飲用水消毒技術(shù)的發(fā)展概述

“受氣候變化、污染等因素影響,世界上一些主要的河流正在面臨干涸的危險(xiǎn)；地球大約41%的人口居住在這些流域,1萬(wàn)種淡水動(dòng)物和植物中至少20%已經(jīng)滅絕,全球共有43個(gè)國(guó)家缺水,缺水的人口工有7億,到2025年,缺水人口可能超過(guò)30億.”但是那可能是一個(gè)可怕的結(jié)論,“人類(lèi)看到的最后一滴水，將是我們?nèi)祟?lèi)自己的眼淚?！?/span>

生命離不開(kāi)水。在日長(zhǎng)生活中，人類(lèi)生活和生產(chǎn)對(duì)水的需求量極大，為了滿(mǎn)足世界人口對(duì)水源的需求，各地都建立起了不同類(lèi)型的供水系統(tǒng)。我們是怎樣獲得干凈、清潔、健康的水資源呢？正是水處理消毒技術(shù)保證了千家萬(wàn)戶(hù)的水源供給，為人們提供了安全可靠地飲用水。

伴隨著現(xiàn)代科技技術(shù)的進(jìn)步，水處理技術(shù)日趨成熟，飲用水消毒技術(shù)也在不斷發(fā)展。

1、飲用水常規(guī)含氯化合物消毒技術(shù)

1.1氯消毒技術(shù)

氯消毒主要是通過(guò)次氯酸的氧化作用來(lái)殺滅細(xì)菌，次氯酸是很小的中性分子，能擴(kuò)散到帶負(fù)電的細(xì)茵表面，通過(guò)細(xì)茵的細(xì)胞壁穿透到細(xì)菌內(nèi)部，并起氯氧化作用，破壞細(xì)菌的酶系統(tǒng)而使細(xì)菌死亡。但對(duì)于水中的病毒、寄生蟲(chóng)卵的殺滅效果較差，需要在較高值(消毒劑濃度乘以接觸時(shí)間)才能達(dá)到理想的除菌效果。氯消毒的特點(diǎn)很多，其經(jīng)濟(jì)消耗不高，消毒操作簡(jiǎn)單，易于控制，消毒持續(xù)性好，余氯的測(cè)定也很容易。傳統(tǒng)的給水處理觀(guān)念中，認(rèn)為飲用水使用氯消毒技術(shù)就可以控制致病菌傳播問(wèn)題，即使較大城市的長(zhǎng)距離給水管網(wǎng)，只要維持管網(wǎng)末梢一定的余氯就可以保證飲用水的安全（我國(guó)（GB 5749-2006）生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定管網(wǎng)末梢為 ≥0.05 mg/L）。但是，隨后的幾十年里，我們發(fā)現(xiàn)即使采用氯消毒技術(shù)對(duì)給水進(jìn)行了處理，給水管道中仍檢出幾十種細(xì)菌，除少數(shù)鐵細(xì)菌和硫細(xì)菌外，主要是以有機(jī)物為營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的異養(yǎng)菌。有時(shí)，輸水管道中的細(xì)菌和大腸桿菌含量甚至超過(guò)出廠(chǎng)值。這是因?yàn)槁认竞笪礆⑺赖募?xì)菌的自我修復(fù)生長(zhǎng)和外源細(xì)菌進(jìn)入管道造成的。

20世紀(jì) 70年代，隨著人們對(duì)飲用水水質(zhì)要求的不斷提高，我們發(fā)現(xiàn)氯消毒產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物對(duì)人體健康有較大不利影響。越來(lái)越多的消毒副產(chǎn)物如三鹵甲烷、鹵乙酸、、鹵代醛等在飲用水中被發(fā)現(xiàn)。人們開(kāi)始重新審視消毒問(wèn)題，并進(jìn)行了大量的研究工作。研究發(fā)現(xiàn)氯在進(jìn)行飲用水預(yù)氧化和消毒時(shí)與水中某些有機(jī)物如腐殖酸、富里酸等發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)發(fā)生親電取代反應(yīng)，產(chǎn)生易揮發(fā)的和不易揮發(fā)的氯化有機(jī)物如三鹵甲烷等。三鹵甲烷和鹵乙酸由于其強(qiáng)致癌性已成為研究人員的主要觀(guān)察目標(biāo)，而且也分別代表了揮發(fā)性和非揮發(fā)性的兩類(lèi)消毒副產(chǎn)物。常規(guī)處理工藝對(duì)預(yù)氯化產(chǎn)生的副產(chǎn)物不能有效去除，氯消毒技術(shù)漸漸不能達(dá)到當(dāng)今人類(lèi)的健康要求。而現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展使得環(huán)境中產(chǎn)生了更多的有機(jī)化合物，這些物質(zhì)進(jìn)入給水系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)的進(jìn)一步惡化，因此研發(fā)新的給水消毒技術(shù)已勢(shì)在必行。

