《消毒课件》PPT课件

2020/9/20,1,第五章 消毒,2020/9/20,2,消毒：灭活inactivation 灭活水中绝大部分病原体，使水的微生物质量满足人类健康要求的技术。 水处理中消毒的含义： 1.不同于灭菌 2.符合饮用水的微生物质量标准为合格 3.去除+灭活（水处理中前期的处理过程是分离过程，消毒来灭活） 4.消毒作用须保持到用水点，以维持输送过程微生物质量。,第五章 消毒,2020/9/20,3,消毒剂种类： 1.氧化剂 2.金、银、汞等重金属离子，铜可杀死藻类； 3.阳离子表面活性剂 季铵类与吡啶鎓（pyridinium指有机阳离子C5H5NH+）的化合物 4.物理媒剂（波长253.7-265nm的紫外线）。 消毒机理：不清 大致来说，氧化剂是通过破坏病原体的基本生理功能单元，如酶、辅酶和氢载体等而灭活病原体的。（臭氧、卤素和卤素化合物）,第五章 消毒,2020/9/20,4,氧化剂的消毒能力除少数外可用氧化还原电位大小来说明。,O3 2.07V HOCl 1.49V Cl2 1.36V HOBr 1.33V ClO2 1.15V I 2 0.54V I -3 0.53V,第五章 消毒,煮沸：为降低病原体水传疾病的出现和爆发起了重要作用,具有较高消毒能力要用其搞扩散性来解释,因其带负电，消毒能力远不如前者,2020/9/20,5,总量控制：细菌总数100个/mL 局部控制：大肠杆菌3个/L,第五章 消毒,从灭活效果、经济性副、产物等角度选择方法,2020/9/20,6,第一节 氯消毒,第五章 消毒,原理 加氯量与余氯曲线 加氯点 氯胺消毒,2020/9/20,7,氯化 一、氯消毒原理 1.原水中不含氨氮成分 氯容易溶解于水（20、1个大气压时，溶解度7.160g/L), 当氯溶解在清水中时，下列两个反应几乎瞬时发生： Cl2 + H2O HOCl + H+ + Cl- （1） HOCl H+ + OCl- （2） 水中所含的Cl2、 HOCl与OCl- 都成为自由性氯 平衡常数：,消毒为主要用途,K与水的温度和pH有关:,pH高 OCl- 较多 pH低 HOCl 较多,第五章 消毒,氧化作用,：水中加氯的方法即为氯化,第一节 氯消毒,2020/9/20,8,pH9 OCl- 100% pH5 HOCl 100% pH=7.54 各占50%,不同pH值和水温时，水中 OCl- 和HOCl 的比例,水中所含氯化物种类和所占比例与温度和pH有关,第五章 消毒,第一节 氯消毒,2020/9/20,9,氯对消毒有效的三种形态：Cl2、HOCl、OCl-统称为有效氯， 但细菌带负电，故主要通过HOCl消毒。,第五章 消毒,第一节 氯消毒,HOCl穿过细菌的细胞壁穿透到内部，其氧化作用破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。 OCl- 具有杀菌能力，但因带负电难以靠近,有效氯 由 Cl2 + H2O HOCl + H+ + Cl- 可知,Cl2,HOCl,Cl-,Cl+,Cl- +Cl+,电子没有丧失也没有获得Cl2的氧化能力完全在HOCl中保留下来。,因此氯和氯化物的氧化能力用Cl+来代表， 为比较其氯化能力，氯化中用有效氯一词,2020/9/20,10,氯对消毒有效的三种形态：Cl2、HOCl、OCl-统称为有效氯， 但细菌带负电，故主要通过HOCl消毒。 2.