给水排水 |刘 君：究竟什么样的消毒技术适合我国？

小编导读：自《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）全面实施以来，为了水质全面达标，各地都在探索适宜的处理工艺。那到底什么样的消毒技术和工艺适合我国水源特点？今天我们来看看看清华大学环境学院刘 君教授怎么说~

我国水源现状

饮用水源水质情况

2013年，全国有309个地级及以上城市的835个集中式饮用水源地统计取水情况，全年取水总量为306.7亿吨，涉及服务人口3.06亿人。其中，达标取水量为298.4亿吨，达标率为97.3%。地表水水源地主要超标指标为总磷、锰和氨氮，地下水水源地主要超标指标为铁、锰和氨氮。

——《2014全国环境状况公 》

饮用水源中的主要污染物

耗氧量、氨氮、微量有机物（三致物质、EDCs, PPCPs）、致病微生物、藻类、嗅、味、其它污染物

常规氯消毒工艺

国、内外都规定集中式供水方式必须有消毒处理

中国：由水源集中取水，经过统一净化处理和消毒后，由输水管 送到用户的供水方式。

美国：水处理系统每年运行 60天，服务25人以上或有15个水龙头以上的供水系统。

氯消毒技术

氯消毒原理

氯气的物理和化学特性

黄绿色、强烈刺激性有毒气体

分子式：Cl2，分子量为70.91克/摩尔

氯在水中的反应（无氨氮时）

氯消毒的机理

主要靠HOCl起作用， HOCl扩散到带负电的细菌表面，通过细菌的细胞壁穿透到细菌内部，然后靠氧化作用破坏细菌的酶系统，使细菌死亡。OCl- 因为带负电，难于接近带负电的细菌表面，杀菌效果差。

氯消毒参数

氯消毒参数（有氨氮存在时）

自由性余氯：Cl2，HOCl和OCl-;

化合性余氯：NH2Cl，NHCl2和NCl3。

氯和氯胺存在的形式取决于氯、氨的剂量、pH和温度，一般趋势：当pH减少而Cl2: N 值比例增加时，反应向下列方向进行：NH3? NH2Cl ? NHCl2? NCl3； 当pH>9时， NH2Cl占绝对优势，pH为6.5时NH2Cl和NHCl2各占一半，当pH<4.5时主要为NCl3。

氯胺消毒仍然靠HOCl起作用，因此氯胺消毒作用比较缓慢，需要更长的接触时间，但优点是可以维持更长时间的消毒效果。

氯的计量

有效氯的计量单位：( mg/L以氯计 或 mg/L as Cl2)

氯消毒特性

氯和氯胺消毒动力学

氯消毒存在的问题

（1） 产生消毒副产物：已发现500多种；三卤甲烷；卤乙酸。

（2）不能有效控制新型致病微生物：隐孢子虫；贾第虫。

（3） 产生异嗅、异味，影响口感

（4） 微生物在管 重新生长：生物稳定性

（5） 系统安全性：氯泄漏

饮用水微生物学指标

《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）

消毒副产物种类

三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(Haloacetic acids)、卤代醛(Haloacetaldehydes)、卤代腈(Haloacetonitriles)、卤代酮(Halopropanones)、卤代硝基甲烷(Halonitromethanes)、卤代氰(Halocyanogens)、无机副产物(亚氯酸盐、溴酸盐等)

饮用水消毒副产物指标

影响自来水口感

1）消毒剂本身的异嗅、异味（阈值，mg/L）。

2）产生氯酚类副产物味，水质有氯酚类物质异嗅味。

氯酚又称一氯苯酚(monochlorophenol)。结构简式ClC6H4OH。有邻、间、对位3种异构体。美国、英国把氯酚列为有毒污染物或有毒废弃物。瑞典规定作业环境空气中邻氯酚的时间加权平均值为0.5 mg/m3，短期接触限值为1.5 mg/m3。苏联规定邻氯酚在大气中的初步安全水平为0.02 mg/m3。世界卫生组织(WHO)建议氯酚在饮用水中的嗅觉阈浓度为0.1μg/L。

生物稳定性问题和管 水质

管 腐蚀加剧

色度、浊度、氯酚味增加

细菌数增加、生物膜形成

致病菌和条件致病菌生长

（已发现粘质沙雷氏菌、假单胞菌、紫拟青霉菌等）

饮用水安全性下降

氯消毒系统的安全性问题

液氯泄漏：生产、运输、使用

恐怖活动

因此部分城市不得不采用用NaClO或ClO2，也有水司采用电解产氯的方式加氯

安全消毒技术的基本要求

提高消毒效率

减少消毒副产物产生

改善水的口感

提高管 水质生物稳定性

提高吸毒系统的安全性

微生物及化学风险关系图

安全消毒：保证微生物风险和化学风险都处于较低的水平

紫外线简介

紫外线消毒原理

紫外线(UV)消毒：

紫外线消毒效果

管 中的抗氯菌

紫外线对抗氯菌的灭活作用

紫外线消毒的优点

优点：高效性、广谱性、常规剂量不产生消毒副产物

紫外线消毒的缺点

UV消毒不足：对腺病毒的灭活能力有限、没有持续的消毒效果。

腺病毒：双链DNA病毒；引起肠道疾病，呼吸和眼部疾病。

UV抗性：腺病毒本身不能避免UV的损伤。由于DNA结构与人类相似，感染后可利用宿主细胞的修复系统，修复DNA损伤。

腺病毒UV灭活：剂量40mJ/cm?2;

