生活饮用水消毒技术的应用及研究进展

生活饮用水消毒技术的应用及研究进展

舒建萍

昌吉高新技术产业开发区市政公用事业管理中心新疆昌吉831100

摘要：随着人们对健康的重视程度越来越高,饮用水的质量成为人们生活中关注的重要部分。文章综述了饮用水消毒技术的发展过程及分析了各种消毒技术的利弊,通过对比这些消毒工艺的利与弊,得出了联合消毒技术不仅能够节约能耗,还可以保证很好的消毒效果,具有极大的推广价值。

关键词：生活用水；消毒技术；应用进展

1导言

清洁饮用水是人类生活的一个根本要求,可是随着人类人口不断大量的增长,人类对水资源的需求量也开始不断扩增,导致生活饮用水日益短缺这个问题渐渐变得十分严峻起来。采用安全、高效的饮用水消毒方法是维护人类健康的根本前提。未来生活饮用水消毒技术的发展既要保证对饮用水的消毒效果,也应该最大化减少化学药剂的使用与投放,最大程度使得有害消毒副产物的产生得到减少。传统的饮用水消毒是氯消毒,始于19世纪初。它可以十分有效地杀灭水体中病原微生物,能够使人们感染伤寒、霍乱等水传播疾病的概率最大程度降低。可是从20世纪70年代起,由于氯消毒过程中产生的三卤甲烷(THMS)消毒副产物不断被检出,THMS有致癌作用,对人体的健康影响非常大,因此氯消毒的安全J性受到了质疑。同时氯消毒对隐抱子虫、贾第鞭毛虫等病原体是低效甚至无效的,于是其他消毒技术开始逐渐得到了应用和发展,主要包括物理消毒法以及联合消毒法。

2物理消毒方法

2.1紫外线(UV)消毒

将紫外线消毒应用于生活饮用水杀毒灭菌,具有消毒十分彻底、快速、便捷并且不会污染生活饮用水质的优点,最重要的是操作起来十分简便、使用和维护的费用很低等。紫外线杀菌的原理是利用紫外线光量子的能量使与之接触的微生物体的核酸结构受到破坏,微生物最终失去复制以及繁殖的能力。紫外线消毒是一种比较环保的技术,具有无需化学药剂添加、无消毒副产物形成以及成本经济等优点,在水质净化领域中的使用方面是非常广泛且普遍的。虽然对绝大多数的病原体来说,紫外线的消毒灭菌的效果非常好,但是到现在为止,市场上普遍的紫外消毒灭菌的系统都是为灯管浸没式,这种灯管存在下列非常普遍的问题:更换紫外灯管十分困难,石英的管壁需要经常的维护和清洗,紫外线利用的效率非常低,同时能耗很高,如果将紫外线直接浸没在水中,紫外灯中的汞不仅对环境,而且对人体的健康都存在很大潜在的威胁,因此一种高效且非常可靠的光纤传导紫外光消毒技术就出现在市场上。该技术的基本原理就是利用光学聚焦系统将光源产生的紫外光汇聚于一点,然后通过石英光纤再将其导入水中,并在光纤散光点处均匀地透射,从而灭活水中生存的微生物。紫外线消毒灭菌的最大的缺点就是无法具有可持续性,不能绝对保证输送和配送水管网内各类微生物的灭活稳定性,所以通常需要联合常规消毒方式实现持续消毒效果。此外,生活饮用水体中的悬浮颗粒物、有机物c0D及氨氮(NH3一N)都会在紫外线的传播过程中带来许许多多的干扰,进而十分影响消毒灭菌的效果,所以紫外线处理水要求水体具备很高的透明度。

2.2超声波消毒

超声波辐射技术是一项非常好的水处理技术,它具有很好的发展前景,它在浮游生物的灭活、过滤膜及陶瓷滤芯的清洗等方面己有应用。从相关文献得知,高频率超声的主要作用就是将水体中的菌胶团解聚,然而对于细菌的灭活的效用并不是太好,低频率的超声波才真正地具备有消毒灭菌的效果,可是如果只想单纯地依靠超声波消毒,我们又会面临可能出现的能耗较高的问题。因此往往将超声波与紫外线联合应用进行消毒,这样不仅比单纯的超声波或紫外线消毒工艺节约能耗,而且能产生很好消毒效果。

