2012年環(huán)保工程師考試基礎(chǔ)輔導(dǎo)：消毒知識(shí)
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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0.5mg/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)。
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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。
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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。
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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。
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主要有還原法、氧化法和電解法。
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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。
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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毒無味的硫酸或磺酸，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
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臭氧分子由三個(gè)氧原子組成，在常溫常壓下為無色氣體，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。
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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?，F(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)?？捎玫牟牧现饕?16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。
?、谧贤饩€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，處理后的水無味無色;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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