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生活饮用水消毒技术的应用及研究进展

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生活饮用水消毒技术的应用及研究进展

摘 要:饮用水安全一直是人们关注的热点。近些年来,随着工业的快速发展及农药化肥的大量使用,微生物的抗药性越来越强,加上传统的消毒技术存在不足,故我们亟需研究新的饮用水消毒技术。本文主要介绍了目前常见的几种化学、物理及组合生活饮用水消毒技术,并分析了它们的优缺点。通过对比发现,组合消毒技术的消毒效果最佳,有广阔的发展前景。
关键词:饮用水;消毒技术;联合消毒
1、化学消毒法
1)氯气消毒
作为饮用水消毒最常用的技术,氯气消毒的原理是它溶于水后会生成次氯酸,次氯酸分解的新生态氧会氧化细胞中的部分巯基,使细菌死亡。由于氯消毒对隐孢子虫和贾地鞭毛虫这“两虫”的灭活效果不佳,并且会生成不利人体健康的消毒副产物,故研究者们开始研究新的消毒剂,如氯胺等。但目前为止,氯气消毒仍是饮用水最常用的消毒技术。
2)氯胺消毒
氯胺是由氯与氨发生反应生成的,形成了一氯胺、二氯胺及三氯胺。实验证明氯胺消毒时生成的消毒副产物大概比氯气消毒少一半,且在管网中能持续较长时间,从而抑制了残余细菌的繁殖。目前,我国已经有部分水厂开始采用该技术,但由于国外的部分时间证明它可能会影响动物的遗传基因,这很大程度上影响了该技术的推广。
3)二氧化氯消毒
二氧化氯有极强的氧化性,能直接穿透微生物的细胞壁,使蛋白质变性从而灭活微生物,研究发现,二氧化氯具有广谱性,能灭活各种细菌、藻类、真菌、“两虫”、病毒等,且低浓度的二氧化氯就能达到较高浓度氯气才能实现的灭活效果。但由于二氧化氯不稳定,有爆炸的可能,故二氧化氯的存储及运输是个难点。且相对氯气而言,二氧化氯成本较高,目前还没有低投资的二氧化氯制作方法。研究发现,二氧化氯也会产生消毒副产物,危害人体健康。我国目前有部分中小水厂开始应用该技术处理饮用水。
4)臭氧消毒
臭氧的氧化性是氯气的 27 倍之高,能有效灭活各种生物及有机物,还可以有除臭脱色的功效,且不会生成常见的消毒副产物。研究发现,臭氧在温度低时的消毒效果更佳。但臭氧也存在不足,首先,其成本较高且制备难度高,目前仍无简单实用的测定方法;其次,臭氧在水中分解速度快,难以保证管网末梢的余臭氧量,可能会造成细菌再生,且目前水厂几乎都是明渠,不适合臭氧的低压流程,造成很大的经济损失。最后,臭氧会与溴离子生成一系列致癌物,故若水中含有溴离子,则不适合使用臭氧消毒。
2、物理消毒法
1)TiO2 光催化氧化消毒
该消毒技术主要利用强氧化性的活性自由基能将各种有机物氧化成二氧化碳和水,且具有极强的消毒功能。其中 TiO2 起到催化的作用,其不溶于水,无毒,且不会污染水体。且该消毒技术的 TiO2 制备方便、反应设备简便,可以灭活各种微生物及有机物,且有持续消毒的能力,故目前已成为消毒研究者的新研究热点,且在越来越多的应用水消毒领域得到应用。
2)超声消毒
作为新型的消毒技术,已有关于超声消毒对浮游生物等的研究。研究发现,高频率超声只是使菌胶团被打散,但灭活细菌的效果不佳,而低频率超声可以高效灭活细菌。但若只使用超声消毒,会出现能耗过高的问题。故目前,通常将超声消毒与其它消毒技术联用,起到事半功倍的效果。
3)膜消毒
膜消毒是 20 世纪 60 年代出现并快速发展的一种新型消毒技术。它是一门机械筛分技术,利用的是两相间浓度、压力及电位之间的不同。该技术占地小、操作简单、不用投药且可自动化。由于膜孔径不同,可分为反渗透膜、纳滤膜、超滤膜及微滤膜。微滤膜的膜孔径在
0.05~10μm,可以对细菌及微粒有很好的分离消毒,但不可以分离病毒等,总的而言,反渗透膜的消毒效果最好,纳滤膜次之,微滤膜最差。
4)紫外线消毒
紫外线消毒的原理是紫外线的光量子能破坏微生物的核酸结构,使微生物散失繁殖和复制的能力,从而灭活微生物。目前,它已经是消毒中普遍使用的一种技术,具有不生成消毒副产物、经济高效、无化学添加等优点。目前,在饮用水消毒的实际应用中,紫外消毒采用灯管浸没的方式,这就存在一个问题,难以更换紫外灯管。新出现的光纤传导紫外光消毒技术解决了这个难题。且紫外消毒的水质最好经过过滤预处理,因为悬浮颗粒物会极大影响紫外光的穿透性,进而影响它的消毒效果。
3、组合消毒法
通过上述介绍可知,每种消毒技术都存在一定的不足,若将消毒技术进行组合使用,扬长避短,可起到更好的消毒效果。如“紫外+ 超声 + 氯”联合消毒技术。紫外消毒与氯消毒在灭活微生物的特性方面正好相反。紫外线可以很好的灭活细菌及原生动物,而氯消毒可以灭活细菌与病毒,却不能灭活“两虫”。两者组合使用,可以有效灭活细菌、病毒及原生动物,达到很好的消毒效果。加上超声波能将较大的菌胶团及悬浮颗粒打碎,使紫外线与微生物等的接触面积更大,在极短的时间里提高灭活效果,且能耗也没有增加。实际工程中,我们先用超声及紫外消毒技术对饮用水进行预处理,达到很好的预处理消毒效果后,再加入少量氯消毒剂就可以防治微生物的复活,同时减少氯消毒副产物的生成。因此,组合消毒发挥彼此优势的同时,还没有增加成本,有的甚至是减少成本,且减少消毒副产物的出现,非常有实用价值,应该大力推广。
除了以上介绍的消毒技术,还有很多消毒技术正处于研究阶段,如水力空化法、磁化法、微电解法及高级氧化技术,等等,这里就不一一阐述了。
4、结论
微生物耐药性的增强及人们对水质要求的增高,使饮水水消毒技术的研究越来越深入。本文将消毒技术分为化学消毒、物理消毒及组合消毒。化学消毒主要介绍了氯消毒、氯胺消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒;物理消毒主要介绍了 TiO2 光催化氧化消毒、超声消毒、膜消毒及紫外消毒;组合消毒主要介绍了“紫外 + 超声 + 氯”消毒。通过对比它们的优缺点,发现组合消毒可以扬长避短,发挥各个消毒剂的最大优势,且避免出现它们单独使用时的不足。故我们应该大力推广联合消毒技术。到目前为止,消毒技术中还有很多难点我们尚未攻克,新的消毒技术也还在不断出现。未来希望通过更多研究者的努力研发出更多更高效的消毒技术,保卫我们的饮用水水质安全。
参考文献
[1]闫循智.二氧化氯在饮用水消毒中的应用 [J]. 山东教育学院学报,2002,(2):82-83.
[2]邓秋农,沈光辉,袁仁涛,等. 臭氧技术的现状及发展趋势[J]. 净水技术,2001,20(3):7-10.

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