2.3TIO2光催化消毒技术

Ti02光催化反应的基本原理就是利用具有强氧化性的活性自由基(轻基自由基)参与到生活饮用水体中的各种化学反应,由于轻基自由基具有很强的氧化性能,能够将绝大多数水体中的有机物氧化分解并且最终将其矿化为水和二氧化碳等无机小分子。此外,Ti02光催化消毒技术具有很大的杀菌消毒的功效,Ti02作为催化剂本身不会溶解于水,没有毒性,且不会对生活饮用水体产生污染,非常适用在饮用水方面进行消毒灭菌。近些年,正是由于Ti02光催化消毒技术在其性能上具有得天独厚的优势,其光催化杀毒灭菌机理及Ti02在生活饮用水消毒灭菌领域中的广泛应用,所以Ti02光催化消毒技术逐渐成为各国科学家的研究热点。

2.4膜消毒

膜技术是20世纪60年代后迅速崛起的一门分离技术。它去除水中杂质的主要原理是机械筛分,膜技术应用于饮水消毒具有水质优良、操作简单、占地小等优点,己成为人们提高水质的一项重要措施。在国外,膜技术用于饮用水消毒的研究十分多且复杂,用膜对病毒、致病细菌以及贾第虫和隐抱子虫这“两虫”消毒灭菌,能够有很好的去除效果。

3联合消毒方式

3.1“紫外线+氯(氯胺)”联合消毒

在饮用水处理中,紫外线消毒对微生物灭活特性与氯(氯胺)消毒相比较是正好相反的。其中紫外线对原生动物和细菌的灭活效果最好,而氯消毒则是对大多数的病毒和细菌灭活效果最好,可是对“两虫”(贾第虫和隐抱子虫)效果较差。因此采用“液氯和紫外线(氯胺)”联合的消毒灭菌技术,不仅可以满足实现新国标里面对病原微生物指标控制的要求,还可以为生活饮用水提供很多级别的灭菌消毒的安全保障。在实际工程中,由于紫外线对各类水体中微生物灭活效率很高,因此我们通常利用这一特点,在最开始的净水工艺流程中,我们就是采用紫外线消毒灭菌来作为消毒的主工艺,必须充分保证对微生物的灭活效果,随之仅使用少量余氯就可以非常有效抑制微生物的复活,不仅可有效减少后续氯的投加使用量,从而减少消毒副产物的产生,因此紫外线与氯(氯胺)消毒工艺相结合,将会对处理饮用水具有十分重要的现实意义。

3.2紫外线+超声波+氯(氯胺)联合消毒

超声波和紫外线联合起来对水体进行消毒的效果在某种意义上肯定会优于这二者单独作用于生活饮用水中的消毒效果,如果单独采用超声波进行预处理,我们可以将水中比较大粒径的悬浮颗粒和菌胶团进行彻底击碎、完全分散。我们在紫外线消毒的过程中,紫外线也将能够更容易接触到各类微生物及悬浮颗粒,从而可以不断加强紫外线的杀菌灭菌的效果,提高紫外线的消毒效率。如果我们采用超声波对水体进行一定程度上的预处理,我们只会需要很短的辐射时间就能把紫外线的消除效率进行显著地提高,同时所用的能耗并没有增加太多,因此我们将超声波与紫外线进行联合作用。这样我们不仅能够减少末端投加消毒剂(液氯或氯胺)所产生消毒副产物带来的影响,同时一定程度上还可以抑制水体中微生物的复生现象,从而满足新国标中对病原微生物指标严格控制的要求。这种杀菌消毒技术在国内某些企业中正在被研究应用,并且己经取得了初步的研究成果。

除了以上消毒技术,还有高级氧化技术、水力空化、银法+紫外、磁化法、静电法、微电解法等新型消毒技术,这些新型消毒技术的研究大多只局限于理论研究阶段,缺乏规模化的应用实验研究。由于饮用水消毒关系到人们的健康,开发发展新的消毒技术还需要长期的应用研究。

参考文献

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