發(fā)布時(shí)間:2018-01-25
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“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;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)可怕的結論,“人類(lèi)看到的最后一滴水,將是我們人類(lèi)自己的眼淚?!?/span>
生命離不開(kāi)水。在日長(cháng)生活中,人類(lèi)生活和生產(chǎn)對水的需求量極大,為了滿(mǎn)足世界人口對水源的需求,各地都建立起了不同類(lèi)型的供水系統。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(zhù)現代科技技術(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)殺滅細菌,次氯酸是很小的中性分子,能擴散到帶負電的細茵表面,通過(guò)細茵的細胞壁穿透到細菌內部,并起氯氧化作用,破壞細菌的酶系統而使細菌死亡。但對于水中的病毒、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)才能達到理想的除菌效果。氯消毒的特點(diǎn)很多,其經(jīng)濟消耗不高,消毒操作簡(jiǎn)單,易于控制,消毒持續性好,余氯的測定也很容易。傳統的給水處理觀(guān)念中,認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(cháng)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(GB 5749-2006)生活飲用水衛生標準中規定管網(wǎng)末梢為 ≥0.05 mg/L)。但是,隨后的幾十年里,我們發(fā)現即使采用氯消毒技術(shù)對給水進(jìn)行了處理,給水管道中仍檢出幾十種細菌,除少數鐵細菌和硫細菌外,主要是以有機物為營(yíng)養基質(zhì)的異養菌。有時(shí),輸水管道中的細菌和大腸桿菌含量甚至超過(guò)出廠(chǎng)值。這是因為氯消毒后未殺死的細菌的自我修復生長(cháng)和外源細菌進(jìn)入管道造成的。
20世紀 70年代,隨著(zhù)人們對飲用水水質(zhì)要求的不斷提高,我們發(fā)現氯消毒產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物對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。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)現氯在進(jìn)行飲用水預氧化和消毒時(shí)與水中某些有機物如腐殖酸、富里酸等發(fā)生氧化反應,同時(shí)發(fā)生親電取代反應,產(chǎn)生易揮發(fā)的和不易揮發(fā)的氯化有機物如三鹵甲烷等。三鹵甲烷和鹵乙酸由于其強致癌性已成為研究人員的主要觀(guān)察目標,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。常規處理工藝對預氯化產(chǎn)生的副產(chǎn)物不能有效去除,氯消毒技術(shù)漸漸不能達到當今人類(lèi)的健康要求。而現代工農業(yè)的迅猛發(fā)展使得環(huán)境中產(chǎn)生了更多的有機化合物,這些物質(zhì)進(jìn)入給水系統會(huì )導致水質(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。二氧化氯的消毒機理主要是氯氧化作用,能較好殺滅細菌、病毒,且不對動(dòng)植物產(chǎn)生損傷,作用持續時(shí)間長(cháng),可保證較長(cháng)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。二氧化氯是一種強氧化劑,對細菌的細胞壁有較好的吸附和穿透性能,可以有效地氧化細胞酶系統,快速地控制細胞酶蛋白的合成,因此在同樣條件下,對大多數細菌表現出比氯更高的去除效率,對很多病毒的殺滅作用強于氯,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用,被認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,消毒作用持續時(shí)間長(cháng),可以保持剩余消毒劑量;氧化性強,能分解細胞結構,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污染物質(zhì)的某些化學(xué)反應,從而使消毒后水中氯化副產(chǎn)物的生成量顯著(zhù)降低,氯胺消毒被廣泛認為是控制消毒副產(chǎn)物形成的有效手段。根據研究,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。一般認為,對于嚴重污染且有機鹵化物含量較高的源水或水廠(chǎng)的供水管網(wǎng)較長(cháng)(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)
臭氧是淡藍色、強烈刺激性的有毒氣體,分子式:O3,具強氧化性,屬易燃易爆品。臭氧消毒目前主要在歐洲國家應用較多,其消毒機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)破壞微生物的結構,達到消毒的目的。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物氧化分解為易于生物降解的小分子有機物。
同樣,臭氧消毒技術(shù)也有它的不足之處:臭氧與有機物反應生成不飽和醛類(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,美國標準為 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,國內臭氧行業(yè)普遍不能掌握臭氧制造的核心技術(shù),導致臭氧制備技術(shù)能耗高,利用效率差等。就整個(gè)臭氧行業(yè)來(lái)講,國內大型臭氧技術(shù)發(fā)展還面臨著(zhù)諸多的問(wèn)題有待解決。
2.2紫外消毒技術(shù)
在 21世紀來(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。紫外線(xiàn)消毒的作用機理是利用特殊設計的高效率、高強度和長(cháng)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胞的結構,通過(guò)破壞生物的遺傳物質(zhì)而殺滅水生生物,從而達到凈化水質(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。
紫外線(xiàn)消毒與臭氧消毒一樣,無(wú)法持續作用。而且,因為不同細菌對紫外線(xiàn)的抵抗能力不一樣,紫外線(xiàn)消毒時(shí)的紫外線(xiàn)使用強度無(wú)法把握。在消毒過(guò)程中,可能因為紫外線(xiàn)強度不夠導致消毒不徹底,也可能以為紫外線(xiàn)強度過(guò)高導致不必要的經(jīng)濟消耗。也正因為此,一些水處理機構在進(jìn)行紫外線(xiàn)消毒之前會(huì )對給水進(jìn)行一些預處理工作,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)平衡穩定的系統,提高穩定性,延長(cháng)有效期。
經(jīng)由系統平衡處理過(guò)的九行系列單過(guò)硫酸氫鉀復合消毒片,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)鏈式反應連續釋放活性氧進(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,氧化勢能高,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)等有機物氧化為有機酸。單過(guò)硫酸氫鉀標準電極電勢為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),也避免了臭氧持續性差的弊端。
從分子結構看,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)機物,其消毒有效成份是單過(guò)硫酸氫根離子(SO5H-),其穩定性要好于過(guò)氧乙酸。
從分子結構看,過(guò)硫酸氫鉀應該是中性鹽,其水溶液的酸性是由于復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定性要遠好于中性條件,在堿性條件下則會(huì )快速分解。其對微生物的殺滅機理可以解釋為:
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,直接對微生物細胞壁蛋白進(jìn)行氧化反應。
二是釋放出高能小分子,干擾微生物的酶系統,迅速導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物時(shí),例如較長(cháng)鏈的醛、胺類(lèi)有機物,促進(jìn)反應發(fā)生的是自由羥基。
三是復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)。我們應該根據不同的水質(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。