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环保工程师专业知识：消毒
消毒是指利用温和的物理化学因素抑制病原体繁殖的手段。消毒有物理方法，化学方法及生物方法，但生物方法利用生物因子去除病原体，作用缓慢，而且灭菌不彻底，一般不用于传染疫源地消毒，故消毒主要应用物理及化学方法。
1概述
城市污水经一级或二级处理(包括活性污泥法和生物膜法)后，水质得到改善，细菌含量也大幅度减小，但其绝对值仍很大，有病源菌存在的可能。因此，污水排入水体前应进行消毒，即通过消毒剂或其他消毒手段杀灭水中病微生物。
消毒对饮用水是必不可少的处理工艺。对废水而处理而言，虽非必需，但对某些废水的安全排放或回用也是十分重要的。在水处理中，消毒方法包括物理法和化学法两类，化学法有氯消毒、次氯酸钠消毒、二氧化氯消毒、臭氧水消毒等，而紫外线消毒属于物理法消毒。
2氯消毒机理
氯消毒在水中不含氨的情况下，向水中加入氯后立即发生反应生成次氯酸，次氯酸水解能生成次氯酸根离子，一般情况下，次氯酸和次氯酸根离子在水中同时存在，相对比例取决于pH值和温度，但它们的总和则保持一定值。
次氯酸为很小的中性分子，可扩散到带负电的细菌表面，并渗入细菌体内通过氧化作用破坏菌体内系统而使细菌死亡。因次氯酸根离子本身带负电，难以接近带负电的细菌，很难起到直接的消毒作用。所以在较低的pH值条件下，次氯酸所占比例较大，则消毒效果较好。不过，虽然次氯酸根离子难于直接消毒，但是当水中的次氯酸被消耗后，次氯酸根离子会不断转化为次氯酸，因此，次氯酸和次氯酸根离子的所含氯量均为消毒剂的有效氯含量。
氯消毒的效果与水温、pH值、接触时间、混合程度、污水浊度以及所含干扰物质、有效氯浓度有关。
3主要消毒方法和机理
1、消毒方法的选择
主要消毒方法有液氯、臭氧、二氧化氯、次氯酸钠和紫外线等，每种消毒方法均有各自的优缺点和选择适用条件。消毒方法的选择要求能高效快速地灭活多种致病微生物，又要具有较好的适应性、经济性、安全性、无二次污染以及操作方便和耗材便于运输储存等特点。
由于氯的价格低廉，消毒效果良好和使用较方便等，所以它是当前较常用的消毒药剂。
2、主要的消毒方法
⑴氯消毒
加氯处理的方法也称氯化处理或氯化法。氯消毒可使用液氯，也可以使用漂粉精。前者述及，氯消毒的效果与水温、pH 值、接触时间、混合程度、污水浊度以及所含干扰物质、有效氯浓度有关。
由于氯是强氧化剂，污水中气有具有还原性的物质均要消耗氯，因此污水消毒的加氯量应该经试验确定。对于生活污水，可参考的数值为：一级处理水排放时，投氯量为20～30mg/L，二级处理水排放时，投氯量为5～10mg/L。
氯加入水中后，一部分被能与氯化合的杂质消耗掉，剩余的部分称为余氯。保留一定量余氯的目的是为了保证自来水出厂后还具有持续的杀菌力。
氯气是一种有毒气体，因此氯的运输贮存和使用应小心，加氯设备的安装位置应尽量靠近加氯点。加氯间应结构坚固，能防冻保温，通风良好，并宜安装排风扇。
液氯消毒的工艺流程一般是：液氯通过加氯机与污水在混合池内反应，然后在接触池内接触一定时间后即可出水。在混合池内的混合反应时间为5～15min，在接触内的接触时间为30min左右，沉淀速度采用1～1.3mm/s，保证余氯量不小于0.5 mg/L。
国内使用的加氯机种类很多。例如ZJ型转子加氯机，来自氯瓶的氯气首先进入旋风分离器，再通过弹簧膜阀和控制阀进入转子流量计和中转玻璃罩，于是经水射器与压力水混合、溶解于水内被输送至加氯点。
⑵次氯酸钠消毒
电解食盐水可以得到次氯酸钠，然后将次氯酸钠加入污水后与水反应产生次氯酸，所以说次氯酸钠的消毒作用依然靠次氯酸，但其消毒作用不及氯强。
因次氯酸钠易分解，所以通常采用次氯酸钠发生器现场制取，就地投加，不宜贮运。它一般适用于小型工厂。
⑶二氧化氯消毒
二氧化氯用于受污染水源消毒时，可减少氯化有机物的产生，故二氧化氯作为消毒剂日益受到重视。
①消毒原理
二氧化氯溶于水，不与水发生化学反应，其杀菌主要依靠吸附和渗透作用。二氧化氯对细菌壁的穿透能力和吸附能力都较强，大量二氧化氯分子聚集到细胞的周围，通过封锁作用，抑制其呼吸系统，进而渗透到细胞内部，破坏含硫基的酶，从而加速抑制微生物蛋白质的合成。
②二氧化氯的制备
主要有还原法、氧化法和电解法。
③二氧化氯系统的运行
