飲用水消毒技術(shù)的發(fā)展概述

“受氣候變化、污染等因素影響,世界上一些主要的河流正在面臨干涸的危險；地球大約41%的人口居住在這些流域,1萬種淡水動物和植物中至少20%已經(jīng)滅絕,全球共有43個國家缺水,缺水的人口工有7億,到2025年,缺水人口可能超過30億.”但是那可能是一個可怕的結(jié)論,“人類看到的最后一滴水，將是我們?nèi)祟愖约旱难蹨I?！?/span>

生命離不開水。在日長生活中，人類生活和生產(chǎn)對水的需求量極大，為了滿足世界人口對水源的需求，各地都建立起了不同類型的供水系統(tǒng)。我們是怎樣獲得干凈、清潔、健康的水資源呢？正是水處理消毒技術(shù)保證了千家萬戶的水源供給，為人們提供了安全可靠地飲用水。

伴隨著現(xiàn)代科技技術(shù)的進步，水處理技術(shù)日趨成熟，飲用水消毒技術(shù)也在不斷發(fā)展。

1、飲用水常規(guī)含氯化合物消毒技術(shù)

1.1氯消毒技術(shù)

氯消毒主要是通過次氯酸的氧化作用來殺滅細(xì)菌，次氯酸是很小的中性分子，能擴散到帶負(fù)電的細(xì)茵表面，通過細(xì)茵的細(xì)胞壁穿透到細(xì)菌內(nèi)部，并起氯氧化作用，破壞細(xì)菌的酶系統(tǒng)而使細(xì)菌死亡。但對于水中的病毒、寄生蟲卵的殺滅效果較差，需要在較高值(消毒劑濃度乘以接觸時間)才能達到理想的除菌效果。氯消毒的特點很多，其經(jīng)濟消耗不高，消毒操作簡單，易于控制，消毒持續(xù)性好，余氯的測定也很容易。傳統(tǒng)的給水處理觀念中，認(rèn)為飲用水使用氯消毒技術(shù)就可以控制致病菌傳播問題，即使較大城市的長距離給水管網(wǎng)，只要維持管網(wǎng)末梢一定的余氯就可以保證飲用水的安全（我國（GB 5749-2006）生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定管網(wǎng)末梢為 ≥0.05 mg/L）。但是，隨后的幾十年里，我們發(fā)現(xiàn)即使采用氯消毒技術(shù)對給水進行了處理，給水管道中仍檢出幾十種細(xì)菌，除少數(shù)鐵細(xì)菌和硫細(xì)菌外，主要是以有機物為營養(yǎng)基質(zhì)的異養(yǎng)菌。有時，輸水管道中的細(xì)菌和大腸桿菌含量甚至超過出廠值。這是因為氯消毒后未殺死的細(xì)菌的自我修復(fù)生長和外源細(xì)菌進入管道造成的。

20世紀(jì) 70年代，隨著人們對飲用水水質(zhì)要求的不斷提高，我們發(fā)現(xiàn)氯消毒產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物對人體健康有較大不利影響。越來越多的消毒副產(chǎn)物如三鹵甲烷、鹵乙酸、、鹵代醛等在飲用水中被發(fā)現(xiàn)。人們開始重新審視消毒問題，并進行了大量的研究工作。研究發(fā)現(xiàn)氯在進行飲用水預(yù)氧化和消毒時與水中某些有機物如腐殖酸、富里酸等發(fā)生氧化反應(yīng)，同時發(fā)生親電取代反應(yīng)，產(chǎn)生易揮發(fā)的和不易揮發(fā)的氯化有機物如三鹵甲烷等。三鹵甲烷和鹵乙酸由于其強致癌性已成為研究人員的主要觀察目標(biāo)，而且也分別代表了揮發(fā)性和非揮發(fā)性的兩類消毒副產(chǎn)物。常規(guī)處理工藝對預(yù)氯化產(chǎn)生的副產(chǎn)物不能有效去除，氯消毒技術(shù)漸漸不能達到當(dāng)今人類的健康要求。而現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展使得環(huán)境中產(chǎn)生了更多的有機化合物，這些物質(zhì)進入給水系統(tǒng)會導(dǎo)致水質(zhì)的進一步惡化，因此研發(fā)新的給水消毒技術(shù)已勢在必行。

1.2二氧化氯消毒技術(shù)