原水中含氨氮成分 实际上，很多地面水源中，由于有机物污染而含有一定的氨氯成分，氯加入水中，产生以下分步反应：,Cl2 + H2O HOCl + HCl NH3 + HOCl NH2Cl + H2O NH2Cl + HOCl NHCl2 + H2O NHCl2 + HOCl NCl3 + H2O,第五章 消毒,第一节 氯消毒,2020/9/20,11,反应后，一氯胺、二氯胺、三氯胺的含量与pH有关： PH9 一氯氨占优势 PH=7时 一氯氨和二氯氨同时存在 PH6.5时 二氯氨 PH4.5 三氯氨 采用氯氨消毒需要较长的接触时间。 在三种氯氨中：二氯氨消毒效果最好，但有嗅味。 三氯氨消毒作用极差，且有恶嗅味 有效氯：自有态氯： HOCl、OCl- 化合态氯：三种氯氨,第五章 消毒,2020/9/20,12,二、加氯量,消毒时在水中的加氯量，可分为两部分： 需氯量直接用于杀死细菌和氧化有机物等所消耗的部分。 余氯量是为了抑制水中残存细菌的再度繁殖，管网中尚需维持 少量剩余氯。 我国饮用水标准规定：出厂水游 离性余氯在接触30分钟后不应低于0.3 mg/L，在管网末梢不低于0.05mg/L。 1.如水中无细菌、有机物和还原性物质时， 则需氯量=0，加氯量=剩余氯量 2.当原水已受到有机物物污染，加CL2量必 须超过所需氯量，才能保证一定的余CL2 。,加氯量和余氯量之间的关系,第五章 消毒,2020/9/20,13,3.当水中的有机物主要是氨和氮化合物时，情况比较复杂。B点，称为折点，此后，剩余CL2又随着加CL2量的增加而上升，如BC段。 OA段：表示水中杂质把CL2 消耗，余氯量为0。消毒效 果不可靠。 AH段：加氯后，氯与氨发 生反应，有余氯存在，有 一定的消毒效果，但余氯 为化合性的氯。 HB段：仍然产生化合性余 氯。但由于加CL2量增加 了，出现氧化。 最低点B为折点。 2NH2 + HOCl N2+3HCl + H2O BC段，已没有消耗CL2的杂质了，此时出现自由性余氯，消毒效果最好。,折点加氯,第五章 消毒,2020/9/20,14,2020/9/20,15,三、加氯点 滤后加氯 滤前加氯 作用：助凝 氧化 防止水藻滋生、延长氯胺接触时间 中途加氯,滤后水、清洁地下水：加氯量=1.01.5mg/l 未过滤：加氯量=1.52.5mg/l ？ 污染严重,游离氨0.5mg/l：峰前加氯,第五章 消毒,2020/9/20,16,四、加氯设备及加氯间,（一）加氯机 转子真空加氯机,第五章 消毒,2020/9/20,17,(二)氯瓶 氯在常温和一个大气压时为气体，加压至68大气压或使温度低于-33.6C时变成液态，将氯气液化后灌入钢瓶就有利于贮藏和运输。 干燥的气体和液氯的化学活动性很小，没有腐蚀性，但遇水或受潮化学活动性增强，会严重腐蚀金属，因此，必须严格防止水或潮气进入钢瓶， 液氯气化时，要吸收大量的热，生产上常用自来水浇洒在氯瓶的外壳上以供给热量。 氯气有毒，运行时要防止漏气。 立式氯瓶使用时要竖放，出氯口在上。 卧式氯瓶有两个出氯口，使用时务必要放得使两个出氯口的连线垂直于水平面，上面一个出氯口为气态氯，下面一个出氯口为液态氯。并注意将上面出氯口与加滤机相连接。,第五章 消毒,2020/9/20,18,（三）氯库和加氯间 加氯间和氯库位置除了靠近投氯点外，还应位于主导风向下游，且需与经常有人值班的车间隔开。 加氯间及氯库内需设置一系列的安全报警、事故处理等措施。 建筑上的通风，照明、防火、保温应特别注意。规范中还有一些具体的规定和要求。,工程实例：1920年8月4日，杨树浦水厂采用真空加氯 机对过滤水进行全面消毒。 这是我国最早应用氯气消毒工艺的水厂。,第五章 消毒,2020/9/20,19,第五章 消毒,2020/9/20,20,2020/9/20,21,2020/9/20,22,5.2 其它消毒方法,1.