在适当的温度范围内，温度越高，二氧化氯的杀菌能力越大。二氧化氯杀菌作用持续时间长，适用 pH值范围宽。
二氧化氯易挥发，气体和液态的二氧化氯均易爆炸，因此，二氧化氯装置的安装场所以及操作程序均应符合有关规定。 ④二氧化氯消毒的特点
a.二氧化氯不仅可以将水体中的微生物氧化除去，还可以将水中引起臭味的物质如硫化氢、硫醇等氧化分解为无毒无味的硫酸或磺酸，能将氰类和酚类等有毒物质氧化降解为氨根离子和简单的有机物;
b.因为二氧化氯不与水发生化学反应，所以其消毒作用受pH值影响极小，在较高pH值时二氧化氯消毒能力比氯强; c.二氧化氯杀灭对象多，杀菌效果好，用量少，作用快，杀菌持续时间长，不仅能杀死细菌，而且能分解残留的细胞结构，并具有杀孢子和杀病毒的作用。因此，在医院污水等可能含有较多病原微生物的污水处理场合可以有应用。
⑷臭氧消毒
①消毒原理
臭氧分子由三个氧原子组成，在常温常压下为无色气体，它是淡蓝色的具有强烈刺激性的气体。臭氧极不稳定，分解时放出新生态氧[O]。新生态氧具有极强的氧化能力，对具有顽强抵抗力的微生物如病毒、芽子孢等具有强大的杀伤力。臭氧能氧化有机物，去除水中的色、味，还可去除水中溶解性的铁、锰盐类及酚等。
②臭氧消毒系统简介
臭氧是空气中的氧通过高压放电产生的，制造臭氧的空气必须先行净化和干燥，以提高臭氧发生器效率并减少腐蚀。臭氧发生系统的前部为空气净化和干燥装置，以后为臭氧发生器。其系统布置为：空气压缩机将空气送至冷却器，然后再经过
滤加以净化，再经过1~2级硅胶或分子筛干燥器，将空气干燥至露点(-50℃)以下，最后经臭氧发生器，通过
15000~17000V高压电，在空气中放电后产生臭氧。
现场用空气或氧气为原料制备的臭氧的浓度在2%~10%之间。
臭氧具有高腐蚀性能，通常橡胶、大多数塑料、普通钢铁、铜以及铝等材料都不能用于臭氧系统。可用的材料主要包括316 和305不锈钢、玻璃、氯磺烯化聚乙烯合成橡胶、聚四氟乙烯以及混凝土。
③臭氧消毒的特点
a.由于臭氧比氯有较高的氧化电位，比氯消毒具有更强的杀菌作用，对细菌的作用比氯快，消耗量明显较小，例如，在 0.45mg/L臭氧作用下，经过2min后脊髓灰质炎病毒死亡，如果用氯消毒，则剂量为2mg/L时需经过3h。
b.臭氧消毒在很大程度上不受pH值的影响;
c.在某些特定的用水中，如食品加工、饮料生产以及微电子工业等，臭氧消毒不需要从已净化的水中去除过剩杀菌剂的附加工序，如用氯消毒时的脱氯工序。
d.不会产生象氯酚那样的臭味;
e.不会产生三卤甲烷等氯消毒的副产物;
f. 缺点：大量研究表明，含有机物污染的水经臭氧处理后，有可能将致突变物或THMS(三氯甲烷)的前体物如腐殖酸等大分子有机物分解成分子较小的有可能致突变物;水中含有氨氮时，在臭氧投量有限的情况下，臭氧不可能去除氨氮，有可能把有机氨氮氧化为氨氮，致使水中氨氮含量增高。因此，在使用臭氧时，应注意解决可能产生的问题。
g.臭氧在水中不稳定，容易消失，不能在管网中继续保持杀菌能力，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紫外线消毒
①消毒原理
紫外线杀菌机理是细菌受紫外线光照射后，紫外光谱能量为细菌核酸所吸收，使核酸结构破坏。根据试验，紫外线的波长范围在200~390nm，波长260nm左右的紫外线杀菌能力最强。这是因为细菌DNA对紫外线的吸收峰在260nm处，DNA吸收紫外线后分子结构被破坏，引起内蛋白质和酶的合成发生障碍，最终导致细菌死亡。
②紫外线消毒设备
紫外线光源由紫外灯管提供。不同型号、规格的紫外灯管所提供的紫外光主波长不同，应根据需要选用。消毒设备主要有两种形式：浸入式和水平式。③紫外线消毒的特点：
优点：不需化学药品，不存在THMS(三氯甲烷)类副产物，处理后的水无味无色;操作容易，管理简单，运行和维修费用较低;
缺点：消毒效力受水中悬浮物含量影响，消毒后不能保持杀菌能力，同时，消毒费用高。
④影响紫外线消毒的主要因素
a.微生物的类型;b.微生物数量;c.照射时间与水层厚度;d.水的色度和其他杂质均会降低紫外线的消毒效果;e.消毒环境。
④紫外线消毒的应用
由于紫外线消毒的成本较高等原因，一般仅在特殊情况下小规模使用。
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