1.2二氧化氯消毒技術(shù)

二氧化氯是微紅，略帶黃色，有強(qiáng)烈刺激性的有毒氣體，分子式為：ClO2，分子量為67.46g/mol。二氧化氯的消毒機(jī)理主要是氯氧化作用，能較好殺滅細(xì)菌、病毒，且不對(duì)動(dòng)植物產(chǎn)生損傷，作用持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，可保證較長(zhǎng)時(shí)間的殺菌功效。另一方面，作用期間受 PH影響不敏感，可除臭、去色。二氧化氯是一種強(qiáng)氧化劑，對(duì)細(xì)菌的細(xì)胞壁有較好的吸附和穿透性能，可以有效地氧化細(xì)胞酶系統(tǒng)，快速地控制細(xì)胞酶蛋白的合成，因此在同樣條件下，對(duì)大多數(shù)細(xì)菌表現(xiàn)出比氯更高的去除效率，對(duì)很多病毒的殺滅作用強(qiáng)于氯，是一種較理想的消毒劑。二氧化氯消毒在歐洲和北美都有一定的應(yīng)用，被認(rèn)為是氯消毒劑的理想替代品。二氧化氯消毒具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：殺菌效果好、用量少，作用快，消毒作用持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，可以保持剩余消毒劑量；氧化性強(qiáng)，能分解細(xì)胞結(jié)構(gòu)，并能殺死孢子；不產(chǎn)生三鹵甲烷和鹵乙酸等副產(chǎn)物，不產(chǎn)生致突變物質(zhì)。

1.3氯胺消毒技術(shù)

氯胺消毒是氯衍生物的消毒方法之一，氯胺不能作為基本殺菌消毒劑的原因是氯胺消毒作用緩慢，也因此，其一度被停止使用。但由于氯胺能避免或減緩氯與水中有機(jī)污染物質(zhì)的某些化學(xué)反應(yīng)，從而使消毒后水中氯化副產(chǎn)物的生成量顯著降低,氯胺消毒被廣泛認(rèn)為是控制消毒副產(chǎn)物形成的有效手段。根據(jù)研究，經(jīng)過(guò)氯胺處理后，鹵乙酸和三氯甲烷的含量大幅度減少。越來(lái)越多的供水公司開(kāi)始重新在積水消毒處理過(guò)程中投放氯胺。一般認(rèn)為，對(duì)于嚴(yán)重污染且有機(jī)鹵化物含量較高的源水或水廠(chǎng)的供水管網(wǎng)較長(zhǎng)（水流在管中停留時(shí)間大于十二小時(shí)）比較適合采用氯胺消毒。然而氯胺消毒對(duì)水中的賈第蟲(chóng)和隱孢子囊的去除效果卻不能夠令人滿(mǎn)意。這也導(dǎo)致我們必須更進(jìn)一步研究，造出更加安全、有效的消毒技術(shù)。

2、飲用水處理消毒新技術(shù)

2.1臭氧消毒技術(shù)

