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飲用水消毒技術(shù)研究進(jìn)展綜述

文檔作者：桂學(xué)林梁闖文檔來源：武漢理工大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2025年04月26日
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飲用水消毒技術(shù)研究進(jìn)展綜述
桂學(xué)林梁闖
(武漢理工大學(xué)湖北武漢430070)
摘要介紹飲用水消毒技術(shù)的發(fā)展過程及常用的消毒方法分析各種消毒技術(shù)的利弊和這一技術(shù)領(lǐng)域的研究方向。
關(guān)鍵詞飲用水消毒消毒副產(chǎn)物(DBPs)
中圖分類號：TU991．25 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672—9064(2011)04—0124—02
飲用水安全關(guān)系到影響人體健康、社會穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)
展．一直是我國乃至全球面l臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。為切斷疾病
通過飲用水傳播的途徑．消毒作為生活飲用水處理的最后一
道工藝是必不可少的，它是生活飲用水安全的最終保障。
1飲用水的消毒工藝發(fā)展歷程
飲用水消毒始于19世紀(jì)初．當(dāng)時使用氯氣作為消毒劑，
它能有效殺滅水中病原微生物．大大降低了人們感染傷寒、
霍亂等水傳播疾病的概率．以美國為例。飲用水消毒后使得
霍亂、傷寒和阿米巴痢疾的發(fā)病率分別下降了90％、80％和
50％?。但是，從20世紀(jì)70年代起，由于氯氣消毒副產(chǎn)物
(DBPs)不斷在飲用水中檢出．氯消毒的安全性受到了質(zhì)疑。
其它消毒技術(shù)開始逐漸得到應(yīng)用和發(fā)展。首次用臭氧對自來
水進(jìn)行消毒是在1893年【2】。美國于1944年就開始在飲用水
中應(yīng)用二氧化氯(ClO：)進(jìn)行自來水消毒。美國的Ni職眥
Falls水廠使用C10，控制水中因藻類繁殖與酚污染所產(chǎn)生
的氣味．取得良好的效果。但是C10：在水中溶解度小，易分
解，穩(wěn)定性差，一般為現(xiàn)場制取，且成本較高，在大中型水廠
的使用受到一定限制。膜技術(shù)是近30a迅速發(fā)展的一項(xiàng)新技
術(shù)．是水處理行業(yè)一項(xiàng)革命性的突破。早在二戰(zhàn)時期．德軍就
用膜過濾被彈藥污染的水源以獲取飲用水。1957年，美國公
共衛(wèi)生協(xié)會及水t業(yè)協(xié)會同意將膜用于水中大腸桿菌的去
除。這是膜技術(shù)在水工業(yè)中的首次正式應(yīng)用【3]。近10a來。國
內(nèi)許多大中城市供水企業(yè)逐漸開始采用氯胺消毒工藝。
2常用的飲用水消毒技術(shù)
2．1自由氯消毒
氯氣溶于水后產(chǎn)生的次氯酸具有很好的微生物殺滅作
用。消毒機(jī)理是通過穿透細(xì)胞壁，破壞細(xì)菌和病毒的細(xì)胞膜、
蛋白質(zhì)、核酸致其死亡。早期氯氣用于飲用水處理工藝主要
是為了控制流行病的傳播、殺滅水中細(xì)菌和病毒以及控制飲
用水異味，因?yàn)榫哂袣⒕芰?qiáng)、易貯存和運(yùn)輸、處理成本
低、運(yùn)行管理方便等諸多優(yōu)點(diǎn)．因此成為目前全球范圍內(nèi)許
多自來水廠首選的消毒劑．1998年美國水廠協(xié)會消毒系統(tǒng)
委員會水質(zhì)調(diào)查組對以地表水和地下水為水源、服務(wù)人口萬
人以上的大、中型水廠展開的消毒情況調(diào)查表明。氯或次氯
酸鹽是首選消毒劑．采用氯氣消毒的自來水廠約占94．5％?。
但是美國環(huán)保局在1976年確認(rèn)了消毒后飲水中確實(shí)存在