特性 二氧化氯（ClO2）易溶于水，在常温下是一种黄绿色气体，极不稳定，气态和液态ClO2均易爆炸。故必须以水溶液的形式现场制取。消毒作用受水PH影响很小，在较高的PH值下，消毒能力比Cl2强。,（2）酸与亚氯酸钠制取,2.制取方法 （1）亚氯酸钠和氯制取,一、二氧化氯消毒,第五章 消毒,2020/9/20,23,4.特点 （1）不会与水中有机物作用生成三卤甲烷,不会生成氯酚。 （2）ClO2余量能在管网中保持很长的时间，即衰减速度比氯慢。 （3）ClO2不水解，消毒受PH影响较小。 （4）作为氧化剂，能去除或降低水的色、嗅及铁、锰、酚等物质。 （5）ClO2本身和副产物ClO2对人体血红细胞有损害。有报道认为还对人的神经系统及生殖系统有损害。因此，美国对水的剩余ClO2和ClO2的总量规定不超过1.0mg/L。欧洲一些国家有自己的一些规定，但目前我国还没有规定。,3.作用机理,ClO2既是消毒剂又是氧化能力很强的氧化剂， 对细菌的细胞具有较强的吸附和穿透能力，能有效地破坏细菌内含巯基地酶；消毒能力比氯强。 ClO2的投加量约为1.02.0 mg/L。,第五章 消毒,2020/9/20,24,1优点 水中含有有机物和酚时，氯胺消毒不会产生氯臭和氯酚臭，同时可大大减小THMS的可能性；能保持水中余氯较久，适用于供水管网较长的情况。 2 缺点 作用缓慢，杀菌能力比自由氯弱。单独使用的情况较少。 3 操作方法 人工投加氨可以是液氨、硫酸氨（NH4) 4 SO 4或氯化氨。氯和氨的投加量视水质不同而有所不同。一般采用氯：氨3：16：1 采用氯胺消毒时，一般先加氨，再加氯。这样就可以减小氯臭，但有资料认为，氯和氨同时投加比先加氨后加氯，可减少有毒副产物（如三卤甲烷、卤乙酸等）的生成。,二、氯胺消毒,第五章 消毒,2020/9/20,25,三、次氯酸钠消毒,次氯酸钠消毒通常用于小型水厂，因其易分解，常 用次氯酸钠发生器现场制取，钛阳极电解食盐水 反应如下： NaCl + H2O - NaOCl + H2 次氯酸钠也是强氧化剂和消毒剂，但消毒效果不如氯。 次氯酸钠的消毒仍靠HOCl。 反应如下： NaOCl + H2O - HOCl + NaOH,第五章 消毒,2020/9/20,26,四、臭氧消毒,1臭氧特性 常温常压下呈淡蓝色、强烈的刺激性气体 密度为空气的1.7倍，易溶于水。臭氧对人体健康有影响。,2. 消毒原理 既是氧化剂，又是消毒剂，在水中投入臭氧进行消毒或氧化通称臭氧化。,3. 臭氧的产生 臭氧发生器，在现场用空气或纯氧通过臭氧发生器高压放电产生。,第五章 消毒,2020/9/20,27,15000175000伏高压电，在空气中放电后产生臭氧。 据报道，生产1kg臭氧，需耗电2030kw.,3. 臭氧的产生 臭氧是空气中的氧通过高压放电产生的。在现场用空气或纯氧通过臭氧发生器高压放电产生。,2020/9/20,28,4.臭氧消毒的特点,臭氧消毒的缺点： 1.O3在水中不稳定，易散失，不能在配水管网中保持杀菌能力，往往需要投加少量的氯等以维持水中剩余消毒剂。 2.生产设备复杂，基本建设的投资大、电耗较高、推广受限制。 3.不能储存，需边生产边使用。 4臭氧消毒的副产物比氯消毒时少，但也有可能产生三卤甲烷，溴酸盐等副产物， 5.当水量和水质发生变化时，调节投加量比较困难。,臭氧有三个氧原子组成，极不稳定，分解时释放出新生态氧： O3 =O2+O,臭氧消毒的优点： 新生态O具有强氧化能力，对顽强的微生物如病毒、芽孢等有强大的杀伤力。 