主要消毒方法和機理

時間：2023-06-04 09:26:11 環保工程師我要投稿

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主要消毒方法和機理

　　消毒是指利用溫和的物理化學因素抑制病原體繁殖的手段。消毒有物理方法，化學方法及生物方法，但生物方法利用生物因子去除病原體，作用緩慢，而且滅菌不徹底，一般不用于傳染疫源地消毒，故消毒主要應用物理及化學方法。

　　1.1概述

　　城市污水經一級或二級處理(包括活性污泥法和生物膜法)后，水質得到改善，細菌含量也大幅度減小，但其絕對值仍很大，有病源菌存在的可能。因此，污水排入水體前應進行消毒，即通過消毒劑或其他消毒手段殺滅水中病微生物。

　　消毒對飲用水是必不可少的處理工藝。對廢水而處理而言，雖非必需，但對某些廢水的安全排放或回用也是十分重要的。

　　在水處理中，消毒方法包括物理法和化學法兩類，化學法有氯消毒、次氯酸鈉消毒、二氧化氯消毒、臭氧水消毒等，而紫外線消毒屬于物理法消毒。

　　1.2氯消毒機理

　　氯消毒在水中不含氨的情況下，向水中加入氯后立即發生反應生成次氯酸，次氯酸水解能生成次氯酸根離子，一般情況下，次氯酸和次氯酸根離子在水中同時存在，相對比例取決于pH值和溫度，但它們的總和則保持一定值。

　　次氯酸為很小的中性分子，可擴散到帶負電的細菌表面，并滲入細菌體內通過氧化作用破壞菌體內系統而使細菌死亡。因次氯酸根離子本身帶負電，難以接近帶負電的細菌，很難起到直接的消毒作用。所以在較低的pH值條件下，次氯酸所占比例較大，則消毒效果較好。不過，雖然次氯酸根離子難于直接消毒，但是當水中的次氯酸被消耗后，次氯酸根離子會不斷轉化為次氯酸，因此，次氯酸和次氯酸根離子的所含氯量均為消毒劑的有效氯含量。

　　氯消毒的效果與水溫、pH值、接觸時間、混合程度、污水濁度以及所含干擾物質、有效氯濃度有關。

　　1.3主要消毒方法和機理

　　1、消毒方法的選擇

　　主要消毒方法有液氯、臭氧、二氧化氯、次氯酸鈉和紫外線等，每種消毒方法均有各自的優缺點和選擇適用條件。消毒方法的選擇要求能高效快速地滅活多種致病微生物，又要具有較好的適應性、經濟性、安全性、無二次污染以及操作方便和耗材便于運輸儲存等特點。

　　由于氯的價格低廉，消毒效果良好和使用較方便等，所以它是當前較常用的消毒藥劑。

　　2、主要的消毒方法

　　⑴氯消毒

　　加氯處理的方法也稱氯化處理或氯化法。氯消毒可使用液氯，也可以使用漂白粉。前者述及，氯消毒的效果與水溫、pH值、接觸時間、混合程度、污水濁度以及所含干擾物質、有效氯濃度有關。

　　由于氯是強氧化劑，污水中氣有具有還原性的物質均要消耗氯，因此污水消毒的加氯量應該經試驗確定。對于生活污水，可參考的數值為：一級處理水排放時，投氯量為20～30mg/L，二級處理水排放時，投氯量為5～10mg/L.

　　氯加入水中后，一部分被能與氯化合的雜質消耗掉，剩余的部分稱為余氯。保留一定量余氯的目的是為了保證自來水出廠后還具有持續的殺菌力。

　　氯氣是一種有毒氣體，因此氯的運輸貯存和使用應小心，加氯設備的安裝位置應盡量靠近加氯點。加氯間應結構堅固，能防凍保溫，通風良好，并宜安裝排風扇。

　　液氯消毒的工藝流程一般是：液氯通過加氯機與污水在混合池內反應，然后在接觸池內接觸一定時間后即可出水。在混合池內的混合反應時間為5～15min，在接觸內的接觸時間為30min左右，沉淀速度采用1～1.3mm/s，保證余氯量不小于0.5 mg/L.

　　國內使用的加氯機種類很多。例如ZJ型轉子加氯機，來自氯瓶的氯氣首先進入旋風分離器，再通過彈簧膜閥和控制閥進入轉子流量計和中轉玻璃罩，于是經水射器與壓力水混合、溶解于水內被輸送至加氯點。

　　⑵次氯酸鈉消毒

　　電解食鹽水可以得到次氯酸鈉，然后將次氯酸鈉加入污水后與水反應產生次氯酸，所以說次氯酸鈉的消毒作用依然靠次氯酸，但其消毒作用不及氯強。

　　因次氯酸鈉易分解，所以通常采用次氯酸鈉發生器現場制取，就地投加，不宜貯運。它一般適用于小型工廠。

　　⑶二氧化氯消毒

　　二氧化氯用于受污染水源消毒時，可減少氯化有機物的產生，故二氧化氯作為消毒劑日益受到重視。

　　①消毒原理

　　二氧化氯溶于水，不與水發生化學反應，其殺菌主要依靠吸附和滲透作用。二氧化氯對細菌壁的穿透能力和吸附能力都較強，大量二氧化氯分子聚集到細胞的周圍，通過封鎖作用，抑制其呼吸系統，進而滲透到細胞內部，破壞含硫基的酶，從而加速抑制微生物蛋白質的合成。