二氧化氯是微紅，略帶黃色，有強烈刺激性的有毒氣體，分子式為：ClO2，分子量為67.46g/mol。二氧化氯的消毒機理主要是氯氧化作用，能較好殺滅細(xì)菌、病毒，且不對動植物產(chǎn)生損傷，作用持續(xù)時間長，可保證較長時間的殺菌功效。另一方面，作用期間受 PH影響不敏感，可除臭、去色。二氧化氯是一種強氧化劑，對細(xì)菌的細(xì)胞壁有較好的吸附和穿透性能，可以有效地氧化細(xì)胞酶系統(tǒng)，快速地控制細(xì)胞酶蛋白的合成，因此在同樣條件下，對大多數(shù)細(xì)菌表現(xiàn)出比氯更高的去除效率，對很多病毒的殺滅作用強于氯，是一種較理想的消毒劑。二氧化氯消毒在歐洲和北美都有一定的應(yīng)用，被認(rèn)為是氯消毒劑的理想替代品。二氧化氯消毒具有以下一些優(yōu)點：殺菌效果好、用量少，作用快，消毒作用持續(xù)時間長，可以保持剩余消毒劑量；氧化性強，能分解細(xì)胞結(jié)構(gòu)，并能殺死孢子；不產(chǎn)生三鹵甲烷和鹵乙酸等副產(chǎn)物，不產(chǎn)生致突變物質(zhì)。

1.3氯胺消毒技術(shù)

氯胺消毒是氯衍生物的消毒方法之一，氯胺不能作為基本殺菌消毒劑的原因是氯胺消毒作用緩慢，也因此，其一度被停止使用。但由于氯胺能避免或減緩氯與水中有機污染物質(zhì)的某些化學(xué)反應(yīng)，從而使消毒后水中氯化副產(chǎn)物的生成量顯著降低,氯胺消毒被廣泛認(rèn)為是控制消毒副產(chǎn)物形成的有效手段。根據(jù)研究，經(jīng)過氯胺處理后，鹵乙酸和三氯甲烷的含量大幅度減少。越來越多的供水公司開始重新在積水消毒處理過程中投放氯胺。一般認(rèn)為，對于嚴(yán)重污染且有機鹵化物含量較高的源水或水廠的供水管網(wǎng)較長（水流在管中停留時間大于十二小時）比較適合采用氯胺消毒。然而氯胺消毒對水中的賈第蟲和隱孢子囊的去除效果卻不能夠令人滿意。這也導(dǎo)致我們必須更進一步研究，造出更加安全、有效的消毒技術(shù)。

2、飲用水處理消毒新技術(shù)

2.1臭氧消毒技術(shù)

臭氧是淡藍(lán)色、強烈刺激性的有毒氣體，分子式：O3，具強氧化性，屬易燃易爆品。臭氧消毒目前主要在歐洲國家應(yīng)用較多，其消毒機理包括直接氧化和產(chǎn)生自由基的間接氧化，主要通過氧化來破壞微生物的結(jié)構(gòu)，達到消毒的目的。因此消毒效果與其氧化還原電位直接相關(guān)。臭氧可將氰化物等有毒有害物質(zhì)氧化為無害物質(zhì)，作用速度快，效果明顯。它還可以氧化溶解性鐵、錳,形成不溶性沉淀，通過過濾去除。臭氧還可以將生物難分解的大分子有機物氧化分解為易于生物降解的小分子有機物。

同樣，臭氧消毒技術(shù)也有它的不足之處：臭氧與有機物反應(yīng)生成不飽和醛類、環(huán)氧化合物等有毒物質(zhì)，比如三溴甲烷、乙腈氰甲烷、1-1二溴酮、溴酸鹽、次溴酸、次溴離子等。這些副產(chǎn)物中最需要注意的是溴酸鹽，其最大容許濃度極低，美國標(biāo)準(zhǔn)為 0.01mg/L。另外，三氯硝基甲烷和氯化氰也會產(chǎn)生，這幾種物質(zhì)的具體毒性還沒有明確的定論。

雖然應(yīng)用臭氧消毒也會有副產(chǎn)物生成，但一般情況下濃度不高，毒性也不如氯大?？偟膩碚f，臭氧消毒是一種比較好的給水消毒技術(shù)。

目前，國內(nèi)臭氧行業(yè)普遍不能掌握臭氧制造的核心技術(shù)，導(dǎo)致臭氧制備技術(shù)能耗高，利用效率差等。就整個臭氧行業(yè)來講，國內(nèi)大型臭氧技術(shù)發(fā)展還面臨著諸多的問題有待解決。

2.2紫外消毒技術(shù)

在 21世紀(jì)來臨之時，一種新型的飲用水消毒技術(shù)產(chǎn)生——紫外線消毒技術(shù)。這種消毒技術(shù)快速而且經(jīng)濟。紫外線消毒的作用機理是利用特殊設(shè)計的高效率、高強度和長壽命的波段(110～280nm)紫外光發(fā)生裝置產(chǎn)生紫外輻射，用以殺滅水中的各種細(xì)菌、病毒、寄生蟲、藻類等。一定劑量的紫外輻射可以破壞生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，通過破壞生物的遺傳物質(zhì)而殺滅水生生物，從而達到凈化水質(zhì)的目的。這個作用過程并不是化學(xué)反應(yīng)過程，因此不會向給水中加入新的副產(chǎn)物，更不會產(chǎn)生毒副物質(zhì)。紫外消毒技術(shù)自 2002年進入中國水處理市場，幾年來獲得了飛速發(fā)展，已有上百家市政污水處理廠采用了紫外消毒系統(tǒng)。

