生活饮用水的主要处理工艺流程 (3)

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水中微生物往往会粘附在悬浮颗粒上，因此，给水处理中的混凝沉淀和过滤在去除悬浮物、降低水的浊度的同时，也去除了大部分微生物（也包括病原微生物）。但尽管如此，消毒仍必不可少，它是生活饮用水安全、卫生的最后保障。

水的消毒方法很多，包括氯及氯化物消毒，臭氧消毒、紫外线消毒及某些重金属离子消毒等。氯消毒经济有效，使用方便，应用历史最久也最为广泛。但自20世纪70年代发现受污染水原经氯消毒后往往会产生一些有害健康的副产物，例如三卤甲烷等后，人们便重视了其它消毒剂或消毒方法的研究，例如，近年来人们对二氧化氯消毒日益重视。但不能就此认为氯消毒会被淘汰。 一方面，对于不受有机物污染的水源或在消毒前通过前处理把形成氯消毒副产物的前期物（如腐殖酸和富里酸等）预先去除，氯消毒仍是安全、经济、有效的消毒方法；另方面，除氯以外其它各种消毒剂的副产物以及残留于水中的消毒剂本身对人体健康的影响，仍需进行全面、深入的研究。因此，就目前情况而言，氯消毒仍是应用最广泛的一种消毒方法。

5.1 氯消毒 5.1.1 氯消毒原理

氯容易溶解于水（20℃和95kPa时，溶解度7160mg/L）。当氯溶解在清水中时，下列两个反应几乎瞬时发生：

Cl2+H2O HOCl+HCl （18-1）

次氯酸HOCl部分离解为氢子和次氯酸根：

HOCl H++OCl- （18-2）

其平衡常数为：

[H?] [OCl?] Ki= （18-3）

[HOCl]在不同温度下次氯酸离解平衡常数见表4-1。

次氯酸离解平衡常数

表5-1

温度℃ Ki×10（mol/L） -80 2.0 5 2.3 10 2.6 15 3.0 20 3.3 25 3.7 第 - 11 - - 11 - 页 共 18 页

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5.1.2 加氯量

水中加氯量，可以分为两部分，即需氯量和余氯。需氯量指用于灭活水中微生物、氧化有机物和还原性物质等所消耗的部分。为了抑制水中残余病原微生物的再度繁殖，管网中尚需维持少量剩余氯。我国饮用水标准规定出厂水游离性余氯在接触30min后不应低于0.3mg/L，在管网末梢不应低于0.05mg/L。后者的余氯量虽仍具有消毒能力，但对再次污染的消毒尚嫌不够，而可作为预示再次受到污染的信号，此点对于管网较长而有死水端和设备陈旧的情况，尤为重要。

以下分析不同情况下加氯量与剩余氯量之间的关系：

（1）如水中无微生物、有机物和还原性物质等，则需氯量为零，加氯量等于剩余氯量。

（2）事实上天然水特别是地表水源多少已受到有机物和细菌等污染，氧化这些有机物和杀灭细菌要消耗一定的氯量，即需氯量。加氯量必须超过需氯量，才能保证一定的剩余氯。当水中有机物较少，而且主要不是游离氨和含氮化合物时，需氯量0M满足以后就会出现余氯。其原因为：

1）水中有机物与氯作用的速度有快慢。有测定余氯时，有一部分有机物尚在继续与氯作用中。

2）水中余氯有一部分会自行分解，如次氯酸由于受水中某些杂质或光线的作用，产生如下的催化分解：

2HOCl → 2HCl+O2 （18-8）

3）当水中的有机物主要是氨和氮化合物时，情况比较复杂。当起始的需氯量0A满足以后，加氯量增加，剩余氯也增加（曲线AH段），但后者增长得慢一些。超过H点加氯量后，虽然加氯量增加，余氯量反而下降，如HB段，H点称为峰点。此后随着加氯量的增加，剩余氯又上升，如BC段，B点称为折点。

缺乏试验资料时，一般的地面水经混凝、沉淀和过滤后或清洁的地下水，加氯量可采用1.0～1.5mg/L；一般的地面水经混凝、沉淀而未经过滤时可采用1.5～2.5mg/L。

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当原水受到严重污染，采用普通的混凝沉淀和过滤加上一般加氯量的消毒方法都不能解决问题时，折点加氯法可取得明显效果，它能降低水的色度，去除恶臭，降低水中有机物含量；还能提高混凝效果。折点加氯法过去常常应用，但自从发现水中有机污染物可能与氯生三卤甲烷（THMs）后，采用折点加氯来处理受污染水源已引起人们担心，因而寻找去除有机污染物的预处理或深度处理方法和其它消毒法。

5.2 其它消毒法 5.2.1 二氧化氯消毒

二氧化氯（ClO2）在常温常压下是一种黄绿色气体，沸点11℃，凝固点-59℃，极不稳定，气态和液态ClO2均易爆炸，故必须以水溶液形式现场制取，即时使用。ClO2易溶于水，其溶解度约为氯的5倍。ClO2水溶液的颜色随浓度增加而由黄绿色转为橙色。ClO2在水中以溶解气体存在，不发生水解反应。ClO2水溶液在较高温度与光照下会生成ClO2-与ClO3-，在水处理中ClO2参与氧化还原反应也会生成ClO2-。ClO2深液浓度在10g/L以下时没有爆炸危险，水处理中ClO2浓度远低于10g/L。

