胺消毒

相对于氯消毒而言，氯胺灭活水中微生物的能力比自由氯低得多，因此氯胺常被作为饮用水二次消毒剂应用于饮用水的消毒。但氯胺持续灭菌的能力很强，因此经常与其他消毒方式配合使用，在长途的输配水管线中。在消毒工艺中也可以祛除水在味觉和嗅觉的上对人的刺激。氯胺可以在维持灭菌效果的同时避免副产物的产生，同等条件下的DBPs生成量也大大减少。采用氯胺取代氯进行二次消毒是许多城市水厂采取的控制消毒副产物生成的策略，但是有研究发现，投加氯胺消毒也可能产生潜在的水质安全风险，最近的研究发现氯胺消毒可能产生某些危害更大的有机胺类消毒副产物。当原水中含有较高浓度氨氮时，采用其他消毒剂与氯胺联用的方法可以强化消毒能力。

1..4臭氧消毒

臭氧消毒技术已在法国和其他一些西欧国家得到推广和应用。臭氧是一种广谱杀菌物质，具有极强的杀菌能力。臭氧的杀菌原理为：它极强的氧化作用，使微生物细胞中的多种成分发生化学反应，从而导致细胞成分的不可逆转的变化而死亡。臭氧灭活病毒，是通过直接破坏核糖核酸（RNA）或脱氧核糖核酸（DNA）物质而完成的。杀灭细菌、霉菌类微生物的过程为：臭氧首先作用于细胞膜并将细胞膜破坏，继而破坏膜内组织，直至杀灭。由于臭氧的强氧化性和广谱性，它具有杀菌、消毒、除臭、除味等特殊效用，已经在许多领域得到广泛应用。使用臭氧预处理，还可以起到微絮凝作用，提高出水水质；应用臭氧，不会在处理过程中产生有害的三致物质。用臭氧消毒时，为了维持管网中的持续消毒能力，需要采用氯、氯胺、二氧化氯等作为辅助消毒剂。臭氧的杀菌效果强于液氯和二氧化氯，但由于臭氧极不稳定，因此在使用时需要现场制备，从而使设备投资加大，消毒成本提高，还有可能对操作人员造成危险，而且对设备有腐烛，需要第二消毒剂也限制它的作用，目前只有少数国家的一些自来水公司使用用臭氧消毒时。臭氧消毒产生的消毒副产物很少，除了水中溴离子外，不产生其它的三卤甲烷和卤乙酸。在用于有机物较多的水源时，主要产生一些醛、羧酸、酮、酚、溴酸盐类物质。其中按酸类物质物质占到26%，还有63%的未知有机物有待发现。

1.5紫外线消毒

紫外线消毒技术在处理水时不向水中投加任何药剂，不产生消毒副产物，不影响水的理化性质，而且操作简便，便于实现自动化操作，现已较广泛地用于纯净水、无菌水和小区饮用水等的消毒。紫外线消毒技术已被认可为适合杀灭隐孢子虫（Cryptosporidium）和贾第鞭毛虫（Giardia）消毒技术，特别适用于地表水和其他易受感染水源。但是并非所有的紫外线都具有对水的消毒作用，只有波长在200nn~275nm的紫外线才被用作对水消毒，其中波长在253.7nm的紫外线杀菌能力最强。目前，紫外线消涛有两种方式，一种是浸入式（即水屮照射），另一种是水面式（即水面照射），采用水屮照射时，其消毒效果较明显，但是裝置比较复杂，采用水面照射时，其消毒效果没布水中照射理想，但是装置相对水中照射而言较简单，并且基建和运行费用有所降低。

2消毒副产物去除对策

2.1寻求氯消毒替代品

随着人们对饮用水安全保障关注度的提升，氯消毒技术将会渐渐淡出。综合以上几种消毒方式，根据我国的国情以及我国经济的发展速度，二氧化氯消毒技术、氯胺消毒技术和紫外线消毒技术将会越来越受到广大水务工作者的青睐，就目前来看，CLO2做为一种高效的氯化消毒剂，其消毒能力受pH值及水中氨氮的影响均较小，消毒都不会产生三氯甲烷，是液氯消毒的理想符代产品。紫外线技术在近年来己经相当成熟，现今正在由一些主流的水处理公司进行标淮化的使用和推广，随着标准、工艺和工程等的更加完善，紫外线消毒技术的认可度将会迅速提高。

2.2开发消毒新技术

现在，伴随着物理学、无机化学、材料学等基础科学进步与发展，大量的饮用水消毒新技术应用而生，如光催化消毒、电化学消毒、超声消毒和高铁酸盐消毒等，这些消毒新技术的优越性和弊端还需要广大科研人员在实践中去探索。

2.3组合消毒工艺

通常在单独使用一种消毒剂的情况下对饮用水的处理效果不是很明显，而且会产生大量消毒副产物，但是组合消毒工艺常常能达到较好的效果，有研究表明臭氧-氯胺工艺中产生的三氯甲烷、总有机卤化物（TOX）卤乙酸和卤乙腈几乎都是下降的，百分比从7~98%不等，但对于卤化酮、三氯确基甲烷、水合氯醛和氯化腈浓度的影响比较微弱。二氧化氯-氯胺或二氧化氯-氯，氯-氯胺等组合对于降低消毒副产物浓度是很有效的，均有给水实践证明。

3结束语

论文详细论述了传统净水消毒的方法，论述了消毒副产物的种类和危害性，比较了各种消毒方法的优劣，探讨了去除消毒副产物的措施，以及去除前体物的对策。旨在进一步提高净水消毒的安全性，提高人们的生活水平。

参考文献

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