水污染控制工程消毒

第七章 消毒,1,本章内容,概述消毒原理机理，影响因素(哲克定律)氯消毒法其它消毒方法氨氯,二氧化氯,臭氧,紫外线,2,3,第一节、概述,我国生活饮用水源水质标准（CJ3020-93）,4,一级水源水：水质良好。地下水只需消毒处理，地表水经简易净化处理(如过滤)、消毒后即可供生活饮用者。二级水源水：水质受轻度污染。经常规净化处理(如絮凝、沉淀、过滤、消毒等)，其水质即可达到GB5749 规定，可供生活饮用者。水质浓度超过二级标准限值的水源水，不宜作为生活饮用水的水源。若限于条件需加以利用时，应采用相应的净化工艺进行处理。,5,水传疾病病原体,6,生活饮用水水质常规检验项目及限值(2001),7,消毒(disinfection)：消除水中的致病微生物(病毒、细菌、真菌、原生动物、肠道寄生虫)杀菌(sterilization) ：消灭所有活的生物,8,消毒方法,9,几种消毒方法比较,10,选择消毒剂的标准,11,第二节、消毒原理,消毒机理影响消毒效率的因素,12,一、消毒机理,对细胞壁的破坏：导致细胞的溶解及死亡，（e.g. 青霉素）；改变细胞的渗透性：使细胞失去生活营养素如N、P等（e.g.酚类化合物及洗涤剂）；改变原生质的胶体性质：热-使细胞蛋白质混凝酸/碱-使蛋白质变性，产生致死效应 改变有机体的 DNA或RNA: UV照射能在微生物中形成双键，并破坏某些DNA的约束。双键的形成破坏复制过程，从而使生物体不再能繁殖，以致灭活。 抑制酶的活性: 改变酶的化学排列，中断细胞的代谢过程 （e.g. 氯）。,13,致病微生物的种类及存在状态温度：温度越高消毒效果越好相对湿度：对气体消毒影响十分明显，湿度过高或过低都会影响消毒效果。ClO2: 相对湿度50 70%pH：影响消毒剂的活性有机物质：抑制消毒剂的杀菌能力拮抗物质：中和与干扰消毒剂的作用消毒剂的浓度和接触时间,二、影响消毒效率的因素,14,理想条件下，微生物被消灭的速率符合一级反应动力学：,N: 经时间t后存活的微生物量 t: 消毒时间k: 杀灭速率常数，即哲克常数 与微生物种类、温度、pH、消毒剂种类及浓度有关 水温在0 6C时，用氯做消毒剂，k: 0.24 6.3,接触时间 vs. 消毒效率：,15,接触时间 vs. 消毒效率(cond),积分上式，并假设t=0时微生物量为N0:,16,例题,用次溴酸钠做消毒剂杀灭小儿麻痹症病毒，N/N0与消毒关系如下：计算哲克常数以及把病毒降低到原来1/10,000所需要的时间.,17,Plot the -ln(N/No) against time 从模拟直线得到斜率(k = 0.634/s). 计算所需时间:,18,k：比反应速率常数; n: 稀释系数,n=1： 浓度和时间都同等影响;n1： 浓度影响大; n1： 时间影响大,C.t = 100 mg/L-minutes： C = 1 mg/L： t = 100 min. C = 10 mg/L: t = 10 min C = 100 mg/L: t = 1 min,Chick-Watson Law:,在一般情况下，可以视n=1, Ct 值作为消毒剂消毒能力的判断指标。,19,C: 消毒剂浓度； tr: 杀灭一定百分数微生物所需的时间n: 稀释系数，与消毒种类、温度、pH有关,消毒剂浓度 vs. 消毒效率：,20,T1: 288 K (15C)T2: 298 K (25C) T1 t2,21,第三节、氯消毒法,氯的消毒原理投氯量氯消毒工艺,22,一、氯的消毒原理：,Cl2, 漂白粉（Ca(ClO)2）,23,氯的消毒机理：,HClO和OCl-都有氧化能力;细菌带负电；主要是通过HOCl的作用来消毒:中性的HClO分子扩散到细菌表面，穿透细胞壁到细菌内部，借助氯原子的氧化作用破坏菌体内的酶，从而使细菌死亡。,24,水中有氨时：,PH9：一氯氨 PH=7：一氯氨 + 二氯氨 PH6.5：二氯氨 PH4.5：三氯氨,可以认为仍然依靠HClO起消毒作用。,25,需氯量：杀灭细菌已达到指定的消毒指标及氧化有机物等所消耗的氯余氯量：抑制水中残留致病菌的再度繁殖所需要的氯。,出厂水接触30分后余氯不低于0.3mg/L；在管网末梢不应低于0.05mg/L。,二、投氯量,游离性氯/自由性氯：HClO ，ClO-，Cl2化合性氯：NH2Cl, NHCl2, NCl3,26,水中无氨氮时加氯量与余氯关系：,水中无任何微生物、有机物等: 加氯量余氯;水中有机物较少,不含游离氨和含氮有机物需氯量满足以后就是余氯,O,M,27,OA：水中杂质消耗氯需氯量；AH：氯与氨反应，有化合性氯的余氯存在，有一定消毒效果；H：峰点, 主要是化合性余氯;HB：化合性余氯；加的氯与氯氨反应，余氯减少;B：折点，此后增加的是自由性余氯。BC：自由性余氯。,游离氨0.5mg/L：加氯量控制在峰点前,水中有氨：,28,氯消毒副产物 (DBPs)：,氯与水中有机物反应可产生许多致癌或有毒副产物，如三卤甲烷和卤乙酸等。