紫外線消毒與臭氧消毒一樣，無法持續(xù)作用。而且，因為不同細(xì)菌對紫外線的抵抗能力不一樣，紫外線消毒時的紫外線使用強度無法把握。在消毒過程中，可能因為紫外線強度不夠?qū)е孪静粡氐?，也可能以為紫外線強度過高導(dǎo)致不必要的經(jīng)濟消耗。也正因為此，一些水處理機構(gòu)在進行紫外線消毒之前會對給水進行一些預(yù)處理工作，從而保證給水消毒的可靠性。

2.3活性氧消毒技術(shù)

截止目前，更多的飲用水處理技術(shù)被研發(fā)出來。例如，活性氧消毒技術(shù)、光催化消毒技術(shù)、生物消毒技術(shù)、電場消毒技術(shù)、超聲波消毒技術(shù)等。

當(dāng)然，和前面的飲用水消毒技術(shù)一樣，這些消毒方式也有自己的優(yōu)點和缺點，下面針對活性氧消毒技術(shù)進行簡單的介紹。

活性氧消毒劑產(chǎn)品（九行系列單過硫酸氫鉀復(fù)合消毒片）：單過硫酸氫鉀單劑吸潮或溶于水中，會迅速分解釋放出氧氣和硫酸鉀，所以復(fù)合鹽單劑不能直接用于消毒，只能以其為主要活性成分建立一個平衡穩(wěn)定的系統(tǒng)，提高穩(wěn)定性，延長有效期。

經(jīng)由系統(tǒng)平衡處理過的九行系列單過硫酸氫鉀復(fù)合消毒片，按不同的使用比例定量添加到待消毒水體中。溶于水后經(jīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)連續(xù)釋放活性氧進而形成羥基自由基、過氧化氫自由基等多種活性成分，不產(chǎn)生有害物質(zhì)，高效消毒。其氧化能力較強，氧化勢能高，超過氯化物、高錳酸鉀、過氧化氫等，能夠把水中的氯離子氧化為氯氣，把醇類、醛類等有機物氧化為有機酸。單過硫酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)電極電勢為1.82V,高于氯氣（1.36V）和二氧化氯（1.50V），低于臭氧（2.07V），既克服了氯氣氧化能力相對較弱、用量大而且產(chǎn)生副產(chǎn)物的缺點，也避免了臭氧持續(xù)性差的弊端。

從分子結(jié)構(gòu)看，過硫酸氫鉀分子與過氧乙酸極其相似，過氧鍵分別與硫原子、碳原子連接，但是過硫酸氫鉀是無機物，其消毒有效成份是單過硫酸氫根離子（SO5H-）,其穩(wěn)定性要好于過氧乙酸。

從分子結(jié)構(gòu)看，過硫酸氫鉀應(yīng)該是中性鹽，其水溶液的酸性是由于復(fù)合鹽中硫酸氫鉀溶解產(chǎn)生氫離子造成的。但是過硫酸氫鉀在酸性條件下穩(wěn)定性要遠(yuǎn)好于中性條件，在堿性條件下則會快速分解。其對微生物的殺滅機理可以解釋為：

一是氧化作用，過一硫酸氫鉀在水溶液條件下，釋放出新生態(tài)氧，直接對微生物細(xì)胞壁蛋白進行氧化反應(yīng)。

二是釋放出高能小分子，干擾微生物的酶系統(tǒng)，迅速導(dǎo)致微生物蛋白分子失去活性。研究表明，過硫酸氫鉀在作用于小分子有機物時，例如較長鏈的醛、胺類有機物，促進反應(yīng)發(fā)生的是自由羥基。

三是復(fù)配的制劑中含有少量的氯化鈉，在水溶液中過硫酸氫鉀能夠把氯離子氧化成氯氣從而產(chǎn)生低濃度的次氯酸，氧化和氯化同時發(fā)生，能起到良好的消毒作用。

3、結(jié)語

飲用水消毒技術(shù)是我們共同關(guān)注的重要問題之一，飲用水處理的好壞將直接影響到人們的日常生活以及身體健康。一方面，我們要繼續(xù)研究一些高效、環(huán)保、安全、可靠的給水消毒技術(shù)，另一方面，鑒于現(xiàn)在的科技技術(shù)水平，我們要善于搭配不同的消毒技術(shù)。我們應(yīng)該根據(jù)不同的水質(zhì)、環(huán)境、地理位置使用不同的給水消毒技術(shù)。只有綜合利用已有的技術(shù)，才能提供安全、干凈的水源。