紫外线消毒与氯/氯胺消毒对比

最佳消毒工艺：紫外线+氯胺

在我国采用紫外线消毒的必要性

（1）我国水源普遍氨氮较高，采用氯消毒时存在的问题。

根据《中国环境状况公 》，我国地表水中主要污染物是化学耗氧量和氨氮。

紫外线消毒必要性

（2）水源中氨氮较低时，采用氯-氯胺消毒时存在的问题

（3）紫外线消毒对降低氯耗的作用

紫外线不能改变需氯量，但是，采用紫外线与氯胺组合的消毒方式可以显著降低加氯量，使NaClO代替液氯更可行。

（4）因公共安全考虑，采用次氯酸钠消毒时紫外线消毒的优势

使用次氯酸钠消毒的问题：

1）运输量显著加大（NaClO浓度通常为10%（w/w））；

2）pH偏碱性，影响消毒效果；

3）运行成本显著增加(约为液氯的2~5倍)。

使用紫外线加氯胺工艺具有较大优势：

1）如原水氨氮高，采用紫外线+次氯酸钠消毒显著减少次氯酸钠使用量；

2）如原水氨氮低，采用紫外线+次氯酸钠+氨显著减少次氯酸钠使用量；

3）运输和运行成本显著降低。

（5）村镇供水系统 采用紫外线消毒的优势

村镇等小规模供水系统

1）大部分没有消毒系统；

2）臭氧及加氯消毒系统管理复杂，大部分没有正常运行；

3）现有化学性消毒系统存在一定的安全隐患。

使用紫外线消毒具有优势：

1）运行管理方便；

2）因原水通常为地下水，供水管 系统小，AOC低，因此可以不用在管 中补充消毒剂；

3）系统安全性高。

饮用水紫外线消毒应用情况

工程应用案例——天津开发区净水厂工程

天津开发区净水厂位于天津市滨海新区核心区西北侧，处理总规模为32.5万m?3;/d，分三期建设。近期供水水源为引滦水，南水北调中线输水工程实施后实现滦河水、长江水双水源

一二期改造工程共17.5万m?3;/d，采用的处理工艺为“ 预臭氧+ 翼片隔板絮凝池+斜管沉淀池+ V型滤池+ 紫外线联合氯消毒”。三期15万m?3;/d，采用的处理工艺为“ 预臭氧+ 机械混合+上向流炭吸附反应脉冲澄清池+ V型滤池+ 紫外线联合氯消毒”。天津开发区水厂三期工程是我国第一个紫外线消毒工艺设计、施工、运行一次完成的净水厂工程。

天津开发区净水厂工程（一、二期）

一、二期工程紫外线单台设备总功率70.5KW，采用2根DN800紫外反应器，采用中压灯管6支，灯管寿命>9000h，透光率：90%，剂量>40mJ/cm?2;。

运行检测结果：具有较高消毒效率， 且几乎不产生副产物。

北京南水北调郭公庄水厂紫外线消毒工程

位置：南四环花乡桥郭公庄路东侧、六圈路南侧，红线面积约17.01公顷。

水源：主要为南水北调来水。供水水质的承诺为Ⅱ类，存在水体污染的风险。（备用水源为密云水库水）

对致病微生物有广谱消毒效果、消毒效率高；

对隐孢子虫卵囊有特效消毒作用；

不产生有毒、有害副产物；

不增加AOC、BDOC等损害管 水质生物稳定性的副产物；

能降低嗅、味和降解微量有机污染物；

占地面积小、消毒效果受水温、pH影响小。

北京第十水厂

朝阳区定福庄附近，位于规划发展的定福庄边缘地区的西侧，东临规划三间房东路，北临规划么家店路，南临规划长营北路，净水厂总占地面积180亩。

水源：主要为南水北调来水。供水水质的承诺为Ⅱ类，存在水体污染的风险。（备用水源为密云水）

对致病微生物有广谱消毒效果、消毒效率高；

对隐孢子虫卵囊有特效消毒作用；

不产生有毒、有害副产物；

不增加AOC、BDOC等损害管 水质生物稳定性的副产物；

能降低嗅、味和降解微量有机污染物。

共安装7根DN800紫外消毒器；

紫外计量40mJ/cm2；

进水紫外穿透率：￡90%；

单台功率N＝77kW；

主加氯投加量：0.2mg/l；

加氨量：0.4mg/l。

国内市政给水系统紫外线消毒工程

应用总结

近期活动

村镇水务论坛、雨洪控制利用会议、综合管廊论坛、垃圾渗滤液论坛、核电水工论坛……

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