3.7　消毒

3.7.1　原理與功能

廢水消毒的主要方法是向廢水投加消毒劑。目前用于廢水消毒的消毒劑有液氯、臭氧、次氯酸鈉、紫外線等。

就化學(xué)法消毒而言，液氯、二氧化氯、氯胺及臭氧作為氧化消毒劑時，其消毒效率順序為O₃>ClO₂>Cl₂>NH₂Cl；消毒持久性順序為NH₂Cl>ClO₂>Cl₂>O₃；成本費用順序為O₃>ClO₂>NH₂Cl>Cl₂。在水處理過程中都會產(chǎn)生各自的副產(chǎn)物，因此對消毒劑的選擇應(yīng)該綜合考慮。

從消毒成本、使用方便性及安全性方面來說，氯消毒是較好的方法，但其主要問題是產(chǎn)生三鹵甲烷等“三致”有毒副產(chǎn)物；二氧化氯消毒所產(chǎn)生的副產(chǎn)物亞氯酸鹽等對人體的危害性較大；氯胺的殺菌效果較差，不宜單獨作為飲用水消毒劑使用，但若將其與其他消毒劑結(jié)合作用，既可以保證消毒效果，又可減少三鹵甲烷的產(chǎn)生，且可延長在配水管網(wǎng)中的作用時間，是可以考慮的一種消毒技術(shù)；臭氧消毒具有最強的消毒效果，并且不直接產(chǎn)生三鹵甲烷等“三致”副產(chǎn)物，能明顯改善水質(zhì)，是今后發(fā)展的方向。這四種消毒劑應(yīng)用于飲用水消毒和工業(yè)廢水回用消毒時各有所長，又都有一定的局限性，需要結(jié)合實際情況綜合考慮來選擇最適宜的消毒劑。

消毒方法大體上可分為兩類：物理方法和化學(xué)方法。物理方法主要有加熱、冷凍、輻照、紫外線和微波消毒等方法。化學(xué)方法是利用各種化學(xué)藥劑進(jìn)行消毒，常用的化學(xué)消毒劑有氯及其化合物、各種鹵素、臭氧、重金屬離子等。

氯價格便宜，消毒可靠又有成熟的經(jīng)驗，是應(yīng)用最廣的消毒劑。近年來，由于發(fā)現(xiàn)氯化消毒會產(chǎn)生有機氯化合物，水中病毒對氯化消毒有較大的抗性，因此，采用其他消毒方法引起很大重視。特別是在給水處理中，臭氧被認(rèn)為是可代替氯的有前途的消毒劑。紫外線適用于小水量、清潔水的消毒。重金屬常用于除藻及工業(yè)用水消毒。溴和碘及其制劑可用于游泳池水消毒以及軍隊野戰(zhàn)中的臨時用水消毒。加熱和輻照對污泥消毒較為合適。

此外，影響消毒效果的因素還有水溫、pH值、污（廢）水水質(zhì)及消毒劑與水的混合接觸方式等。一般說來，溫度越高時，同樣的消毒劑投加劑量下消毒效果會更好些。而廢水水質(zhì)越復(fù)雜對消毒效果的影響越大。特別是當(dāng)水中含有較高濃度的有機污染物時，這些有機物不僅能消耗消毒劑，并且還能在菌體細(xì)胞外壁形成保護(hù)膜或隱蔽細(xì)菌，阻止其與消毒劑接觸，因而造成消毒效果大大下降。廢水pH值的變化對采用加氯消毒的效果影響較大，使用中應(yīng)予以適當(dāng)?shù)目紤]。混合形式與接觸方法主要是對以傳質(zhì)控制的消毒過程有較大的影響，例如采用臭氧法消毒時，必須考慮選擇有效合理的接觸反應(yīng)設(shè)備或裝置。

3.7.2　技術(shù)與裝備

廢水經(jīng)二級處理后，水質(zhì)已經(jīng)改善，細(xì)菌含量也大幅減少，但細(xì)菌的絕對數(shù)量仍很可觀，并存在有病原菌的可能。因此，在排放水體前或回用前應(yīng)進(jìn)行消毒處理。消毒是殺滅廢水中病原微生物的工藝過程。廢水消毒應(yīng)連續(xù)運行，特別是在城市水源地的上游、旅游區(qū)，夏季或流行病流行季節(jié)，回用之前應(yīng)嚴(yán)格連續(xù)消毒。非上述情況，在經(jīng)過衛(wèi)生防疫部門的同意后，也可考慮采用間歇消毒或酌減消毒劑的投加量。

