污水消毒方法及優劣點

武漢新型肺炎成為熱點話題，目前證實存在飛沫傳播可能。歷史上，污水導致的傳染病也非常多，作為環保水處理的一員，我們有責任在以后的工作中嚴格做好污水處理的消毒。
水體消毒方面的幾種經典方法大盤點：
常用化學消毒劑
目前大規模投入使用的主要是以下四種：
a.臭氧   b.二氧化氯   c.液氯    d.氯胺
這四種消毒劑比較如下：
從生物殺菌能力看，其高低位序為：臭氧>二氧化氯>液氯>氯胺；
從穩定性和消毒的持續性來看，其高低位序為：氯胺>二氧化氯>液氯>臭氧>；
從三鹵甲烷形成潛力和總有機鹵形成潛力來看，其高低位序為：液氯>氯胺>二氧化氯≈臭氧。
綜合起來考慮，則認為二氧化氯是一優良消毒劑和強氧化劑，是世界衛生組織（WHO）和世界糧農組織（FAO）向全世界推薦的A1級廣譜、安全和高效消毒劑。
過 程
水處理過程中的氯化消毒是最通用的最重要的消毒步驟，但是在此以前的其他處理步驟也能有效地去除病原體。
“例如，廢水的二級處理出水用混凝沉淀法能去除病菌和病毒 99.845％，而混凝沉淀-過濾法的去除率達99.985％。石灰混凝沉淀已被證明在高pH值條件下能有效地去除病毒并使其失去活性。氯化消毒能保證更徹底地殺滅病原體，水中的余氯還具有持續消毒作用。
氯消毒
氯與水反應時，一般產生“歧化反應”，生成次氯酸（HOCL）和鹽酸（HCL）。
HOCl是中性分子,可以擴散到帶負電的細菌表面,并穿透細胞壁進入細菌內部起氧化作用，破壞細菌的酶系統使細菌死亡。OCl也具有殺菌能力，但帶負電，難以接近帶負電的細菌。HOCl和OCl的殺菌效果在試驗的條件下大致為80:1。
控制水的pH值，以保持水中HOCl較高的百分率，能獲得較好的消毒效果。
上面所說的是在沒有氨氮的水中的氯消毒狀況。實際上待消毒的水大多含有氨氮，向這種水中投氯后，水中氯和氮化合物的最重要的反應，是次氯酸與氨的反應。這是一個分段反應過程：
在pH值大于9時，幾乎只生成一氯胺；在pH值約為7.5時，一氯胺和二氯胺數量幾乎相同：在pH值小于6.5時,二氯胺占優勢；三氯胺只有在pH值低于 4.5時才存在。在水中有氯胺存在時，HOCl仍起著消毒作用，到水中的HOCl消耗完了后，反應才向左進行,繼續生成HOCl。因此,水中有氮化合物時，會使消毒過程變慢。
氯同氨的克分子比大于1時,發生氨的氧化和氯的還原；兩者的克分子比為2:1左右時,能發生基本上完全的氧化還原反應，并且經過一定的時間，導致氨和起氧化作用的氯完全從溶液中消失，此點稱為折點。然后隨著投氯量增加,水中的剩余有效氯才逐漸增加。在折點前氯化的剩余氯是化合態的有效余氯，而在折點后氯化的剩余氯則是游離態的有效余氯，這時消毒效果最好。
在折點以后繼續投氯，稱為折點氯化。這種方法的氯耗量明顯增大，但對污染較嚴重的水的去污消毒效果十分顯著，除殺滅細菌外，還可以降低水的色度，去除惡臭，去除錳、鐵，去除酚及其他有機污染物，并可控制藻類繁殖。采用折點加氯消毒后往往要有脫氯措施。脫氯可采用化學藥劑法（投加二氧化硫，亞硫酸鈉）和活性炭吸附法等。
氯的滅菌作用主要是次氯酸，因為它是體積很小的中性分子，能擴散到帶有負電荷的細菌表面，具有較強的滲透力，能穿透細胞壁進入細菌內部。氯對細菌的作用是破壞其酶系統，導致細菌死亡。而氯對病毒的作用，主要是對核酸破壞的致死性作用。
主要特點
(1)處理水量較大時，單位水體的處理費用較低；
(2)水體氯消毒后能長時間地保持一定數量的余氯，從而具有持續消毒能力；
(3)氯消毒歷史較長，經驗較多，是一種比較成熟的消毒方法。