消毒能力强，除O3氧化能力强外，还可能由于渗入细胞壁能力强，或可能由于O3破坏细菌有机体链状结构而导致细菌死亡。 臭氧能氧化有机物，去除水中的色、嗅、味。还可去除水中溶解性铁、锰盐类及酚等。,第五章 消毒,2020/9/20,29,五、漂白粉消毒,原理： 制取方法： 优点： 缺点： 应用：,第五章 消毒,2020/9/20,30,原料：漂白粉用氯气和石灰制成。分子式可简单表示为CaOCl 2 储存：漂白粉为白色粉末，有氯的气味，易受光、热和潮气作用使有效氯降低，储存于阴凉干燥和通风良好处。 原理：漂白粉中有效氯的含量约为25%-30%，有效氯含量越高，消毒杀菌能力越强。 漂白粉加入水中反应如下：,反应生成HOCl，与氯消毒原理相同。 消毒剂配制：漂白粉需配成溶液加注，溶解时先调成糊状物，然后再加水配成1.0-2.0%（以有效氯计）浓度的溶液。当投加在滤后水中时，溶液必须经过约4-24h澄清，以免杂质带进清水中，若加入浑水中，则配制后可立即使用。 应用：由于漂白粉运输方便，使用起来相对安全，因此，一些早期的水厂和小型城镇水厂曾在一段时期内较多地使用漂白粉消毒。此消毒方法还常用于管网补加氯和临时性给水。,第五章 消毒,2020/9/20,31,工程实例： 北京东直门水厂建于1910年。20世纪30年代曾采用漂白粉液消毒。厂内建有汇集深井水的来水亭。亭内设有一尊白玉观音。漂白粉液由管道通到白玉观音手中的净水瓶流入集水井内进行消毒。 此创意集合“消毒”、“净水”的寓意，展现出东方文化的内涵。,第五章 消毒,2020/9/20,32,六、紫外线照射,紫外线紫外线消毒也有近百年的历史。 紫外线是指电磁波波长处于200380nm的光波，一般分为三个区，即UVA（315380nm）、UVB（315280nm）、UVC（200280nm）。低于200nm的远紫外线区域称为真空紫外线，极易被水吸收，因此不能用于消毒。 用于消毒的紫外线是UVC区，其中，处于240280nm区段的紫外线杀菌力较强，而最强的波长为250265nm，多以253.7nm作为紫外线杀菌的波长。 原理：紫外线消毒机理与氧化剂不同，是利用波长245nm及其附近波长区域对微生物DNA （去氧核糖核酸）的破坏，阻止蛋白质合成而使细菌立即死亡或丧失繁殖能力。 由于紫外线对隐孢子虫的高效杀灭作用。 波长185nm的谱线还可以分解水中的有机物分子，使有机物化学键发生断裂而分解，产生氢基自由基并将水中有机物分子氧化为二氧化碳，达到去除TOC的目的。,第五章 消毒,2020/9/20,33,设备： 消毒设备主要有两种：浸水式和水平式。 前者将灯管置于水中，辐射能利用率高，杀菌效果好，但构造复杂。后者构造简单，但杀菌效果不如前者。 紫外线光源由紫外灯管提供，不同型号、规格的紫外灯管所提供的紫外光主波长不同，根据需要选用。 杀菌灯属于一种低压汞灯。低压汞灯是利用较低汞蒸汽压 （10-2Pa）被激化而发出紫外光，其发光谱线主要有两条： 253.7nm波长和185nm波长，这两条都是肉眼看不见的紫外线。,紫外线杀菌灯,2020/9/20,34,发展：紫外线的灭菌作用最早在20世纪初由英国学者贝纳德和莫加报道，真正开始应用为二十世纪六十年代。早期主要是低压汞灯（LP），九十年代中压汞灯（MP）和脉冲汞灯（PUV）得到研究、应用。 紫外线消毒技术在饮用水处理中的应用自1993年在美国Milwaukee市爆发隐孢子虫病后倍受青睐，因为氯消毒不能有效杀灭隐孢子虫卵囊，而研究发现紫外线对隐孢子虫卵囊有很好杀灭效果。而且在常规消毒剂量范围内（40mJ/cm2）紫外线消毒不产生有害副产物，因此在西方发达国家应用实例在近几年增加时分迅速，特别是在小型水厂。