給排水紫外線消毒技術的應用與發展趨勢

給排水紫外線消毒技術的應用與發展趨勢

    給排水消毒技術的應用,臭氧是一種強氧化劑，其氧化能力僅次于氟，能氧化分解水中多種有機物，在低濃度下可瞬時完成氧化反應，而且其溶解度大，殺菌速度為氯的600～3000倍，是目前加藥消毒法中zui有效的消毒劑，能同時控制水中鐵、錳、色、味、嗅，無三鹵甲烷、鹵乙酸類消毒副產物產生，但有產生溴酸鹽等副產物的可能。

    近來，由于SARS和禽流感等傳染性疾病的爆發，自來水和污水的消毒問題受到人們越來越多的重視。雖然大多數細菌并不致病，但是水中細菌總數在一定程度上可反映微生物的污染程度，我國的《生活飲用水衛生標準》（GB5749-85）規定每毫升水樣細菌總數不得大于100個，每升水中總大腸菌群應小于3個。2003年7月1日執行的《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB l8918-2002）中將微生物指標列為基本控制指標，要求城市污水必須進行消毒處理。

    1、傳統的氯（Cl2）消毒技術須優化

20世紀70年代起，氯消毒在飲用水處理中遇到了三方面的問題。首先是飲用水中不斷發現新的病原微生物，其中有一些如隱孢子蟲不能被氯殺死。其次，很多研究表明，如果水中含有足夠多的可降解有機物，即使維持足夠的余氯，細菌仍會在給水管網內再繁殖。只有減少水中的有機營養物，才能抑制細菌的生長。zui嚴重的還是消毒副產物問題。1974年，科學家發現氯消毒時，氯與水中殘余的有機物發生化學作用，生成三氯甲烷、溴仿、溴二氯甲烷和氯二溴甲烷等一系列有害的“消毒副產物”。為了控制消毒副產物，各國都制定了嚴格的標準。

飲用水是否應放棄氯消毒？

事實證明目前還不能放棄。1991年底，秘魯出現了絕跡多年的霍亂病例，造成大面積的疫情，甚至還蔓延到鄰近國家。公共衛生專家把原因歸咎為出于害怕氯消毒的副產物致癌而放棄了對飲用水進行消毒。英國近50年間發生過10次飲水造成的疫情，其中有8次是加氯消毒不良所致。因此在考慮飲用水的安全性時，首先需要考慮的是確保消除微生物對人體健康的影響，然后才是考慮減小消毒副產物對人體的危害。

優化的氯消毒技術不斷被研究開發，主要的優化方式包括：

（1）將氯胺投加到出廠水中；

（2）低氯預處理，即在滿足控制微生物生長的前提下，盡量減少預氯化的投氯量或取消預氯化；

（3）用預處理氧化劑如二氧化氯等處理源水，進行初級消毒和氧化，過濾后再用氯消毒。通過這種處理，THM前體物被二氧化氯氧化；

（4）設置新的投氯點；

（5）使游離氯的接觸時間從原來數小時或數十小時縮短到1小時以內甚至10分鐘。同時，新型的消毒技術日益受到青睞，主要包括臭氧、二氧化氯和紫外線及相關組合技術等。

    2、臭氧（O3）消毒技術應用增多

    臭氧是一種強氧化劑，其氧化能力僅次于氟，能氧化分解水中多種有機物，在低濃度下可瞬時完成氧化反應，而且其溶解度大，殺菌速度為氯的600～3000倍，是目前加藥消毒法中zui有效的消毒劑，能同時控制水中鐵、錳、色、味、嗅，無三鹵甲烷、鹵乙酸類消毒副產物產生，但有產生溴酸鹽等副產物的可能。臭氧是通過直接氧化和產生自由基的間接氧化來破壞微生物的結構，達到消毒的目的。一般維持剩余臭氧濃度為0.4mg/L，接觸時間為15min，可得到良好的消毒效果。近20年來，由于臭氧制備技術的發展，成本降低，特別是發現氯消毒存在的問題后，臭氧的消毒應用增多，在歐洲使用zui多。臭氧消毒的缺點是難聞的未溶解到水中的臭氧揮發到空氣中有害于工作人員的健康。

