消毒及消毒副产物

1、消毒1848年霍乱造成了一万四千多名伦敦市民死亡，1853年霍乱再次暴发，当初伦敦地下排水系统总工程师John Snow认识到了霍乱是经过饮用水传输。于是就有了对饮用水消毒处理。概述1第1页定义：消毒是将水体中病原微生物(pathogenic organisms)灭活，使之数量或者浓度降低到不能再引发人发病程度。对象：病菌(bacteria)、原生动物胞囊（protozoan oocysts and cysts）、病毒（viruses）（如传染性肝炎病毒、脑膜炎病毒）等。几个常见病毒：一、消毒概述HIV H7N92第2页消毒与灭菌不一样：灭菌不但要求去除致病微生物，还要求将全部微生物全部杀灭或

2、去除掉，消毒只要求场所与物品到达无害化水平。评价指标：3第3页1854年伦敦出现霍乱（cholera），John Snow发觉霍乱经过受污染饮用水来传输。1881年 Koch 发觉氯能够杀死细菌。19 比利时Middleheike市首次在公共水处理中采取氯消毒。19美国芝加哥水厂用氯酸钙进行消毒。19提出了折点加氯方法。1978年TONELLI和HO对紫外线进行了评定，研究表明低剂量紫外线对二级处理排放污水消毒是有效杀毒剂，不会产生有害副产物。二、消毒简史4第4页1、化学药剂（氧化剂等）明矾，次氯酸，二氧化氯，漂白粉等。2、物理法（a加热法、b机械法、c辐射法）3. 生物法三、消毒方法5第5页

3、(1)经过攻击病原体细胞，主要外部组成部分如细胞壁、细胞膜等而破坏或消弱其结构组织； (2)经过破坏病原体酶系统而破坏其正常新陈代谢活动；四、消毒机理6第6页(3)经过破坏病原体蛋白质、核酸、辅酶等物质合成而干扰其正常生物合成，阻止其正常生长发育。 对于不一样消毒剂和不一样微生物类型，可能是其中一个或者几个机理共同作用。7第7页在1850年由英国John Snow 首先将氯消毒剂用于供水消毒上，当初有效低预防了霍乱蔓延。氯消毒办法在英国伦敦成功后，19美国新泽西州泽西岛市率先对自来水进行了氯化消毒，随即在国际上许多城市纷纷采取了该项技术。 到了20世纪初，氯化法就广泛应用于消毒工艺。 氯消毒是

4、国内外最主要消毒技术，美国自来水厂中约有94.5%采取氯消毒。中国据预计99.5%以上自来水厂采取氯消毒。氯消毒一、氯消毒概述8第8页液氯消毒成本低；氯消毒含有连续消毒能力，消毒效果良好；氯消毒历史较长，经验较多，是一个比较成熟消毒方法。但同时氯消毒存在消毒副产物问题，使用液氯消毒后往往会产生卤化有机物等消毒副产物，可能会对人体产生危害。9第9页氯易溶于水中，在清水中，发生以下反应： Cl2 + H2O HOCl + H+ + Cl- HOCl H+ + OCl-HOCl和OCl-都有氧化能力，但细菌O是带负电，所以普通认为主要是经过HOCl作用来消毒。二、氯消毒原理10第10页滤后加氯 ；滤

5、前加氯 ；管网中途加氯1. 加氯设备加氯机：转子加氯机三、氯消毒应用11第11页2.加氯工艺12第12页1. 漂白粉 13四、与氯相关消毒方法第13页2、NaClO消毒 次氯酸钠是一个广谱高效消毒药，可广泛应用于人畜医疗卫生防疫。如饮用水消毒、疗源地消毒、污水处理、畜禽养殖场消毒。 NaClO消毒设备14第14页原理：NaClO + H2O HClO+NaOH次氯酸钠发生器食盐电解：NaCl+H2ONaClO+H2主要是以产生出次氯酸，然后释放出新生态氧O方式。优缺点：次氯酸消毒含有余氯连续消毒作用；操作简单；比投量液氯安全和方便；使用成本即使比漂白粉高，不过比液氯低。 不能贮存，须现场制备；

6、当前设备小，产气量小，使用受限；消耗电能及食盐，适合用于小型工厂或网管中途加氯。15第15页3、氯胺消毒（NH2Cl，NHCl2，NCl3） 指是氯和氨反应生成一氯胺和二氯胺以完成氧化和消毒方法。氯胺作为饮用水消毒剂，19首次在加拿大渥太华应用。最初加入氨和氯形成氯胺用于对水中嗅和味控制，在二十世纪二十到三十年代得到广泛使用。原理：当水中存在氨氮时，加入水中氯会与水中氨氮发生以下反应 NH4+HClONH2Cl+H2O+H+ NH2Cl+HClONHCl2+H2O NHCl2+HClONCl3+H2O16第16页氯胺消毒优缺点:因氯胺与水中腐殖物质作用较小，所以降低了腐殖物质与游离氯所形成致癌