DBPs[5】。由于研究證明DBPs有引起實(shí)驗(yàn)動物致癌和后代缺
陷的風(fēng)險．此后．人們開始越來越多的關(guān)注氯氣消毒所產(chǎn)生
的DBPs對人體健康的不利影響．而氯氣消毒的替代技術(shù)也
正成為水處理技術(shù)人員研究的熱點(diǎn)。
2．2氯胺消毒
氯胺是氯化消毒的中間產(chǎn)物．其中具有消毒殺菌作用的
只有一氯胺和二氯胺。純的一氯胺是一種無色不穩(wěn)定液體，
沸點(diǎn)為舶℃．能夠溶于冷水和乙醇，微溶于四氯化碳和苯【6】。
一氯胺(NH2C1)的消毒作用是通過緩慢釋放次氯酸(HOCl)
而進(jìn)行的。
氯胺消毒作用機(jī)理與氯氣相近．通過穿透細(xì)胞膜。使核
酸變性．阻止蛋白質(zhì)的合成來達(dá)到殺滅微生物的目的。其消
毒效果比氯氣消毒要差一些。一些能被氯胺滅活的病菌所需
氯胺的濃度較高。接觸時間也需要更長。但氯胺的穩(wěn)定性優(yōu)
于氯氣。所以氯胺在控制微生物的再生長方面好于自由氯。
更重要的是用氯胺消毒后生成的DBPs明顯要比氯氣少．有
資料顯示三鹵甲烷的生成量可減少約50％(7]。但是近些年
來．研究人員檢測出了危害性更大的含氮消毒副產(chǎn)物——亞
硝胺、鹵代硝基甲烷、鹵代乙腈f8】。這些物質(zhì)在氯胺消毒過程
中的生成量遠(yuǎn)高于氯氣消毒法．因此氯胺消毒的安全性和實(shí)
用性也開始受到質(zhì)疑。
2．3二氧化氯消毒
二氧化氯(ClO，)是一種較強(qiáng)的氧化劑。常溫下是一種黃
． 色氣體。易溶于水．見光易分解。不宜長期存放。在空氣中濃
度達(dá)到11％時。容易發(fā)生爆炸。所以使用時需要現(xiàn)場配制。
ClO，不僅能夠氧化有機(jī)結(jié)合鐵和錳，還能夠有效控制生物
膜的生長，并殺滅附集在生物膜上的細(xì)菌?。
理論上二氧化氯的氧化能力是氯的2倍．它能在水中產(chǎn)
生新生態(tài)氧[0]，對細(xì)胞壁有很強(qiáng)的穿透能力。可以破壞細(xì)
胞一SH酶而抑制微生物蛋白質(zhì)的合成。ClO，還有除臭去味
的作用，適用于較寬的pH值范圍。對芽抱、真菌也有很好的
滅活作用。C10：可以單獨(dú)使用，也可以與其他消毒劑聯(lián)合一
起使用。如用ClO：作為主消毒劑和氧化劑，在濾后水中加氯
或氯胺．既能防止副產(chǎn)物三鹵甲烷的生成．又能避免管網(wǎng)水
中C102、C102一和ClO，一的總量過高，威脅用戶健康。還可以采
用氯氣作為主消毒劑，在濾后水中加C10：。值得注意的是，
作者簡介：桂學(xué)肆(1984_)，男，碩士。研究方向：水污染處理技術(shù)。
萬方數(shù)據(jù) 猁tNOA@
二氧化氯的消毒副產(chǎn)物C10，-和C10f毒理學(xué)影響較大．可能
會抑制人體甲狀腺素分泌．引起胎兒小腦重量下降、神經(jīng)行
為遲緩等。所以，采用C10：消毒應(yīng)嚴(yán)格控制管網(wǎng)水中C10：、
C10：一和C10f的含量。
2．4臭氧消毒
臭氧是一種廣譜、快速、高效的消毒劑，它可迅速殺死致
病的各種病菌、病毒等微生物．它在水中溶解度較大，但比氯
氣的溶解性差【loJ。它的性質(zhì)極不穩(wěn)定，需現(xiàn)配現(xiàn)用。其消毒機(jī)
理一種觀點(diǎn)認(rèn)為是臭氧在分解時可釋放出新生態(tài)的氧『01
具有極強(qiáng)的氧化性：另一種觀點(diǎn)認(rèn)為臭氧在分解時應(yīng)生成的
羥基自由基(·OH)比臭氧的氧化能力更強(qiáng)。
臭氧具有用量少，接觸時問短，不影響水的感官性狀的
優(yōu)點(diǎn)，殺菌效果比氯氣和二氧化氯好。但設(shè)備投資大。消毒成
本高．操作比較復(fù)雜．而且臭氧無持續(xù)消毒能力，不適宜在管
網(wǎng)較長地區(qū)自來水的消毒。因此臭氧消毒的使用受到很大的
限制，目前只有少數(shù)自來水廠用臭氧消毒。
2．5高錳酸鉀消毒
高錳酸鉀(KMnO。)為一種暗紫色、有金屬光澤的棱狀晶
體，具有性質(zhì)穩(wěn)定、易貯存、易溶于水等特性。KMn0?？梢宰?