为此国际紫外线协会（IUVA）在1999年成立。 美国对新技术在饮用水处理中的应用历来比较迟缓、保守，但对紫外线技术的应用则采取了出乎以外的快速行动。美国环保局在实验室证实紫外消毒对隐孢子虫的灭活有效后仅仅5年就批准了紫外线消毒在饮用水中的应用。大型水厂如西雅图水厂今年将建成紫外消毒系统，纽约自来水厂计划2006年建成紫外线消毒系统（见Water21，2004年第8期1920）。,第五章 消毒,2020/9/20,35,而消毒方法：将薄层的水暴露于汞蒸汽弧光灯中，该弧光灯产生波长在0.20.29m法案安慰内的紫外线。UV在水中的穿透深度大约在5080mm。为了覆盖更大的水域范围，需要使用更多的灯管。光线能否穿过水体到达水中的目标物影响着杀菌的效果。,第五章 消毒,2020/9/20,36,紫外线消毒的优点： 1、致病微生物有广谱消毒效果、消毒效率高； 2、隐孢子虫卵囊有特效消毒作用； 3、不产生有毒、有害副产物； 4、不增加AOC、BDOC等损害管网水质生物稳定性的副产物；（可同化有机碳（最易被微生物利用）、可生物降解有机物） 5、能降低嗅、味和降解微量有机污染物； 6、占地面积小、消毒效果受水温、pH影响小。 紫外线消毒的缺点主要有： 1、没有持续消毒效果、需与氯配合使用； 2、石英管壁易结垢，降低消毒效果； 3、消毒效果受水中SS和浊度影响较大； 4、被杀灭的细菌有可能复活； 5、国内使用经验较少，在较大规模的水厂中还没有应用的实例。,第五章 消毒,2020/9/20,37,应用领域,自来水、纯净水、矿泉水厂水消毒； 家庭小型饮水消毒； 市政景观用水消毒； 小区二次供水消毒； 市政污水处理消毒； 中水回用消毒； 水产养殖加工用水消毒；食品、饮料行业用水消毒； 水上娱乐设施（游泳池等）用水消毒； 大型家禽、家畜饲养用水消毒医药、化妆品制造业无菌水消毒 商用大楼中央空调水处理系统用水消毒,2020/9/20,38,思考题 1、目前水的消毒方法主要有哪几种？简要评述各种消毒方法的优缺点。 2、什么叫自由性氯？什么叫化合性氯？两者消毒效果有何区别？简述两者消毒原理。 3、水的pH值对氯消毒作用有何影响？为什么？ 习题 1、什么叫折点加氯？出现折点的原因是什么？折点加氯有何影响？ 2、什么叫余氯？余氯的作用是什么？ 3、制取ClO2有哪几种方法？写出它们的化学反应式并简述ClO2消毒原理和主要特点。 4、用什么方法制取O3和NaClO？简述其消毒原理和优缺点。,2020/9/20,39,2.8 消毒,在水处理中，通过消毒将水体中的病原菌（引起疾病的微生物）减少到可以接受的程度。消毒与灭菌不同，灭菌消灭了所有活的生物，饮用水不需要达到无菌。 人体内病原菌主要有三类：细菌、病毒和阿米巴胞囊。有目的的消毒必须能够消灭以上三类病原菌。水的消毒剂必须包括以下特性： （1）必须能够消灭一定温度范围下、在水中存在相当时间的所有种类和数目的病原微生物； （2）必须能够适应待处理水或废水的成分、浓度和其他情况的可能波动；,2020/9/20,40,（3）必须对人和动物无害。在所需浓度范围内无其他（如味觉上）不好的感觉； （4）必须成本低廉、安全、容易储存、输送、处理和使用； （5）消毒剂在处理水中的强度或浓度必须能容易地、迅速地和（最好能）自动测定； （6）能在水中保持一定的浓度，以提供足够强的杀伤力，防止水在使用前被再次污染。残余杀菌力消失表示水可能受到二次污染。 2.8.1 消毒动力学 在理想条件下，当具有单一敏感位点的微生物暴露于消毒剂中时，其死亡速率遵循Chick定律。