,29,30,31,新型含氮消毒副产物,32,液氯消毒的工艺流程,三、液氯消毒工艺,33,工艺参数,投氯量：城市污水沉淀后出水：6 24 mg/L二级生化处理出水： 3 9 mg/L二级生化 + 过滤处理出水：1 5 mg/L氯与废水接触时间：混合池：5 15 s接触池： 30 min余氯量：不小于0.5 mg/L,34,一般为钢瓶使用时要严防进水氯库要通风、防火加氯间和氯库位置除了靠近投氯点外，还应位于主导风向下游，且需与经常有人值班的车间隔开。需设置一系列的安全报警、事故处理等措施。,Cl2瓶,35,加氯机,1. 旋风分离器：分离氯气中可能有的悬浮杂质2. 弹簧膜阀：保证氯瓶内有一定剩余压力3&4. 控制阀和转子流量计：控制和测定加氯量5. 中转玻璃罩：观察加氯机工作情况，稳定加氯量、防止压力水倒流6. 平衡水箱：补充和稳定中转玻璃罩内的水量7. 水射器：抽取中转玻璃罩内的氯，使之与水混合溶解于水,36,接触池,37,第四节、其它消毒方法,氨氯消毒二氧化氯(ClO2)消毒臭氧(O3)消毒紫外线(UV)消毒银离子杀菌,38,一、氯氨消毒,投加方法可投加液氨、硫酸氨或氯化氨；一般氯：氨3：16：1，视水质不同而有所不同；采用氯氨消毒时，一般先加氨，再加氯。优点：水中含有机物和酚时，氯氨消毒不会产生氯臭和氯酚臭，大大减少了THMs的产生能水中余氯保持较久。缺点：作用缓慢，杀菌能力比自由氯弱，单独使用的情况较少。,39,二、二氧化氯(ClO2)消毒,物理性质常温常压下是黄绿色气体； 具刺激性气味(与氯相似)；易爆炸；必须以水溶液形式现场制取，即时使用易溶于水，溶解度约为氯的5倍。,40,2. ClO2制备方法,亚氯酸钠和氯制取：Cl2 + H2O HOCl + HClHOCl + HCl +2NaClO2 2 ClO2 + 2NaCl +H2OCl2 + 2NaClO2 2ClO2 + 2NaCl酸与亚氯酸钠制取:5NaClO2 + 4HCl 4 ClO2 + 5NaCl + 2H2O,41,ClO2制备装置,42,43,ClO2消毒优缺点,优点：具有广谱、高效的杀菌能力，其有效氯是Cl2的2.63倍，杀菌效果是Cl2的5倍。基本不受PH值影响，在碱性处理方案中使用ClO2杀菌更具优势。另外ClO2不与氨及氨基化合物反应，能保持杀生能力，这一特点使ClO2非常适用于合成氨厂和炼油厂等冷却水处理。ClO2不仅能杀死微生物，且能分解残留细胞结构，有效控制细菌、藻类和粘泥，具剥泥效果，提高换热效能。ClO2杀菌效果持续时间长，长期使用不会对微生物产生抗药性。缺点： ClO2本身和副产物ClO2对人体血红细胞有损害，有报道认为还对人的神经系统及生殖系统有损害。EPA: ClO2 + ClO2 1.0 mg/LNaClO2价格昂贵。,44,O3 + OH- O2 + HO2 O3 + O2 O3 + O2 O3 + H+ HO3 OH + O2,三、臭氧 (O3)消毒,O3物理性质常温常压下是淡蓝色具强烈刺激性气味的气体；密度是空气的1.7倍。易溶于水，在空气中或水中均易分解消失。,45,46,47,一般认为，臭氧的消毒作用仍然是氧化作用,The mechanisms of disinfection using ozone include: Direct oxidation/destruction of the cell wall with leakage of cellular constituents outside of the cell. Reactions with radical by-products of ozone decomposition. Damage to the constituents of the nucleic acids (purines and pyrimidines),48,国内外公认的臭氧灭菌消毒的实验数据,49,50,O3制备：,51,52,Ozone: advantages and disadvantages,AdvantagesHighly effective against all type of microbesDisadvantagesUnstable (must be produced on-site)High toxicityHigh chemical hazardsHighly sensitive to inorganic and organic loadsFormation of harmful disinfection by-products (DBPs)Highly complicated maintenance and operationVery expensive,53,波长在240-260nm的紫外线为最有效的杀菌波段(处于微生物吸收峰范围之内) , 最强点: 253.7nm;细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其它病原体受到一定剂量的紫外光辐射后，其细胞中的DNA结构受到破坏，达到消毒和净化的目的。,四、紫外线 (UV)消毒,54,封闭式UV消毒器,55,敞开式UV消毒,敞开式UV消毒器构造图,污水厂消毒工艺改造俯视图,56,UV disinfection: advantages and disadvantages,AdvantagesVery effective against b