缺點
但是自從1974年陸克和伯勒分別在荷蘭與美國的城市自來水中檢出了氯仿等三鹵甲烷(THMs)有機物，1976年美國國家癌腫研究所通過對大鼠和小鼠進行口服氯仿實驗確定其為致癌物質，人們發現飲用水氯消毒后，水中含有具有致畸、致癌、致突變的THMs等有害消毒副產物。隨著對THMs危害性研究的深入，引起了對其它消毒副產物的研究。
至今已知的消毒副產物已經有500種以上，但是絕大多數的濃度只有微克/升(μg/L)級，且許多消毒副產物未作進一步的研究。在大量的消毒副產物中，目前集中研究的只有三鹵甲烷、鹵乙酸、鹵乙腈、鹵代酮、鹵代醛、鹵代酚等20余種，其中對于THMs的致癌性已有共識，其它大部分具有一般毒性，部分具有致突性。THMs等鹵化有機物的產生主要是水體中的有機物與氯作用的結果，而城市生活污水中含有大量的有機物，經氯消毒后，會生成鹵化有機物等消毒副產物，隨污水進入地面水體，污染水源，并對魚類等水生生物產生毒害作用。
避免途徑
氯胺消毒取濾后水分裝至兩個250mL磨口瓶中，通過加入氯化銨控制水中氨氮的含量，使其中一個磨口瓶內氨氮含量為0.54mg/L、另一個為0.06mg/L。在有效投氯量均為4mg/L的情況下，經24h氯化反應后測定兩瓶水樣的三氯甲烷含量。由于后者氨氮濃度很低，所以可以認為是活性氯消毒，而前者則可看作是氯胺消毒。顯然，在相同的投氯量下水中氨氮的濃度高，游離余氯的含量就低，產生三氯甲烷的量也就相對較低。從這個角度講，保持水中有一定數量的氨氮，有利于減少消毒副產物的產量。
對氯胺消毒而言，由于HOCl是逐漸釋放出來的，所以更能保證管網末梢和管網水流速小的地區的余氯要求，也會使自來水中的氯嗅味減輕一些，這是氯胺消毒的優點。但是，由于氯胺消毒作用緩慢，因此不能作為基本殺菌消毒劑，而應作為出廠水在管網系統中長時間維持水質衛生的輔助消毒劑。氯胺對人體健康也存在著潛在的影響，應根據水質和管網的具體情況控制適量。水廠距供水管網較近、水流在管中停留時間＜12h，且有機鹵化物含量較小時不宜采用氯胺消毒。
所以：加氯消毒過程中消毒副產物的生成量與投氯量、水中有機物的濃度、反應時間、水的pH值及氯的存在形式有關。其中，降低以腐殖酸為代表的有機物濃度和減少投氯量是降低消毒副產物濃度的最有效、最可行的方法。在可能的情況下，對其他氯化反應條件也應進行調整和優化，從而使加氯消毒產生的消毒副產物最少。氯胺和二氧化氯比加氯消毒產生的消毒副產物明顯減少，是控制消毒副產物產生的有效措施。
為了避免有害消毒副產物的產生，采取的主要途徑有：
(1)預處理去除三鹵甲烷前驅物(主要是富里酸和腐殖酸)；
(2)采用代用消毒劑或消毒方法，近年來對用臭氧、二氧化氯和氯胺代替氯為消毒劑進行了大量的研究。
二氧化氯消毒
二氧化氯雖然不屬于有效氯化合物（凡是水解形成次氯酸者）家族，但是氧化能力約為有效氯的2.5倍,能在較寬的pH值范圍內，包括在高pH值環境中比有效氯更迅速地殺滅細菌和孢子。此外,它還能有效地去除色、臭、味、錳、鐵、酚及氯酚化合物和藻類。二氧化氯與有效氯不同，在水溶液中不會與氨反應，也不會與有機物反應生成三鹵代甲烷(THM)類化合物(其中有些被懷疑為致癌物質)。因此,用二氧化氯代替有效氯進行消毒，近年來受到普遍的重視。
性能
二氧化氯具有廣譜消毒效果，同時又不會與水中的有機物反應生成氯化消毒副產物，所以它在自來水消毒中的有逐漸上升的趨勢。1983年，美國國家環保局提出飲用水中三氯甲烷含量必須小于0.1mg/L，并推薦二氧化氯消毒作為控制自來水中三氯甲烷含量的有效措施之一。