即在单位时间内被消灭的微生物数目与其残余的数目成正比：,2020/9/20,41,这是一个一级反应。在实际情况下，杀灭率可能偏离Chick定律。由于消毒剂进入生物细胞中心引起时间延迟，而可能使杀菌率增加。当消毒剂浓度减少或消毒剂与病原菌分布不均匀时，杀菌率可能逐渐降低。 2.8.2 水中加氯反应 氯是最常使用的消毒剂。其利用形式有氯气，NaOCl和Ca(OCl)2。 Cl2 + H2O HClO + HCl 几毫秒内完成反应。 HClO是一种弱酸，在pH值小于6.0时难于离解。 HClO H+ + ClO-，pK = 7.537 （25C）。 以HClO和ClO-形式存在的氯称为有效氯。 次氯酸盐溶于水中产生ClO-： NaOCl Na+ + ClO- 氯气倾向于降低pH，1mg/L的氯可降低CaCO3硬度1.4mg/L。,2020/9/20,42,2.8.3 氯消毒 氯消毒涉及一系列复杂反应并且受到与氯反应物质的种类、反应程度、温度、pH、试验生物活性以及各种其它因素的影响。这些因素使氯对细菌及其它微生物的作用变得复杂化。一般情况下，假设消毒剂的杀菌作用遵循CT理论：溶液中消毒剂浓度（C）与杀菌时间（T）的乘积为一常数。在SWTR中，CT理论广泛应用于胞囊与病毒消毒的标准。CT是一种定义生物失活性能的经验公式： CT = 0.9847C0.1758pH2.7519t-0.1467 式中t表示温度，C。该式表示当游离氯浓度、pH、水温已知时，游离氯使梨形虫胞囊减少99.9%，所需要的浓度和时间的乘积。,2020/9/20,43,2.8.4 氯-氨反应： NH3 + HOCl NH2Cl + H2O NH2Cl + HOCl NHCl2 + H2O NHCl2 + HOCl NCl3 + H2O 氯也会与有机氮，如蛋白质、氨基酸等反应生成有机氯胺化合物。氯与氨或有机氮化合物在水中结合形成的氯化合物称为结合有效氯。 游离氯溶液的氧化能力随pH变化，这是由HOCl与OCl-浓度的比值随pH变化所致。 2.8.5 二氧化氯 一种很强的氧化剂。初期消毒、杀灭细菌和胞囊，然后利用氯胺在配水管网系统消毒。ClO2不能在配水系统中维持长时间的余氯量。 当ClO2处理水时会形成2种副产物：亚氯酸盐和氯酸盐，这些副产物会影响人体健康。,2020/9/20,44,水氯化的实践应用：结合余氯和游离余氯。,2020/9/20,45,使用ClO2还会产生味与嗅的问题。以及相对高的成本等因素限制了ClO2的使用。然而应用ClO2作为前期消毒剂取得了满意的结果。 2.8.6 臭氧 臭氧是一种具有刺激性气味、不稳定的气体，分子式为O3。由于不稳定性，通常在使用地点生产臭氧。臭氧发生器的反应（1500020000V电压）： O2 2O；O + O2 O3。 从臭氧发生器出来的氧气中含有0.5%1.0%（体积分数）的臭氧。这样的气体混合物便被注入水中进行消毒。 臭氧、二氧化氯及氯胺去除99.9%的梨形虫胞囊的CT值：,2020/9/20,46,与ClO2一样，臭氧不会长时间地存在于水中，几分钟后就会重新变成氧气。因此典型的流程是在原水或沉淀池与过滤池之间加入臭氧进行初级消毒，然后加入氯胺作为配水系统的消毒。 2.8.7 紫外线照射 紫外线是波长在0.20.39m范围内的电磁波。利用紫外线消毒的方法是：将薄层的水暴露于汞蒸汽弧光灯中，该弧光灯产生波长在0.20.29m法案安慰内的紫外线。UV在水中的穿透深度大约在5080mm。为了覆盖更大的水域范围，需要使用更多的灯管。光线能否穿过水体到达水中的目标物影响着杀菌的效果。,