臭氧是淡藍(lán)色、強(qiáng)烈刺激性的有毒氣體，分子式：O3，具強(qiáng)氧化性，屬易燃易爆品。臭氧消毒目前主要在歐洲國(guó)家應(yīng)用較多，其消毒機(jī)理包括直接氧化和產(chǎn)生自由基的間接氧化，主要通過(guò)氧化來(lái)破壞微生物的結(jié)構(gòu)，達(dá)到消毒的目的。因此消毒效果與其氧化還原電位直接相關(guān)。臭氧可將氰化物等有毒有害物質(zhì)氧化為無(wú)害物質(zhì)，作用速度快，效果明顯。它還可以氧化溶解性鐵、錳,形成不溶性沉淀，通過(guò)過(guò)濾去除。臭氧還可以將生物難分解的大分子有機(jī)物氧化分解為易于生物降解的小分子有機(jī)物。

同樣，臭氧消毒技術(shù)也有它的不足之處：臭氧與有機(jī)物反應(yīng)生成不飽和醛類(lèi)、環(huán)氧化合物等有毒物質(zhì)，比如三溴甲烷、乙腈氰甲烷、1-1二溴酮、溴酸鹽、次溴酸、次溴離子等。這些副產(chǎn)物中最需要注意的是溴酸鹽，其最大容許濃度極低，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為 0.01mg/L。另外，三氯硝基甲烷和氯化氰也會(huì)產(chǎn)生，這幾種物質(zhì)的具體毒性還沒(méi)有明確的定論。

雖然應(yīng)用臭氧消毒也會(huì)有副產(chǎn)物生成，但一般情況下濃度不高，毒性也不如氯大?？偟膩?lái)說(shuō)，臭氧消毒是一種比較好的給水消毒技術(shù)。

目前，國(guó)內(nèi)臭氧行業(yè)普遍不能掌握臭氧制造的核心技術(shù)，導(dǎo)致臭氧制備技術(shù)能耗高，利用效率差等。就整個(gè)臭氧行業(yè)來(lái)講，國(guó)內(nèi)大型臭氧技術(shù)發(fā)展還面臨著諸多的問(wèn)題有待解決。

2.2紫外消毒技術(shù)

在 21世紀(jì)來(lái)臨之時(shí)，一種新型的飲用水消毒技術(shù)產(chǎn)生——紫外線(xiàn)消毒技術(shù)。這種消毒技術(shù)快速而且經(jīng)濟(jì)。紫外線(xiàn)消毒的作用機(jī)理是利用特殊設(shè)計(jì)的高效率、高強(qiáng)度和長(zhǎng)壽命的波段(110～280nm)紫外光發(fā)生裝置產(chǎn)生紫外輻射，用以殺滅水中的各種細(xì)菌、病毒、寄生蟲(chóng)、藻類(lèi)等。一定劑量的紫外輻射可以破壞生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，通過(guò)破壞生物的遺傳物質(zhì)而殺滅水生生物，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。這個(gè)作用過(guò)程并不是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，因此不會(huì)向給水中加入新的副產(chǎn)物，更不會(huì)產(chǎn)生毒副物質(zhì)。紫外消毒技術(shù)自 2002年進(jìn)入中國(guó)水處理市場(chǎng)，幾年來(lái)獲得了飛速發(fā)展，已有上百家市政污水處理廠(chǎng)采用了紫外消毒系統(tǒng)。

紫外線(xiàn)消毒與臭氧消毒一樣，無(wú)法持續(xù)作用。而且，因?yàn)椴煌?xì)菌對(duì)紫外線(xiàn)的抵抗能力不一樣，紫外線(xiàn)消毒時(shí)的紫外線(xiàn)使用強(qiáng)度無(wú)法把握。在消毒過(guò)程中，可能因?yàn)樽贤饩€(xiàn)強(qiáng)度不夠?qū)е孪静粡氐?，也可能以為紫外線(xiàn)強(qiáng)度過(guò)高導(dǎo)致不必要的經(jīng)濟(jì)消耗。也正因?yàn)榇?，一些水處理機(jī)構(gòu)在進(jìn)行紫外線(xiàn)消毒之前會(huì)對(duì)給水進(jìn)行一些預(yù)處理工作，從而保證給水消毒的可靠性。

2.3活性氧消毒技術(shù)

截止目前，更多的飲用水處理技術(shù)被研發(fā)出來(lái)。例如，活性氧消毒技術(shù)、光催化消毒技術(shù)、生物消毒技術(shù)、電場(chǎng)消毒技術(shù)、超聲波消毒技術(shù)等。