（1）消毒控制與規(guī)定

控制消毒效果最主要的因素是消毒劑的投加量和反應(yīng)接觸時間。對某種廢水進(jìn)行消毒處理時，加入較大劑量的消毒劑無疑將得到更好的消毒效果，但這樣也必然造成運行費用增加。因此，需要選擇確定一個適宜的投藥量，以達(dá)到既能滿足消毒滅菌的指標(biāo)要求，同時又保證較低的運行費用。在有條件的情況下，可以通過試驗的方法來確定消毒劑的投加量。但在大多數(shù)情況下，一般是根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)來確定消毒劑的投加量和反應(yīng)接觸時間。到工程投入運行后，還可以通過控制投藥量的增加或減少對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行實際修正。

廢水中病原微生物的含量比非病原微生物的含量少得多，而且做常規(guī)直接檢查病原微生物又較困難，所以要選擇有代表性的指示生物作為控制指標(biāo)。通常用大腸菌群數(shù)作為指標(biāo)。大腸菌群一般包括大腸埃希桿菌、產(chǎn)氣桿菌、枸櫞酸鹽桿菌和副大腸桿菌。大腸埃希桿菌有時也稱為普通大腸桿菌或大腸桿菌，它是人和溫血動物腸道中的寄生細(xì)菌。在人糞便中大腸菌群數(shù)量最多，又易于鑒別，其抗氯消毒性大于傷寒和痢疾桿菌，所以用它來作指示指標(biāo)是合適的。根據(jù)規(guī)定，我國相關(guān)測定標(biāo)準(zhǔn)如下。

①我國《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）規(guī)定，生活飲用水要求達(dá)到：大腸菌群數(shù)不得檢出。

②對于醫(yī)院污水，經(jīng)處理與消毒后要求應(yīng)達(dá)到下列標(biāo)準(zhǔn)：a.連續(xù)三次各取樣500mL進(jìn)行檢驗，不得檢出腸道致病菌和結(jié)核桿菌；b.總大腸菌群數(shù)不得大于500個/L。

③對于采用氯化法消毒的要求：

1）綜合醫(yī)院污水及含腸道致病菌污水，接觸時間不少于1h，總余氯量為4～5mg/L；

2）含結(jié)核桿菌污水，接觸時間不少于1.5h，總余氯量為6～8mg/L。

④根據(jù)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中所含的部分行業(yè)污染物最高允許排放濃度的規(guī)定，獸醫(yī)院及醫(yī)療機構(gòu)含病原體污水一級、二級、三級限值分別為500個/L、1000個/L、5000個/L，傳染病結(jié)核病醫(yī)院污水一級、二級、三級限值分別為100個/L、500個/L、1000個/L。

⑤《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084—2005）中規(guī)定：糞大腸桿菌群數(shù)≤4000個/100mL；蛔蟲卵數(shù)≤2個/L。

⑥《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ/T 48—1999）中規(guī)定：總大腸菌群不得超過3個/L；管網(wǎng)末端游離氯不得小于0.2mg/L。

⑦《鋼鐵工業(yè)廢水治理及回用工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 2019—2012）中規(guī)定：細(xì)菌總數(shù)不得超過1000個/L。

（2）消毒方法與設(shè)備

①加氯設(shè)備　加氯消毒是到目前為止使用最多的水處理消毒方法。這主要是由于工業(yè)產(chǎn)品瓶裝液氯來源可靠，加氯消毒的一次性設(shè)備投資和運行費用也都比較低，而消毒效果也比較穩(wěn)定，且有成熟的設(shè)計經(jīng)驗，所以在以往的工程中較多地被采用。但是氯氣是一種有毒氣體，因此在運輸和儲存中都必須謹(jǐn)慎小心，特別是在人口稠密的城市地區(qū)，絕對不允許發(fā)生意外泄漏事故。加氯間的設(shè)計要做到結(jié)構(gòu)堅固、防凍保溫和安裝排風(fēng)裝置，同時加氯間內(nèi)還要備有檢修工具和搶救設(shè)備。液氯瓶的運輸儲存和加氯間的設(shè)計還有其他許多方面的規(guī)定，設(shè)計與使用中必須按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求執(zhí)行。

目前國內(nèi)使用的加氯機種類較多。圖3-23為ZJ型轉(zhuǎn)子加氯機示意圖。來自氯瓶的氯氣首先進(jìn)入旋風(fēng)分離器，再通過彈簧膜閥和控制閥進(jìn)入轉(zhuǎn)子流量計和中轉(zhuǎn)玻璃罩，于是經(jīng)水射器與壓力水混合，溶解于水內(nèi)被輸送至加氯點。

