根据《生活饮用水卫生监督管理办法》规定,卫生行政部门对水厂有卫生行政许可和监督双向职能。水厂有市政水厂和自建水厂,在水厂,源水经过混凝沉淀、过滤以后,去除了水中的悬浮物和胶体杂质,使水变得澄清。同时粘附在杂质颗粒上的细菌、大肠杆菌、和其它微生物也被去除,但水中仍还有一定数量微生物,包括对人体有害的病原体,为了保障人民的身体健康,生活饮用水必须进行彻底的消毒。在净水工艺中,消毒的方法有很多,如氯消毒、臭氧消毒、二氧化氯消毒、紫外线消毒等。由于液氯价格低廉、消毒效果良好和使用方便等优点,在水厂一直予以应用。随着人们对有机卤化物致癌作用的研究认识,源水水质日趋下降,部分水厂已经开始应用二氧化氯消毒。
一、液氯消毒原理和二氧化氯消毒原理
(一)、液氯消毒
氯气加入水中产生一系列化学变化。不同的水质其化学反应的过程也不一样,但最终起消毒作用的产物为次氯酸和次氯酸根离子。
1.当水中无氨氮存在时
cl2+ho2→hocl+h++cl-(1)
次氯酸是一种弱电介质
hocl→h++ocl-(2)
次氯酸与次氯酸根在水里所占的比例主要取决于水的ph值,hocl和ocl-都具有氧化能力,但hocl是中性分子,可以扩散到带负电荷细菌的表面,并渗入细菌体内,氯原子氧化作用破坏细菌体内的酶,使细菌死亡;而ocl-带负电,难于靠近带负电荷的细菌,所以虽有氧化能力也难起消毒作用。在ph值5.6-9.5范围内,水的ph值越低,hocl的百分含量越大,因而消毒效果越好。
2.当水中存在氨氮时,(1)式产生的hocl就会和氨化合,产生一类叫胺的化合物,其成份视水的ph值及cl2和nh3含量的比值而定。
nh3+hocl→nh2cl+h2o(3)
nh3+2hocl→nhcl2+2h2o(4)
nh3+3hocl→ncl3+3h2o(5)
当水的ph值在5-8.5之间时,nh2cl和nhcl2同时存在,但ph值低时,nhcl2较多,nhcl2的杀菌能力较nh2cl强,所以水的ph值低一些,也是有利于消毒作用的。ncl3要在ph值低于4.4时才产生,在一般的饮用水中不大可能形成。
所以,无论水中是否存在氨氮,在使用液氯消毒时,在ph值6.8-8.5范围内,ph值越低,消毒效果比ph值高的消毒效果好。
(二)、二氧化氯消毒
二氧化氯化学性质活泼,易溶于水,在20℃下溶解度为107.98g/l,是氯气的溶解度的5倍。氧化能力为氯气的2倍。clo2是中性分子,在水中几乎100%以分子状态存在,所以极易穿透细胞膜,渗入细菌细胞内,将其核酸(dna或rna)氧化后,从而阻止细菌的合成代谢,并使细菌死亡。在饮用水中clo2灭菌反应如下式.(6)、(7)所示。
clo2+e→clo2-(6)
clo2+2h2o+4e→cl-+4oh-(7)
据实验测知,(6)式的电极电位0.95v,(7)式的电极电位0.78v。所以使用二氧化氯消毒还可以氧化水中的一些还原性金属离子(如fe2+mn2+等),即对水中的铁、锰有着不错的去处效果。clo2的氧化能力与溶液的酸碱性有关,溶液酸性越强,clo2的氧化能力越强。但在ph值6-10范围内的杀菌效果几乎不受ph值影响。
综上,在净水工艺条件下,用液氯消毒,起杀菌作用的主要是hocl,其杀菌效果比ocl-高近80倍。ph值越高,hocl离解的越多,当ph值大于8时即达到75%的ocl-,消毒效果就愈发降低。实验证明,clo2可以在很大ph范围内杀灭细菌,液氯只有在ph值近中性条件下才能有效地杀灭细菌。
二、两种消毒剂杀灭饮用水中细菌的情况
在饮用水中投加消毒剂的目的主要是杀灭对人体有害的病原菌、病菌,及其它致病的病原微生物。经过消毒处理的水,不是将水中所有的细菌杀灭,可以允许含有少量的对人体健康无害的细菌,但一定要达到《生活饮用水卫生标准》的要求。
(一)、消毒剂投加量对消毒效果的影响
1.二氧化氯和液氯对大肠杆菌均有较好的灭菌效果,且随着投加量增大杀菌率增大;二氧化氯的灭菌效果稍优于液氯。
2.二氧化氯杀灭病原菌的效果明显优于液氯。
(二)、水温对消毒剂杀菌效果的影响
消毒剂的杀菌能力随着温度的上升而增强,温度低时每上升10℃,细菌死亡率成倍增加。温度升高,灭菌时间相对缩短,杀菌效果相对增强。
三、两种消毒剂对饮用水中有机卤代物形成的影响
随着人们对用液氯消毒饮用水所产生的有机卤代物致癌作用的研究,国家自然科学基金资助了对比液氯消毒与二氧化氯消毒处理水中有机物情况的项目。对用液氯消毒和用二氧化氯消毒的四种同一自来水厂饮用水的富集水样进行gc/ms分析,其试验结果表明,凡是投加液氯消毒,不仅有机物种类多,含量大,且均形成较多的有机卤代物(如chcl3、chbr3等)。如投加0.7mg/l液氯的水样检出2种氯代物和7种溴代物,含量为9.76%;而用二氧化氯消毒的水样,未检出有机卤代物。二氧化氯消毒一般只起氧化作用,不起氯化作用,这是二氧化氯消毒几乎不形成有机卤代物的根本原因。可见,源水严重污染或水体中有机物含量高时,二氧化氯是最好的选择。
四、水厂对饮用水消毒剂的合理应用
有的水厂引进了高效复合二氧化氯发生器,其制备消毒剂的原理是利用氯酸钠水溶液与盐酸溶液在一定温度和负压下充分反应,产生以二氧化氯为主、氯气为辅的消毒气体,来进行饮用水消毒的。为了保证水质,同时兼顾节约成本,有的水厂在冬季水源污染少、浊度低时,使用液氯消毒;到了夏季,水源污染较重或者水源中有机物含量偏高时,使用二氧化氯消毒。
五、结论
液氯作为经典的饮用水消毒方式,消毒能力强,货源充足,价格低廉,投加设备较为简单,有着价廉物美的优势。但当水中有机物含量高时,会产生有致癌作用的卤化有机物。
二氧化氯作为后发展起来的消毒方式,杀菌能力比液氯消毒强,杀菌效果不受水的ph值影响,只发生氧化作用不发生氯化作用达到消毒效果,避免了有机卤代物的问题。但是二氧化氯制取出来即须应用,不能贮存,制取原料价格较贵。无论是液氯消毒还是二氧化氯消毒,都有各自的优点和缺点。水厂应该根据生产实践中的实际情况,因水制宜,合理选用饮用水消毒剂,力争得到最好的性价比。
参考文献
1姚志麒.环境卫生学人民卫生出版社.
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