    3、二氧化氯（ClO2）消毒技術方興未艾

    二氧比氯的殺菌速度快，消毒能力超過氯但是次于臭氧，可殺死隱孢子蟲，具有廣譜性的消毒效果，有剩余消毒效果但無氯味。二氧化氯的消毒機理主要是氧化細胞內酶系統和生物大分子，殺滅細菌、病毒，且不對動植物產生損傷，殺菌作用持續時間長，受pH影響小，可除臭、去色。經二氧比氯氧化的有機物多降解為含氧基團（羧酸）為主的產物，無氯代產物出現。美國EPA推薦它是一種強有力的潛在替代氯消毒的氧化型消毒劑，以控制自來水中的三氯甲烷。二氧化氯用于污水廠的出水，產生的副產物量不到氯消毒產生的10%。因此20世紀80年代后二氧化氯消毒應用迅速增長。

二氧化氯性質不穩定，只能采用二氧化氯發生器現場制備。二氧化氯同氯氣混合使用時，具有協同消毒作用，二氧化氯較氯氣活潑，優先于氯氣與有機物發生氧化分解反應，可有效抑制處理后水中三鹵甲烷等氯化致癌物的生成。用于回用水消毒時，消毒劑投加點一般在濾后，有效氯投加量一般為1.5～3mg/L。二氧化氯現場制備，投加方便，避免了運輸儲存一系列問題及安全隱患，且成本較臭氧成本低，它是我國中小水廠替代液氯、次氯酸鈉及漂白分等的較好消毒方式。

    4、紫外線（UV）消毒技術異軍突起

    紫外線消毒實質是光化學反應，細胞的遺傳物質核酸（RNA或DNA）吸收紫外線能量，在光致二聚作用下化學鍵和鏈斷裂，破壞了核酸的正常功能，引起微生物死亡，達到消毒的目的，其反應速率不受溫度和pH的影響。當紫外強度為3×104 μW/cm2時，紫外線殺滅病毒及細菌約需0.1～1s的接觸時間、殺滅霉菌孢子需1～8s、殺滅藻類需5～40s，而氯消毒則需30～60min的接觸時間，臭氧消毒需15～30min。現代的紫外線消毒裝置可以很容易達到（3～30）×104 μW/cm2的光強度，因此常見細菌、病毒、霉菌、藻類、孢子甚至原生動物都可以迅速被有效殺滅。根據目前的文獻報道，還沒有發現紫外線（特別是在253.7 nm附近）在消毒過程中會產生足夠量的對人體有害的物質。水的色度、濁度和SS等影響紫外線的吸收，從而影響消毒效果。

    在目前所有的消毒技術中，紫外線殺菌的廣譜性是zui高的，并且對一些對人類危害極大的，而氯氣以至臭氧無法或不能有效殺滅的寄生蟲類如隱性包囊蟲和賈第鞭毛蟲等都能有效殺滅，且沒有消毒副產物，也不增加損害管網水生物穩定性的副產物，同時由于關鍵技術的突破，紫外線消毒系統的可靠性大大提高，設備使用壽命長，能耗降低，運行費用大為下降，因此20世紀90年代紫外線消毒技術在發達國家得到廣泛的應用。歐洲許多國家以及北美的加拿大和美國已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，推薦采用紫外線消毒技術。

    5、消毒技術的發展趨勢

    消毒是水處理的重要環節，各種消毒技術各有特點。從效果比較，氯對部分細菌、病毒不能殺滅，臭氧的殺菌效果比氯好，但是化學消毒因受濃度控制而無法在水中提供可能的大劑量，故對孢子、藻類以及各種原生動物的殺滅效果較差。在二氧化氯、氯和臭氧三種消毒劑中，綜合考慮有效性和穩定性，可認為二氧化氯的消毒效果。紫外線消毒技術對采用化學消毒難以殺滅的病原體能在幾秒或幾十秒內殺滅，但是沒有余氯，缺乏持久的消毒能力。

    氯和臭氧本身就是高危物質，使用中安全隱患較多。采用紫外線消毒工藝與加氯消毒工程投資相差不多，處理速度快，占地小，運行維護費用約為氯消毒方式的2/3，總體經濟性能優于氯消毒系統，將是今后數年zui有前途的消毒技術。

   各種消毒技術應取長補短，從傳統、單一的消毒工藝向組合式消毒工藝發展。研究表明，二氧化氯和氯聯合消毒的效果優于傳統的氯消毒。臭氧分子不穩定，易自行分解，在水中保留時間小于30 min，要保持管網的持續消毒效果必須同時加氯。紫外線消毒屬于物理瞬間消毒技術，許多國家對自來水采用紫外線再加氯消毒工藝，以保證自來水在市政管網內不受二次污染。由于余氯補加量少，副作用可大為減少。