7、物质(如三卤甲烷)；在管网中氯胺形成余氯连续时间长，因而能有效地抑制残余细菌再繁殖； 防止了氯引发臭味。17第17页4、二氧化氯消毒（ ClO2 ）指是将二氧化氯投加水中以完成氧化和消毒方法。ClO2在常温下是一个黄绿色气体，含有刺激性。溶解度是氯5倍。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。 原理：中性条件中6ClO2 + 3H2O = 5HClO3 + HCl 碱性环境中 2ClO2 + OH- = ClO3- + ClO2- + H2O 二氧化氯消毒发生器18第18页制取方法： 亚氯酸钠和氯制取： Cl2 + H2O HClO + HCl HClO + HCl

8、+2NaClO2 2ClO2 + 2NaCl +H2O用酸与亚氯酸钠制取: 5NaClO2 + 4HCl 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O优缺点：ClO2对细菌细胞含有较强吸附和穿透能力，灭活能力强。甚至本身氧化能力能去除THMs前驱体。ClO2消毒能力比氯强。ClO2余量能在管网中保持很长时间。 ClO2本身和副产物ClO2对人体血红细胞有损害。ClO2制备成本高且需要现场制备，制备过程也比较复杂。 19第19页 1893年，在荷兰奥茨胡恩建立了世界上第一家使用臭氧进行饮用水处理工厂，但其后近1时间内因为各种原因，应用不是很普遍。 自从世界卫生组织确认经氯化消毒饮用水存在致癌性THM

9、s后，臭氧便作为最安全可靠饮用水消毒方法在世界各地快速发展起来。 近年来臭氧消毒技术应用日益广泛，但同时臭氧化副作用也开始引发人们关注。臭氧消毒一、臭氧消毒概述20第20页臭氧极其不稳定，分解时会释放出新生态氧 O3 O2+O新生态氧含有极强氧化能力，对含有顽强抵抗力微生物，会破坏细菌有机链状结构造成细菌死亡。二、臭氧消毒机理21第21页O3灭菌有以下3种形式：1.臭氧能氧化分解细菌内部葡萄糖所需酶，使细菌灭活死亡。2.直接与细菌、病毒作用，破坏它们细胞器和DNA、RNA，使细菌新陈代谢受到破坏，造成细菌死亡。3.透过细胞膜组织，侵入细胞内，作用于外膜脂蛋白和内部脂多糖，使细菌发生通透性畸变而

10、溶解死亡。22第22页三、技术及应用方法 臭氧消毒示意图23第23页臭氧灭菌为溶菌级方法，杀菌彻底，无残留，杀菌广谱；O3对霉菌也有极强杀灭作用。且O3是一个无污染消毒剂；O3为气体，能快速弥漫到整个灭菌空间，灭菌无死角。投资大，费用较氯化消毒高；消毒后对管道有腐蚀作用；同时水中大分子物质变成份子较小中间产物，可能有毒性。四、优缺点24第24页臭氧消毒在饮用水中应用越来越广泛，比如臭氧-陶粒联用去除水中微污染有机物、臭氧化-生物活性炭技术联用等。臭氧化-生物活性炭深度处理五、技术发展与展望25第25页O3+UV法是催化氧化法26O3+UV联合工艺第26页臭氧消毒技术产业属于新兴朝阳产业，应用范

11、围极广，产品开发潜力大，国际上臭氧技术生产企业仍处于百家争鸣，没有品牌，没有大企业垄断，国内臭氧技术与国外存在差距，但赶超国际水平技术难度并不高，国内现在是臭氧技术发展大好时机。27第27页 大约在1个多世纪以前，人们就开始了对紫外线消毒机理和应用研究。早在1877年，Down和Blunt第一次报道了关于太阳光辐射能够杀灭培养基中细菌特征，这也揭开了人们对紫外线消毒研究和应用序幕。紫外线消毒一、紫外线消毒概述28第28页 紫外线是一个波长范围为 136-390 nm不可见光线，在波长为 240-280 nm时含有杀菌作用，尤以波长 253.7 nm处杀菌能力最强。 依据生物效应不一样，将紫外线

12、按照波长划分为四个部分：A波段(UVA)；B波段(UVB)；C波段(UVC)；D波段(UVD)。水消毒主要采取是C波段紫外线。二、紫外线消毒原理29第29页UV 消毒器按水流边界不一样分为敞开式和封闭式。 1）敞开式系统在敞开式UV消毒器中被消毒水在重力作用下流经UV消毒器并杀灭水中微生物。敞开式系统又可分为浸没式和水面式两种。浸没式又称为水中照射法，其经典结构如图1所表示三、消毒器结构形式30第30页2）封闭式系统封闭式 UV 消毒器属承压型，用金属筒体和带石英套管紫外线灯把被消毒水封闭起来，结构形式如图 2所表示。31第31页低压低强度紫外线灯通常汞氩灯发出为UVC区域紫外线，低压低强度紫