制取ClO2的方法较多。在给水处理中，制取ClO2的方法主要有： （1）用亚氯酸钠（NaClO2）和氯（Cl2）制取，反应如下：

Cl2+H2O→HOCl+HCl

HOCl?HCl?2NaClO2?2ClO2?2NaCl?H2O （18-10）

Cl2?2NaClO2?2ClO2?2NaCl根据反应式（18-10），理论上1mol氯和2mol亚氯酸钠反应可生成2mol二氧化氯。但实际应用时，为了加快反应速度，投氯量往往超过化学计量的理论值，这样，产品中就往往含有部分自由氯Cl2。作为受污染水的消毒剂，多余的自由氯存在就存在产生THMs之虑，虽然不会像氯消毒那样严重。

二氧化氯的制取是在1个内填瓷环的圆柱形发生器中进行。由加氯机出来的氯溶液和用泵抽出的亚氯酸钠稀溶液共同进入ClO2发生器，经过约1min的反应，便得ClO2水溶液，像加氯一样直接投入水中。发生器上设置1个透明管，通过观察，出水若呈黄绿色即表明ClO2生成。反应时应控制混合液的pH值和浓度。

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（2）用酸与亚氯酸钠反应制取，反应如下：

5NaClO2+4HCl → 4ClO2+5NaCl+2H2O （18-11） 10NaClO2+5H2SO4 →8ClO2+5Na2SO4+4H2O （18-12）

在用硫酸制备时，需注意硫酸不能与固态NaClO2接触，否则会发生爆炸。此外，尚需注意两种反应物（NaClO2和HCl或H2SO4）的浓度控制，浓度过高，化合时会发生爆炸。这种制取方法不会存在自由氯，故投入水中不存在产生THMs之虑。

制取方法也是在1个圆柱形ClO2发生器中进行。先在2个溶液槽中分别配制一定浓度（注意浓度不可过高，一般HCl浓度8.5%，亚氯酸钠浓度7%）的HCl和NaClO2溶液，分别用泵打入ClO2发生器，经过约20min反应后便形成ClO2溶液。酸用量一般超过化学计量3～4倍。

以上两种ClO2制取方法各有优缺点。采用强酸与亚氯酸钠制取ClO2，方法简便，产品中无自由氯，但NaClO2转化成ClO2的理论转化率仅为80%，即5mol的NaClO2产生4mol的ClO2。采用氯与亚氯酸钠制取ClO2，1mol的NaClO2可产生1mol的ClO2，理论转化率100%。由于NaClO2价格高，采用氯制取ClO2在经济上应占有优势。当然，在选用生产设备时，还应考虑其它各种因素，如设备的性能、价格等。

二氧化氯既是消毒剂，又是氧化能力很强的氧化剂。作为消毒剂，据有关专家研究，ClO2对细菌的细胞壁有较强的吸附和穿透能力，从而有效地破坏细菌内含巯基的酶，Bermard也证实，ClO2可快速控制微生物蛋白质的合成，故ClO2对细菌、病毒等有很强的灭活能力。ClO2的最大优点是不会与水中有机物作用生成三卤甲烷。这正是ClO2在当前水处理中受到重视的主要原因。此外，ClO2消毒还有以下优点：消毒能力比氯强，故在相同条件下，投中量比Cl2少；ClO2余量能在管网中保持很长时间，即衰减速度比Cl2慢；由于ClO2不水解，故消毒效果受水的pH值影响极小。作为氧化剂，ClO2能有效地去除或降低水的色、嗅及铁、锰、酚等物质。它与酚起氧化反应，不会生成氯酚。不过，采用ClO2消毒或作为氧化剂还存在以下值得注意的问题：ClO2本身和副产物ClO2-对人体血红细胞有损害，有报导认为，还对人的神经系统及生殖系统有损害。因此，近年来

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美国EPA规定：水中剩余ClO2和ClO2-等总量不得超过1.0mg/L。目前我国还没有这方面的规定或限定标准。不过，作为消毒剂，一般ClO2投加量约在1.0～2.0mg/L范围内，不会产生副作用，但作为氧化剂，ClO2投加量变化较大，就应注意水中剩余ClO2和ClO2-的副作用。另外，由于制取ClO2的NaClO2价格很高（约为Cl2的10倍左右），因而限制了ClO2消毒的广泛应用。不过，欧美等一些国家应用ClO2消毒或作为氧化剂用于给水处理已日益增多。近年来，我国也重视了ClO2在给水处理中的应用。

5.2.3 漂白粉消毒

漂白粉由氯气和石灰加工而成，分子式可简单表示为CaOCl2，有效氯约30%。漂白精分子式为Ca（OCl）2，有效氯约达60%左右。两者均为白色粉末，有氯的气味，易受光、热和潮气作用而分解使有效氯降低，故必须放在阴凉干燥和通风良好的地方。漂白粉加入水中反应如下：

2CaOCl2+2H2O 2HOCl+Ca（OH）2+CaCl2 （18-13）

反应后生成HOCl，因此消毒原理与氯气相同。

漂白粉需配成溶液加注，溶解时先调成糊状物，然后再加水配成1.0%～2.0%（以有效氯计）浓度的溶液。当投加在滤后水中时，溶液必须经过约4～24h沉淀，以免杂质带进清水中；若加入浑水中，则配制后可立即使用。

漂白粉消毒一般用于小水厂或临时性给水。 5.2.4 次氯酸钠消毒

次氯酸钠（NaOCl）是用发生器的钛阳极电解食盐水而制得，反应如下：

NaCl+H2O → NaOCl+H2↑ （18-14）

次氯酸钠也是强氧化剂和消毒剂，但消毒效果不如氯强。次氯酸钠消毒作用仍依靠HOCl，反应如下：

NaOCl+H2O HOCl+ NaOH （18-15）

次氯酸钠发生器有成品出售。由于次氯酸钠易分解，故通常采用次氯酸钠发生器现场制取，就地投加，不宜贮运。制作成本就是食盐和电耗费用。次氯酸钠消毒通常用于

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