當(dāng)然，和前面的飲用水消毒技術(shù)一樣，這些消毒方式也有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，下面針對(duì)活性氧消毒技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

活性氧消毒劑產(chǎn)品（九行系列單過(guò)硫酸氫鉀復(fù)合消毒片）：?jiǎn)芜^(guò)硫酸氫鉀單劑吸潮或溶于水中，會(huì)迅速分解釋放出氧氣和硫酸鉀，所以復(fù)合鹽單劑不能直接用于消毒，只能以其為主要活性成分建立一個(gè)平衡穩(wěn)定的系統(tǒng)，提高穩(wěn)定性，延長(zhǎng)有效期。

經(jīng)由系統(tǒng)平衡處理過(guò)的九行系列單過(guò)硫酸氫鉀復(fù)合消毒片，按不同的使用比例定量添加到待消毒水體中。溶于水后經(jīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)連續(xù)釋放活性氧進(jìn)而形成羥基自由基、過(guò)氧化氫自由基等多種活性成分，不產(chǎn)生有害物質(zhì)，高效消毒。其氧化能力較強(qiáng)，氧化勢(shì)能高，超過(guò)氯化物、高錳酸鉀、過(guò)氧化氫等，能夠把水中的氯離子氧化為氯氣，把醇類(lèi)、醛類(lèi)等有機(jī)物氧化為有機(jī)酸。單過(guò)硫酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)為1.82V,高于氯氣（1.36V）和二氧化氯（1.50V），低于臭氧（2.07V），既克服了氯氣氧化能力相對(duì)較弱、用量大而且產(chǎn)生副產(chǎn)物的缺點(diǎn)，也避免了臭氧持續(xù)性差的弊端。

從分子結(jié)構(gòu)看，過(guò)硫酸氫鉀分子與過(guò)氧乙酸極其相似，過(guò)氧鍵分別與硫原子、碳原子連接，但是過(guò)硫酸氫鉀是無(wú)機(jī)物，其消毒有效成份是單過(guò)硫酸氫根離子（SO5H-）,其穩(wěn)定性要好于過(guò)氧乙酸。

從分子結(jié)構(gòu)看，過(guò)硫酸氫鉀應(yīng)該是中性鹽，其水溶液的酸性是由于復(fù)合鹽中硫酸氫鉀溶解產(chǎn)生氫離子造成的。但是過(guò)硫酸氫鉀在酸性條件下穩(wěn)定性要遠(yuǎn)好于中性條件，在堿性條件下則會(huì)快速分解。其對(duì)微生物的殺滅機(jī)理可以解釋為：

一是氧化作用，過(guò)一硫酸氫鉀在水溶液條件下，釋放出新生態(tài)氧，直接對(duì)微生物細(xì)胞壁蛋白進(jìn)行氧化反應(yīng)。

二是釋放出高能小分子，干擾微生物的酶系統(tǒng)，迅速導(dǎo)致微生物蛋白分子失去活性。研究表明，過(guò)硫酸氫鉀在作用于小分子有機(jī)物時(shí)，例如較長(zhǎng)鏈的醛、胺類(lèi)有機(jī)物，促進(jìn)反應(yīng)發(fā)生的是自由羥基。

三是復(fù)配的制劑中含有少量的氯化鈉，在水溶液中過(guò)硫酸氫鉀能夠把氯離子氧化成氯氣從而產(chǎn)生低濃度的次氯酸，氧化和氯化同時(shí)發(fā)生，能起到良好的消毒作用。

3、結(jié)語(yǔ)

飲用水消毒技術(shù)是我們共同關(guān)注的重要問(wèn)題之一，飲用水處理的好壞將直接影響到人們的日常生活以及身體健康。一方面，我們要繼續(xù)研究一些高效、環(huán)保、安全、可靠的給水消毒技術(shù)，另一方面，鑒于現(xiàn)在的科技技術(shù)水平，我們要善于搭配不同的消毒技術(shù)。我們應(yīng)該根據(jù)不同的水質(zhì)、環(huán)境、地理位置使用不同的給水消毒技術(shù)。只有綜合利用已有的技術(shù)，才能提供安全、干凈的水源。