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主要消毒方法和機(jī)理
消毒是指利用溫和的物理化學(xué)因素抑制病原體繁殖的手段。消毒有物理方法,化學(xué)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(yīng)用物理及化學(xué)方法。
1.1概述
城市污水經(jīng)一級(jí)或二級(jí)處理(包括活性污泥法和生物膜法)后,水質(zhì)得到改善,細(xì)菌含量也大幅度減小,但其絕對(duì)值仍很大,有病源菌存在的可能。因此,污水排入水體前應(yīng)進(jìn)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(duì)飲用水是必不可少的處理工藝。對(duì)廢水而處理而言,雖非必需,但對(duì)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(xué)法兩類,化學(xué)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(jī)理
氯消毒在水中不含氨的情況下,向水中加入氯后立即發(fā)生反應(yīng)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(shí)存在,相對(duì)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(kuò)散到帶負(fù)電的細(xì)菌表面,并滲入細(xì)菌體內(nèi)通過氧化作用破壞菌體內(nèi)系統(tǒng)而使細(xì)菌死亡。因次氯酸根離子本身帶負(fù)電,難以接近帶負(fù)電的細(xì)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(dāng)水中的次氯酸被消耗后,次氯酸根離子會(huì)不斷轉(zhuǎn)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(shí)間、混合程度、污水濁度以及所含干擾物質(zhì)、有效氯濃度有關(guān)。
1.3主要消毒方法和機(jī)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(yōu)缺點(diǎn)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(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、無(wú)二次污染以及操作方便和耗材便于運(yùn)輸儲(chǔ)存等特點(diǎn)。
由于氯的價(jià)格低廉,消毒效果良好和使用較方便等,所以它是當(dāng)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(shí)間、混合程度、污水濁度以及所含干擾物質(zhì)、有效氯濃度有關(guān)。
由于氯是強(qiáng)氧化劑,污水中氣有具有還原性的物質(zhì)均要消耗氯,因此污水消毒的加氯量應(yīng)該經(jīng)試驗(yàn)確定。對(duì)于生活污水,可參考的數(shù)值為:一級(jí)處理水排放時(shí),投氯量為20~30mg/L,二級(jí)處理水排放時(shí),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(zhì)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(lái)水出廠后還具有持續(xù)的殺菌力。
氯氣是一種有毒氣體,因此氯的運(yùn)輸貯存和使用應(yīng)小心,加氯設(shè)備的安裝位置應(yīng)盡量靠近加氯點(diǎn)。加氯間應(yīng)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,能防凍保溫,通風(fēng)良好,并宜安裝排風(fēng)扇。
液氯消毒的工藝流程一般是:液氯通過加氯機(jī)與污水在混合池內(nèi)反應(yīng),然后在接觸池內(nèi)接觸一定時(shí)間后即可出水。在混合池內(nèi)的混合反應(yīng)時(shí)間為5~15min,在接觸內(nèi)的接觸時(shí)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(guó)內(nèi)使用的加氯機(jī)種類很多。例如ZJ型轉(zhuǎn)子加氯機(jī),來(lái)自氯瓶的氯氣首先進(jìn)入旋風(fēng)分離器,再通過彈簧膜閥和控制閥進(jìn)入轉(zhuǎn)子流量計(jì)和中轉(zhuǎn)玻璃罩,于是經(jīng)水射器與壓力水混合、溶解于水內(nèi)被輸送至加氯點(diǎn)。
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(yīng)產(chǎn)生次氯酸,所以說(shuō)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(qiáng)。
因次氯酸鈉易分解,所以通常采用次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場(chǎng)制取,就地投加,不宜貯運(yùn)。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(shí),可減少氯化有機(jī)物的產(chǎn)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(fā)生化學(xué)反應(yīng),其殺菌主要依靠吸附和滲透作用。二氧化氯對(duì)細(xì)菌壁的穿透能力和吸附能力都較強(qiáng),大量二氧化氯分子聚集到細(xì)胞的周圍,通過封鎖作用,抑制其呼吸系統(tǒng),進(jìn)而滲透到細(xì)胞內(nèi)部,破壞含硫基的酶,從而加速抑制微生物蛋白質(zhì)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(tǒng)的運(yùn)行