由于二氧化氯性質非?；顫?，無論氣態或液態常會由于未知原因而發生爆炸，其儲存運輸也較困難，一般要采用現場制備的使用方式，這在一定程度上阻礙了其推廣應用。
二氧化氯的殺菌消毒作用：
二氧化氯在自然界中幾乎以游離單體的形式存在，基本不與水發生化學反應（水解歧化），也不以二聚或多聚狀態存在，這令它在水中的擴散速度比較快，滲透力也強，特別是在低濃度時更突出，二氧化氯的氧化能力強，是氯的2.6倍。二氧化氯的殺菌作用不受PH值影響，可在廣泛的PH值（3.0~9.0）范圍內，殺死水中的細菌和病毒。二氧化氯的持續消毒能力強，它的水溶液很穩定，尤其在低濃度時更突出。給水管網是一個密封的系統，管道內陰涼且避光，因此，二氧化氯在管網中能夠保持穩定的殘量，控制細菌、病毒、藻類等微生物的再度繁殖，二氧化氯還能分解殘留的細胞結構，控制粘泥和生物的積聚，使微生物缺乏繁殖生長的條件和環境。
二氧化氯投加工藝：
（一）對于有清水池的水廠，一般將二氧化氯的投加點選擇在濾后清水池進水口處，靠清水池中有效的接觸時間，達到殺菌、消毒效果。如若投加在濾后管道中，因有利于混合均勻，效果更好。
（二）對于沒有清水池的直供水，可將二氧化氯直接投加到供水管道中。
（三）對于配備在線檢測自動控制裝置的水廠，可在投加點之前設置流量控測裝置，自動測定水流量值并轉成控制信號給二氧化氯發生器以控制二氧化氯投加量，或在出廠水管上設置余氯或二氧化氯控測裝置，自動測定出廠水余氯值或二氧化氯濃度值，并轉成控制信號后流量信號復合控制投加量，使加藥量更精確。但在低溫低濁條件下，水溫5°C～6°C，同樣投加0.25mg/L時，作用5min，不能將大腸桿菌降至0cfu/100ml，必須將二氧化氯投加量提高至0.5mg/L,方可將大腸桿菌降至0cfu/100ml。
在實際運行中，要達到消毒殺菌效果，又要盡可能節約成本，我們摸索總結出只要投加量控制在0.15~0.30mg/L，停留時間30min，完全可以確保管網水中的微生物學指標和感官性指標。
二氧化氯用水自來水消毒優點
（一）ClO2在失活病毒，隱孢子蟲和賈第蟲方面比CL2更有效；
（二）ClO2不形成氯仿等有機鹵代物；
（三）ClO2殺菌特性幾乎不受PH影響，且殺菌效果明顯好于CL2；
（四）ClO2可用于控制藻類、腐敗植物和酚類化合物產生的嗅和味問題；
（五）ClO2氧化鐵、錳、硫化物、氰化物和亞硝酸鹽以及許多有機物；
（六）ClO2在水中的剩余量，將延長或保證管網水中的消毒作用；
（七）ClO2不與氨反應，也不與溴化物反應形成溴或溴酸鹽；
（八）ClO2在減少殺滅斑貽貝方面是有效的；
（九）ClO2在實際運行中安全性比投加CL2更可靠，并可省去漏氯回收裝置。
綜上所述，二氧化氯作飲用水消毒劑，投加量在0.15∽0.30mg/L濃度范圍內，從消毒的效果、消毒安全性、口感及嗅和味方面來看，優于液氯消毒，使水質量得到很大提高，滿足了人們對高品質生活飲用水的需求，二氧化氯正逐漸被使用者接受和認可，是一種很有前途的消毒劑。
臭氧消毒
臭氧不穩定，不能貯存，故只能現場制造和應用。臭氧消毒的獨特優點在于它能高速和高效地殺滅病菌和病毒，消除囊孢。此外，它能氧化許多種有機化合物，而且臭氧分解后的唯一產物是氧。消毒作用在很寬的溫度和pH值范圍內有效。缺點是電耗大、費用大、沒有持續的剩余消毒作用。
在大多數情況下,對低濁度（≤1度）和低有機物的水消毒，臭氧化5分鐘后的臭氧剩余量為0.1毫克／升即可滿足要求。達到這一剩余量的臭氧投量，取決于預處理的程度。在給水處理中，其投量范圍一般為1.5～3毫克／升；而在廢水的高級處理中,為使每100毫升水中的大腸桿菌含量降至2.2個以下,每升水需要的臭氧投量約為15毫克。