圖3-23中各部分的作用如下。

1）旋風(fēng)分離器用于分離氯氣中可能有的一些懸浮雜質(zhì)。可定期打開分離器下部旋塞將雜質(zhì)予以排出。

2）彈簧膜閥的作用為：當(dāng)氯瓶中壓力小于98066.5kPa（1kgf/cm²）時，此閥即自動關(guān)閉，以滿足制造廠要求氯瓶內(nèi)氯氣應(yīng)有一定剩余壓力，不允許被抽吸成真空的安全要求。

3）控制閥及轉(zhuǎn)子流量計用于控制和測定加氯量。

4）中轉(zhuǎn)玻璃罩起著觀察加氯機工作情況的作用。此外，還起穩(wěn)定加氯量、防止壓力水倒流和當(dāng)水源中斷時，破壞罩內(nèi)真空的作用。

5）平衡水箱可補充和穩(wěn)定中轉(zhuǎn)玻璃罩內(nèi)的水量，當(dāng)水流中斷時使中轉(zhuǎn)玻璃罩破壞真空。

6）水射器除從中轉(zhuǎn)玻璃罩內(nèi)抽吸所需的氯，并使之與水混合、溶解于水（進(jìn)行投加）外，還起使玻璃罩內(nèi)保持負(fù)壓狀態(tài)的作用。

②臭氧消毒處理設(shè)備　臭氧消毒一般適用于對出水水質(zhì)要求較高的消毒處理工藝。臭氧消毒工藝之前一般需經(jīng)過二級處理及沉淀過濾。例如在一些回用于生產(chǎn)的處理出水的消毒、游泳池循環(huán)水的處理及醫(yī)院污水處理等工程中，臭氧消毒經(jīng)常成為優(yōu)先考慮的工藝。對于工業(yè)水回用處理來說，臭氧處理不僅能夠消毒，同時還能達(dá)到脫色和進(jìn)一步氧化去除有機物的效果。

臭氧用于廢水消毒處理時的接觸裝置，目前多采用微孔鈦板布?xì)獾臍馀莘磻?yīng)塔，接觸時間一般為20～30min。另外也有采用機械式渦輪注入器或固定混合器的。使用渦輪注入器的接觸時間一般為10～12min。

③次氯酸鈉發(fā)生器　在一些處理水量較小的工程中，有時可以采用投加漂白粉（次氯酸鈣）或漂白精（次氯酸鈣）的方法。目前還有利用漂白精生產(chǎn)的片劑產(chǎn)品用于小型醫(yī)院污水的消毒處理，特點是簡便易行；但人工操作強度較大，消毒效果不易保持穩(wěn)定。而采用次氯酸鈉發(fā)生器可以達(dá)到設(shè)備化連續(xù)運行，同時也能實現(xiàn)自動計量投配，因而使處理效果穩(wěn)定。其缺點是藥耗、電耗造成的運行成本偏高及設(shè)備易被腐蝕。國產(chǎn)次氯酸鈉發(fā)生器的一般性能見表3-13。圖3-24為次氯酸鈉法處理醫(yī)院污水流程示意。

④二氧化氯發(fā)生器　二氧化氯消毒也是氯消毒法中的一種，但它又與通常的氯消毒法有不同之處：二氧化氯一般只起氧化作用，不起氯化作用，因此，它與水中雜質(zhì)形成的三氯甲烷等要比氯消毒少得多。二氧化氯也不與氨起作用，在pH=6～10范圍內(nèi)的殺菌效率幾乎不受pH值的影響。二氧化氯的消毒能力次于臭氧而高于氯。與臭氧相比，其優(yōu)越之處在于它有剩余消毒效果，但無氯臭味。通常條件下二氧化氯也不能儲存，一般只能現(xiàn)場制作現(xiàn)場使用。近年來二氧化氯消毒在水處理工程領(lǐng)域有所發(fā)展，國內(nèi)也有了一些定型設(shè)備產(chǎn)品可供工程設(shè)計選用。表3-14列出了國產(chǎn)二氧化氯發(fā)生器的一般性能。

3.7.3　技術(shù)參數(shù)與應(yīng)用

①常用消毒劑的應(yīng)用與優(yōu)缺點比較見表3-15。

②幾種消毒方法的比較見表3-16。

③幾種常用氧化劑的氧化還原電位見表3-17，幾種常用消毒劑的CT值（C為消毒劑在水中的濃度，mg/L；T為接觸時間，min）見表3-18。

④ZJ-1、ZJ-2型轉(zhuǎn)子加氯機規(guī)格與性能見表3-19。

⑤臭氧發(fā)生器型號及特性見表3-20。