在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi),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(xù)時(shí)間長(zhǎng),適用 pH值范圍寬。
二氧化氯易揮發(fā),氣體和液態(tài)的二氧化氯均易爆炸,因此,二氧化氯裝置的安裝場(chǎng)所以及操作程序均應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。
④二氧化氯消毒的特點(diǎn)
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(zhì)如硫化氫、硫醇等氧化分解為無(wú)毒無(wú)味的硫酸或磺酸,能將氰類和酚類等有毒物質(zhì)氧化降解為氨根離子和簡(jiǎn)單的有機(jī)物;
b.因?yàn)槎趸炔慌c水發(fā)生化學(xué)反應(yīng),所以其消毒作用受pH值影響極小,在較高pH值時(shí)二氧化氯消毒能力比氯強(qiáng);
c.二氧化氯殺滅對(duì)象多,殺菌效果好,用量少,作用快,殺菌持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),不僅能殺死細(xì)菌,而且能分解殘留的細(xì)胞結(jié)構(gòu),并具有殺孢子和殺病毒的作用。因此,在醫(yī)院污水等可能含有較多病原微生物的污水處理場(chǎng)合可以有應(yīng)用。
⑷臭氧消毒
①消毒原理
臭氧分子由三個(gè)氧原子組成,在常溫常壓下為無(wú)色氣體,它是淡藍(lán)色的具有強(qiáng)烈刺激性的氣體。臭氧極不穩(wěn)定,分解時(shí)放出新生態(tài)氧[O].新生態(tài)氧具有極強(qiáng)的氧化能力,對(duì)具有頑強(qiáng)抵抗力的微生物如病毒、芽子孢等具有強(qiáng)大的殺傷力。臭氧能氧化有機(jī)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(tǒng)簡(jiǎn)介
臭氧是空氣中的氧通過高壓放電產(chǎn)生的,制造臭氧的空氣必須先行凈化和干燥,以提高臭氧發(fā)生器效率并減少腐蝕。臭氧發(fā)生系統(tǒng)的前部為空氣凈化和干燥裝置,以后為臭氧發(fā)生器。其系統(tǒng)布置為:空氣壓縮機(jī)將空氣送至冷卻器,然后再經(jīng)過濾加以凈化,再經(jīng)過1~2級(jí)硅膠或分子篩干燥器,將空氣干燥至露點(diǎn)(-50℃)以下,最后經(jīng)臭氧發(fā)生器,通過15000~17000V高壓電,在空氣中放電后產(chǎn)生臭氧。現(xiàn)場(chǎng)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(shù)塑料、普通鋼鐵、銅以及鋁等材料都不能用于臭氧系統(tǒng)。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(diǎn)
a.由于臭氧比氯有較高的氧化電位,比氯消毒具有更強(qiáng)的殺菌作用,對(duì)細(xì)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(jīng)過2min后脊髓灰質(zhì)炎病毒死亡,如果用氯消毒,則劑量為2mg/L時(shí)需經(jīng)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(chǎn)以及微電子工業(yè)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(shí)的脫氯工序。
d.不會(huì)產(chǎn)生象氯酚那樣的臭味;
e.不會(huì)產(chǎn)生三鹵甲烷等氯消毒的副產(chǎn)物;
f. 缺點(diǎn):大量研究表明,含有機(jī)物污染的水經(jīng)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(jī)物分解成分子較小的有可能致突變物;水中含有氨氮時(shí),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(jī)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(shí),應(yīng)注意解決可能產(chǎn)生的問題。
g.臭氧在水中不穩(wěn)定,容易消失,不能在管網(wǎng)中繼續(xù)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(jī)理是細(xì)菌受紫外線光照射后,紫外光譜能量為細(xì)菌核酸所吸收,使核酸結(jié)構(gòu)破壞。根據(jù)試驗(yàn),紫外線的波長(zhǎng)范圍在200~390nm,波長(zhǎng)260nm左右的紫外線殺菌能力最強(qiáng)。這是因?yàn)榧?xì)菌DNA對(duì)紫外線的吸收峰在260nm處,DNA吸收紫外線后分子結(jié)構(gòu)被破壞,引起內(nèi)蛋白質(zhì)和酶的合成發(fā)生障礙,最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡。
②紫外線消毒設(shè)備
紫外線光源由紫外燈管提供。不同型號(hào)、規(guī)格的紫外燈管所提供的紫外光主波長(zhǎng)不同,應(yīng)根據(jù)需要選用。消毒設(shè)備主要有兩種形式:浸入式和水平式。
③紫外線消毒的特點(diǎn):
優(yōu)點(diǎn):不需化學(xué)藥品,不存在THMS(三氯甲烷)類副產(chǎn)物,處理后的水無(wú)味無(wú)色;操作容易,管理簡(jiǎn)單,運(yùn)行和維修費(fèi)用較低;
缺點(diǎn):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(shí),消毒費(fèi)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(shù)量;c.照射時(shí)間與水層厚度;d.水的色度和其他雜質(zhì)均會(huì)降低紫外線的消毒效果;e.消毒環(huán)境。
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