紫外線消毒
飲用水紫外線消毒技術應用分析
氯消毒會產生具有致癌作用的氯化消毒副產物，而近些年來賈第蟲和隱孢子蟲的發現，使現有的氯消毒工藝面臨嚴峻的挑戰，人們開始尋找新的替代消毒技術有效地提高消毒效果，并且可以降低消毒過程中產生的副產物對人體健康的潛在危害，同時保證飲用水的微生物學安全性和化學安全性。在眾多的替代消毒技術中，由于紫外線消毒不添加任何化學物質、消毒效果好及不產生消毒副產物等優點而引起人們的重視。紫外線消毒的歷史非常悠久，在歐洲，飲用水紫外線消毒已有近百年的歷史。
1910年，法國的馬賽一家自來水廠最先安裝了一套紫外線消毒系統對飲用水進行消毒，到目前為止，西方發達國家已在污水處理廠安裝了近4000套大型紫外線消毒系統，應用該技術的廠家約占污水處理廠總數的10%。同時，至2001年底已有2000多家自來水廠采用了紫外消毒技術，占自來水廠總數的10%以上，并且大量的紫外消毒技術改造工程正在進行之中。由于紫外線消毒在環保及人身安全方面的突出優點，歐洲及北美的許多國家將紫外線消毒列為用水終端和用戶進水端及小型給水系統中的首選方法。尤其是發現自來水中存在隱孢子蟲后，美國已經將紫外消毒工藝作為自來水消毒的最佳手段寫入供水法規中。
紫外線位于X射線和可見光之間，在物理學上一般將紫外線分為真空紫外線區(<190nm)、遠紫外區(190-300nm)和近紫外區(300-400nm)；按其生物學作用的差異，紫外線可分為UV-A(320-400nm)、UV-B(275-320nm)、UV-C(200-275nm)和真空紫外線部分。水處理中實際上是使用紫外線的UV-C部分，在該波段中260nm 附近已被證實是殺菌效率最高的紫外線。紫外線滅菌的原理是基于核酸對紫外線的吸收。紫外殺菌本質上是一個光化學過程，每一粒波長253.7nm的紫外線光子具有4.9eV的能量，紫外光子必須被吸收才具有活性。
核酸是一切生命體的基本物質和生命基礎，核酸分為核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)兩大類，其共同點是由磷酸二脂鍵按嘌呤與嘧啶堿基配對的原則而連接起來的多核苷酸鏈。當微生物體受到紫外線照射時，會吸收紫外線的能量，從而引起DNA的損傷，最常見的兩種損傷形式為環丁烷嘧啶二聚體(cyclobutane pyriine dimmer,CPD)和嘧啶-嘧啶酮光產物(pyriine pyrione photoproducts, PP)。當DNA受到紫外線照射后，相鄰的嘧啶堿基共價交聯形成環丁烷四圓環，使兩個堿基的5、6位雙鍵飽和，形成CPD。嘧啶-嘧啶酮光產物是通過5嘧啶的5和6位碳原子或3嘧啶的4位碳原子和位于4位碳的氧原子或亞氨基異構體間形成的二氧乙烷或氮雜丁烷4圓環而形成的，這些都是比較穩定的化學鍵，從而阻止了DNA的復制；另一方面，在紫外線的照射下可以產生自由基引起光電離，造成微生物不能復制繁殖，就會自然死亡或被人體免疫系統消滅，不會對人體造成危害，從而達到消毒的目的。
紫外線消毒對水中微生物的滅活效果
紫外線消毒具有較高的微生物滅活效果，對水中多種微生物都具有良好的滅活效果，并且殺菌速度快，大多數都是在1秒之內。另外，紫外線消毒技術對近些年發現的致病性病原微生物賈第蟲和隱孢子蟲也具有良好的滅活效果。隱孢子蟲孢囊通過人畜的糞便排入環境，它們可在環境中存活很長時間，隱孢子蟲卵囊和賈孢子蟲孢囊比其它水傳染病源微生物的存活時間長，因而可引起多次疾病的爆發。隱孢子蟲引起的疾病非常嚴重，其普遍的的癥狀是腹瀉、嘔吐、低燒，類似流感的癥狀，而對免疫機能不健全的患者，如艾滋病患者，其疾病更為嚴重，導致死亡。