為飲用水消毒劑．一方面是由于它的強(qiáng)氧化性能夠氧化水中
的無機(jī)離子和有機(jī)物．除去水中色和味，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使蛋
白酶發(fā)生變性：另一方面是因?yàn)镵MnO。在水中可反應(yīng)生成
二氧化錳沉淀．二氧化錳能吸附水中顆粒物形成中性膠體物
質(zhì)．這些膠體物質(zhì)能夠通過吸附作用來除去水中微生物【11】。
KMn04能夠有效除鐵、除錳、除臭味等，此外，KMn04還
原產(chǎn)物水合二氧化錳具有很好的去除水中污染物的能力．用
KMn0。消毒不會產(chǎn)生三鹵甲烷等消毒副產(chǎn)物[12】。但是，如果
僅使用KMn04預(yù)處理．雖然在有機(jī)物去除和減少氯化消毒
副產(chǎn)物方面效果明顯．但對微生物滅活作用較差，對后繼水
處理工藝壓力較大．不利于多極屏障作用的發(fā)揮，因此大多
數(shù)情況下將KMn04與氯氣、氯胺和臭氧等消毒劑聯(lián)合使用，
獲得更好的消毒效果。
2．6紫外線消毒
紫外線對病原微生物殺滅作用的原理是：當(dāng)微生物被照
射時．紫外線可透入微生物體內(nèi)并作用于核酸、原漿蛋白與
酶．使其發(fā)生化學(xué)變化而導(dǎo)致微生物死亡【13]。紫外線消毒時，
對病原微生物具有殺滅作用的紫外線波長范嗣為200一
300nm．其中240。28chlm波長的殺菌能力較強(qiáng)．飲用水消毒
一般選用254nm波長的紫外線。紫外線消毒主要優(yōu)點(diǎn)是：消
毒后的自來水無色無味．不會產(chǎn)生有害副產(chǎn)物。但是其消毒
效果受水中懸浮物含量的影響較大．且消毒費(fèi)用較高．消毒
也無余量。目前紫外線消毒一般僅用于少量水處理．如餐飲
行業(yè)。
2．7膜分離消毒
膜消毒機(jī)理包含2方面：①篩分，即膜對微生物的過濾
作用。在壓力差的推動下。比膜孔徑小分子物質(zhì)透過膜孔．而
大于孔徑的微生物懸浮物等則被截留去除：②吸附作用．即
當(dāng)微生物通過膜時由于靜電作用被捕獲吸附在膜上。膜在飲
用水消毒中的作用主要也在2個方面：①直接去除水中微生
2011．No．4，
物；②去除水中有機(jī)物、懸浮物和無機(jī)物等，以切斷微生物生
存、繁衍的載體。從而間接地起到輔助消毒的功能。
3小結(jié)
(1)與其它消毒方法相比，氯消毒具有更多特點(diǎn)，如價格
低廉．而且水中余氯能防止管網(wǎng)中二次污染．但氯消毒會產(chǎn)
生消毒副產(chǎn)物。根據(jù)現(xiàn)在科技水平，在考慮飲用水的安全性
時．首先應(yīng)確保人體健康不受病原微生物的危害。再去研究
減少消毒副產(chǎn)物對人體影響的辦法。因此．目前氯消毒仍然
將廣泛采用的消毒方法之一。
(2)到目前為止還沒有一種消毒方法完美無缺，不同消
毒技術(shù)配合使用往往能夠起到互補(bǔ)長短的效果。
(3)研究消毒新技術(shù)．既能殺滅病原微生物，又可以少產(chǎn)
生甚至不產(chǎn)生DBPs．達(dá)到飲用水的化學(xué)安全性與微生物安
全性統(tǒng)一。
(4)對工藝落后的水廠進(jìn)行改造．強(qiáng)化現(xiàn)有水處理設(shè)施
的功能，降低水廠出水消毒副產(chǎn)物。并提高飲用水水質(zhì)分析
監(jiān)測技術(shù)．加強(qiáng)對消毒副產(chǎn)物毒理學(xué)分析．確保飲用水供水
安全。
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