13、外线灯长度为0.751.5 m，横断面直径为1520 mm。低压高强灯低压高强灯90%以上紫外能输出在253.7 nm波段，单根紫外灯最大输出功率普通在100 W左右中压高强灯中压灯紫外能输出在消毒200 nm300 nm波段多频谱输出，单根紫外灯输出功率在420 W以上。四、不一样类型紫外线灯32第32页优缺点：杀菌效率高，操作简单；不产生有毒有害副产物占地面积小，停留时间短。无连续杀菌能力，紫外灯管轻易结垢，影响紫 外光透出和杀菌效果；一些细菌被紫外照射失活病毒细菌可经过光协作可修复复活。五、优缺点33第33页紫外线消毒技术在过去几十年已经发展相当成熟，而今正由主流水处理企业进行着标准化使

14、用和推广。经过多年发展，该技术已经成为成熟可靠高效环境保护消毒技术，在国外各个领域得到了广泛利用。在我国因为对其技术了解有一定不足，在污水处理中应用不多。进入 21 世纪后，伴随对污水尾水消毒日益重视和运行经验积累，紫外线消毒技术将得到推广，预计今后有条件污水处理厂中 50将会采取紫外线消毒，并成为取代传统化学消毒方法主流技术六、技术发展与应用前景34第34页6.5 消毒副产物1974年Rook在饮用水中发觉了三氯甲烷后，其它研究人员也相继在饮用水中检测出三氯甲烷以及其它大量有机卤代物。水体中有机物成份非常复杂，尤其是存在各种化学污染物。在对水消毒过程中，会产生消毒副产物。35第35页36一、

15、氯消毒副产物（THMs、HANs、HAAS、MX等） 氯消毒副产物产生简明示意图第36页二氧化氯消毒也会产生少许消毒副产物，如亚氯酸盐、氯酸盐等。有研究表明，过量ClO2、ClO2和ClO3对人体健康有着潜在影响，可能会引发贫血症，影响婴儿神经系统二、二氧化氯消毒副产物ClO2,ClO337 二氧化氯消毒副产物形成第37页研究者采取氯胺消毒，对生成消毒副产物进行分析检测，检测出了消毒副产物三卤甲烷(THMs)、卤乙腈（HANs）、卤代酮（HKs）、三氯乙醛（CH）和三氯硝基甲烷（TCNM）。三、氯胺消毒副产物（THMs、HANs、HKs、CH、TCNM）38第38页水中有溴离子存在时，溴离子与

16、臭氧反应以下： BrO3O2+BrO- H+BrO- HBrO BrO +2O3 2O2+BrO3四、臭氧消毒副产物（BrO3-， THMs等）39第39页新型含氮副产物卤代硝基甲烷（HNMs），三氯硝基甲烷（TCNM），卤乙酸（HAAS）因为其高毒性和在水中被频繁检出，已经引发了全世界关注。当前在国内外自来水厂中均已经检出HNMs。五、氮类消毒副产物（THM，HNMs，TCNM，HAAS）40第40页人们很早就认识到自然界中一些生物能够对一些有害生物起到抑制或者杀灭作用，而又不对环境产生任何连续性破坏作用，并受到这些生物特殊功效启发，发展利用了这些生物及其代谢产物进行消毒灭菌生物消毒法。6.

17、6消毒新技术进展41一、生物消毒第41页研究发觉在紫外线照射下ZnS、CdS等金属硫化物或这TiO2、ZrO2、ZnO等金属氧化物能够发生光催化反应，产生能够灭活微生物和降解有机污染物强氧化性物质。42二、光催化消毒第42页静电水处理技术属于物理法处理过程，与化学法处理成不一样，不是靠改变水中离子成份到达水处理目标，而是经过高压或者低压静电场作用，而是经过改变水分子结构或改变水分子电子结构从而到达水处理目标。43三、电场消毒第43页超声波对污水进行消毒研究刚才起步，各种原因对消毒效果影响还不太清楚，其消毒机理还尚待深入研究。已经有资料看，高频率超声主要作用在于菌胶团解聚，而对于细菌灭活效用不大

18、，低频超声波才含有真正消毒效果，但单纯超声波消毒存在能耗较高问题，普通和UV技术联用。44四、超声波消毒第44页生活中消毒？45第45页漂白粉是什么？46第46页漂白粉 漂白粉是氢氧化钙、氯化钙，次氯酸钙混合物，其主要成份是次氯酸钙Ca(ClO) ，有效氯含量为30%-38%。漂白粉为白色或灰白色粉末或颗粒，有显著氯臭味，很不稳定，吸湿性强，易受光、热、水和乙醇等作用而分解。漂白粉溶解于水，其水溶液能够使石蕊试纸变蓝，随即逐步褪色而变白。遇空气中二氧化碳可游离出次氯酸，遇稀盐酸则产生大量氯气。47第47页漂白粉质量是按它“有效氯”以及它能在长时期保持有效氯能力来决定。有效氯是依据它同盐酸作用时产生氯气量来计算。反应化学方程式是：Ca(ClO)+4HCl=2Cl+CaCl+2HOCl2+2HI=2HCl+I2NaSO+I=NaSO6+2NaI反应生成碘用硫代硫酸钠（Na