如1994年美國拉斯維加斯市爆發隱孢子蟲病，20名艾滋病患者死亡。近年來的研究表明，使用低壓汞燈和中壓汞燈的輻射劑量在30J/m2時，能滅活隱孢子蟲99.9 %以上，并且通過大量的實驗證明低壓汞燈和中壓汞燈均能有效地滅活隱孢子蟲。紫外線消毒對軍團菌也有良好的效果，Muraca比較了臭氧、紫外線和氯和加熱對軍團菌的滅活情況，紫外線和加熱(60度)1個小時產生了5log的滅活，氯和臭氧需5個小時才能達到同樣的滅活效果
紫外線消毒的優勢
(1) 紫外線消毒技術具有較高的殺菌效率，運行安全可靠。紫外線消毒對細菌和病毒等具有較高的滅活效率并且由于不投加任何化學藥劑，因此它不會對水體和周圍環境產生二次污染。
(2) 對隱孢子蟲和賈第蟲有特效消毒效果，常規的氯消毒工藝對隱孢子蟲和賈第蟲的滅活效果很低，并且在較高的氯投量下會產生大量的消毒副產物，而紫外線消毒在較低的紫外線劑量下對隱孢子蟲和賈第蟲就可以達到較高的滅活效果。
(3) 不產生有毒有害副產物，不增加飲用水的AOC含量。紫外線消毒不改變有機物的特性，并且由于不投加化學藥劑，不會產生對人體有害的副產物，并且不會增加AOC和bdoc等損害管網水生物穩定性的副產物。
(4) 能降低臭味和降解微量有機物，紫外線對水中多種微量有機物具有一定的降解能力，并且能夠降低水的臭和味。
(5) 占地面積小，運行維護簡單、費用低。對每天5萬噸污水用氯消毒來說，需建有一個130米長、3米寬的接觸渠。采用紫外線消毒只需20米長3米寬的面積；紫外線消毒運行維護簡單，運行成本低，可達每噸水僅4厘人民幣甚至更低，其性能價格比具有很大優勢。
(6) 消毒效果受水溫、pH影響小。
紫外線消毒技術在工程應用中缺點
主要有以下幾個方面：
(1) 無持續殺菌能力，消毒后的水如果遇到新的污染源，會再次被污染，需與氯配合使用；
(2) 濁度及水中懸浮物對紫外殺菌有較大影響，降低消毒效果；
(3) 紫外燈套管容易結垢，影響紫外光的透出和殺菌效果，因此需要對套管進行定期的清洗以及采取表面降溫措施來防止管垢的形成；
(4) 細菌的復活現象，一些細菌被紫外照射失活的病毒細菌可通過光的協助修復自身被破壞的組織，達到復活目的，另外一些細菌可能存在著暗復活現象(無需光照)；
(5) 國內使用經驗少，在國內，雖然工程上已經逐漸開始使用紫外線系統，但是對于紫外線消毒技術的研究并沒有完全開展起來，對于紫外線消毒的應用也還存在較多問題。
紫外線消毒技術應用前景
紫外線消毒具有廣譜性，對多種病源微生物都有較好的作用效果。歐洲許多國家以及北美的加拿大和美國已在九十年代分別修改了環境立法，在廢水處理后的消毒以及飲用水的消毒上，都推薦采用紫外線消毒技術。目前紫外線在飲用水消毒、再生回用水消毒、生活污水、工業廢水等的消毒處理中得到了一定的應用，盡管紫外線消毒技術存在無持久殺菌能力、細菌光修復問題及燈管的使用壽命等問題，但是相信隨著人們對紫外線消毒技術研究的不斷深入，殺菌效率更高的中壓燈、脈沖燈的出現，燈管使用壽命的延長，以及對紫外線消毒系統設計研究的深入，紫外線消毒裝置產品的商業化、國產化，綠色環保高效的紫外線消毒技術在我國飲用水消毒中將具有良好的應用前景?？傊?，各種消毒劑均有其自身的優、缺點，應根據原水、水廠特點有針對性地加以應用。