　　②二氧化氯的制備

　　主要有還原法、氧化法和電解法。

　　③二氧化氯系統的運行

　　在適當的溫度范圍內，溫度越高，二氧化氯的殺菌能力越大。二氧化氯殺菌作用持續時間長，適用 pH值范圍寬。

　　二氧化氯易揮發，氣體和液態的二氧化氯均易爆炸，因此，二氧化氯裝置的安裝場所以及操作程序均應符合有關規定。

　　④二氧化氯消毒的特點

　　a.二氧化氯不僅可以將水體中的微生物氧化除去，還可以將水中引起臭味的物質如硫化氫、硫醇等氧化分解為無毒無味的硫酸或磺酸，能將氰類和酚類等有毒物質氧化降解為氨根離子和簡單的有機物;

　　b.因為二氧化氯不與水發生化學反應，所以其消毒作用受pH值影響極小，在較高pH值時二氧化氯消毒能力比氯強;

　　c.二氧化氯殺滅對象多，殺菌效果好，用量少，作用快，殺菌持續時間長，不僅能殺死細菌，而且能分解殘留的細胞結構，并具有殺孢子和殺病毒的作用。因此，在醫院污水等可能含有較多病原微生物的污水處理場合可以有應用。

　　⑷臭氧消毒

　　①消毒原理

　　臭氧分子由三個氧原子組成，在常溫常壓下為無色氣體，它是淡藍色的具有強烈刺激性的氣體。臭氧極不穩定，分解時放出新生態氧[O].新生態氧具有極強的氧化能力，對具有頑強抵抗力的微生物如病毒、芽子孢等具有強大的殺傷力。臭氧能氧化有機物，去除水中的色、味，還可去除水中溶解性的鐵、錳鹽類及酚等。

　　②臭氧消毒系統簡介

　　臭氧是空氣中的氧通過高壓放電產生的，制造臭氧的空氣必須先行凈化和干燥，以提高臭氧發生器效率并減少腐蝕。臭氧發生系統的前部為空氣凈化和干燥裝置，以后為臭氧發生器。其系統布置為：空氣壓縮機將空氣送至冷卻器，然后再經過濾加以凈化，再經過1~2級硅膠或分子篩干燥器，將空氣干燥至露點(-50℃)以下，最后經臭氧發生器，通過15000~17000V高壓電，在空氣中放電后產生臭氧。現場用空氣或氧氣為原料制備的臭氧的濃度在2%~10%之間。

　　臭氧具有高腐蝕性能，通常橡膠、大多數塑料、普通鋼鐵、銅以及鋁等材料都不能用于臭氧系統。可用的材料主要包括316和305不銹鋼、玻璃、氯磺烯化聚乙烯合成橡膠、聚四氟乙烯以及混凝土。

　　③臭氧消毒的特點

　　a.由于臭氧比氯有較高的氧化電位，比氯消毒具有更強的殺菌作用，對細菌的作用比氯快，消耗量明顯較小，例如，在0.45mg/L臭氧作用下，經過2min后脊髓灰質炎病毒死亡，如果用氯消毒，則劑量為2mg/L時需經過3h.

　　b.臭氧消毒在很大程度上不受pH值的影響;

　　c.在某些特定的用水中，如食品加工、飲料生產以及微電子工業等，臭氧消毒不需要從已凈化的水中去除過剩殺菌劑的附加工序，如用氯消毒時的脫氯工序。

　　d.不會產生象氯酚那樣的臭味;

　　e.不會產生三鹵甲烷等氯消毒的副產物;

　　f. 缺點：大量研究表明，含有機物污染的水經臭氧處理后，有可能將致突變物或THMS(三氯甲烷)的前體物如腐殖酸等大分子有機物分解成分子較小的有可能致突變物;水中含有氨氮時，在臭氧投量有限的情況下，臭氧不可能去除氨氮，有可能把有機氨氮氧化為氨氮，致使水中氨氮含量增高。因此，在使用臭氧時，應注意解決可能產生的問題。

　　g.臭氧在水中不穩定，容易消失，不能在管網中繼續保持殺菌能力，故在臭氧消毒后，往往需要投加少量氯，以保持水中一定的余氯量;

　　⑸紫外線消毒

　　①消毒原理

　　紫外線殺菌機理是細菌受紫外線光照射后，紫外光譜能量為細菌核酸所吸收，使核酸結構破壞。根據試驗，紫外線的波長范圍在200~390nm，波長260nm左右的紫外線殺菌能力最強。這是因為細菌DNA對紫外線的吸收峰在260nm處，DNA吸收紫外線后分子結構被破壞，引起內蛋白質和酶的合成發生障礙，最終導致細菌死亡。

　　②紫外線消毒設備

　　紫外線光源由紫外燈管提供。不同型號、規格的紫外燈管所提供的紫外光主波長不同，應根據需要選用。消毒設備主要有兩種形式：浸入式和水平式。

　　③紫外線消毒的特點：

　　優點：不需化學藥品，不存在THMS(三氯甲烷)類副產物，處理后的水無味無色;操作容易，管理簡單，運行和維修費用較低;

　　缺點：消毒效力受水中懸浮物含量影響，消毒后不能保持殺菌能力，同時，消毒費用高。

　　④影響紫外線消毒的主要因素

　　a.微生物的類型;b.微生物數量;c.照射時間與水層厚度;d.水的色度和其他雜質均會降低紫外線的消毒效果;e.消毒環境。

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