给水处理中氯消毒技术研究综述

给水处理中氯消毒技术研究综述

李燕，李诗琪，于彦博，王卓乐

吉林建筑大学 市政与环境工程学院 吉林，长春，130118

【摘要】：本文介绍了目前给水工艺处理中较常规的消毒方式，主要包括常规的氯消毒和采用其它方式的消毒技术。详细介绍了氯消毒技术原理和国内外氯消毒技术的发展历程，比较了氯消毒在给水处理流程中的优缺点，并指出了给水处理氯消毒技术的发展方向。

【关键词】：给水处理；氯消毒；消毒技术

0. 引言     

19 世纪中叶，人类第一次将水质与人体健康直接联系起来，认识到严重危害生命的霍乱、伤寒等传染病是微生物通过水体传播的。在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。但自 20 世纪 70 年代发现氯消毒产生有致癌副产物后，对氯消毒技术的评价又成为了一个热点。

1. 氯消毒技术发展及原理

氯消毒是国内外最主要的消毒技术。美国自来水厂中约有 94.5%采用氯消毒，据估计我国99.5%以上自来水厂统一采用消毒。因此氯消毒优化将是给水处理行业近期面临的主要任务。

氯消毒是国内外最主要的消毒技术。美国自来水厂中约有94.5%采用氯消毒，据估计我国99.5%以上自来水厂采用氯消毒。因此氯消毒优化将是给水处理行业近期面临的主要任务。70年代发现氯消毒产生的消毒副产物对人体健康有较大不利影响，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领域。

1.1二氧化氯消毒技术原理及其优缺点

二氧化氯是一种广谱高效消毒剂，与氯相比，对水中病原微生物的杀灭效果好，作用速度快，能够有效灭活贾第鞭毛虫和隐孢子虫，受温度和pH的影响小，受有机物影响小，几乎不产生三卤甲烷及其它卤化物。

但其氧化氯消毒的主要副产物是亚氯酸盐（ClO2 - ）和氯酸盐（ClO3 - ）。而ClO2 - 被国际癌症研究所认定为致癌物类，ClO3 - 所属于中等毒性化合物。目前国内大多数厂家采用氯酸钠＋盐酸的反应方式生产，该方式可获得最高不超过 50%的二氧化氯和大于 50%的氯气的混合气体， 但规模制备还必须设防爆装置，操作也必须十分小心，因为二氧化氯受热很容易爆炸性分解：

NaClO3+HCl（稀）→NaCl+Cl2↑+2ClO2↑+2H2O                    （1）

氯酸钠加盐酸（硫酸）分解法是采用亚氯酸钠在一定浓度酸的条件下分解生成二氧化氯，这是一个歧化反应，亚氯酸钠既是氧化剂，又是还原剂[1]。 反应式如下：

5NaClO2+4HCI==4C1O2+5NaCI+2H2O                             （2）

5NaClO2+2H2SO4==4C1O2+2Na2SO4+NaCl+2H2O                    （3）

本工艺主要的不足之处是生产成本高，酸的用量大，且出口药液的 pH 值小于 1。

1.2氯胺消毒技术原理及其优缺点

我国从70年代起，就有使用氯胺作为消毒剂的经验，且许多大中城市现仍在使用，但据调查，目前自来水行业对氯胺消毒的研究尚不完善，许多城市虽使用该方法多年，但往往靠经验和教材资料数据操作，导致部分城市消毒剂加量过大，成本过高，或管网水存在不含余氯的"白水"等现象[2]。氯胺消毒是同时向水中加氯和加氨，氨可以是液氨、硫酸铵或氯化铵溶液；一般重量比控制在氨:氯=1:3或1:6，在水位高时可取1:3，在水温低时1:6；除了控制加氯量和加氨量外，还要注意投药的顺序，一般是“先氯后氨”。

2. 国内外水处理氯消毒技术比较

美国水厂消毒技术的改进，通常是在主要消毒过程采用臭氧、二氧化氯或紫外线消毒技术代替氯消毒，在二次消毒过程用氯胺代替氯消毒[3]。部分水厂采用二氧化氯代替氯进行主要消毒，二氧化氯对水中隐孢子虫属具有很强的消毒能力，与其他消毒剂相比，二氧化氯对铁侵蚀效果较低，可以有效控制供水管道中生物膜的生成。

在波兰等国家，氯消毒是公共供水系统给水消毒的主要方式，氯胺和漂白粉 (含有30%以上的有效氯) 通常在井水和个人供水系统中使用。在俄罗斯、乌克兰等原苏联新独立国家，氯消毒是最常使用的消毒技术，通常采用直接投加氯气的方法进行消毒。在阿尔巴尼亚等国家的很多案例中，由于设备老化、手动设备的限制等因素，水质在氯化作用不连续时会受到影响，为此，可连续投加次氯酸钠的自动设备在一些城市被应用[4]。

近年来，中国城市水源污染严重，水中有机物含量增高，预氯化过程会造成氯与水中有机物反应形成大量的三卤甲烷等副产物。随着水源水中化学污染物种类和数量的增加，水中出现的病原微生物的种类和数量也在不断增多，一些在水中新出现的病原微生物靠氯消毒方法无法解决，同时预氯化和氯化消毒产生三氯甲烷等消毒副产物的问题也亟待解决，这需要应用新的消毒技术。

3. 技术发展方向

目前西方发达国家采用的集成化消毒设计框架，

(IntegratedDisinfectionDesignFramevork， IDDF)模式设计消毒单元即是这方面的代表[5]。IDDF模型耦合了氯消毒反应器的流体力学特征、氯消毒动力学、氯消耗动力学、消毒副产物生成动力学，根据消毒 CT值的要求，通过集成化反应器设计，达到同时提高消毒效果，减少消毒副产物产生的目的。可以预料，IDDF将是市政给水处理中消毒优化的有力工具。未来的消毒技术应着重研究如何消除副产物前体物，强化预处理，明确消毒剂与水中存在物质的反应机理和过程，完善消毒检测评价体系并开发新型环保消毒剂。

4. 总结

我国不同地区的水源水水质情况各不相同，针对不同的水质选择最为适当的消毒工艺，同时确保居民的用水安全至关重要。明确不同消毒手段的反应机理和微生物作用关系，避免在消毒过程中产生对人体健康造成威胁的消毒副产物。在完善消毒检测评价体系的同时，开发绿色健康，节能环保可持续的消毒剂。

文献参考

[1]孙晓航， 程进， 李青，等. 氯胺消毒方法及其对水质影响的研究[J]. 城镇供水， 2000.

[2]刘泽， 雷智敦. 浅析次氯酸钠和二氧化氯消毒在城镇给水处理中的应用[J]. 低碳世界， 2015(5):2.

[3]Shannon M A ，  Bohn P W ，  Elimelech M ， et al. Science and technology for water purification in the coming decades[J]. Nature， 2009， 452:337-346.

[4]Bartram J ，  Thyssen N ，  Gowers A ， et al. Water and health in Europe. A joint report from the European Environment Agency and the WHO Regional Office for Europe.[J]. Who Reg Publ Eur Ser， 2002.

[5]Lechevallier M W ，  Welch N J ，  Smith D B . Full-scale studies of factors related to coliform regrowth in drinking water.[J]. Applied & Environmental Microbiology， 1996， 62(7):2201-11.

项目来源：吉林省大学生创新创业训练计划项目（S202210191109）。