1.简介

天然水由于受到生活污水和工业废水的污染而含有各种微生物，其中包括能致病的细菌性微生物和病毒性病原微生物，它们大多粘附在悬浮颗粒上，水经混凝沉淀过滤处理后，可以去除绝大多数病原微生物，但还难以达到生活饮用水的细菌学标准。消毒的目的就是杀死各种病原微生物，防止水致疾病的传播，保障人们的身体健康。加氧化性消毒剂可同时氧化水中有机物和还原性污染物，降低COD。消毒是生活饮用水处理中必不可少的一个步骤，它对饮用水细菌数起保证作用。

消毒工艺可根据原水水质和处理要求，采用滤前及滤后二次消毒，也可仅采用滤前（包括沉淀前）或滤后消毒。采用滤前消毒可延长氯的接触时间，有利于杀死水中微生物，防止藻类生长，清洁滤砂和降低水的色度等，但氯耗将有所增加。当水中有机物含量高时，还将使出水的三卤甲烷增加，因此，采用何种加氯方式，应根据原水水质而定。通过消毒后，生活饮用水的细菌含量和余氯量应符合国家《生活饮用水卫生规范》的规定。

生活污水中的病原菌主要来自粪便，以肠道传染病菌为主。由于肠道传染病菌占细菌总数的比例小，培养分离技术很复杂，因而常用大肠菌群作为消毒效果的控制指标。大肠菌群是一种正常的肠道细菌，本身并不是肠道传染病菌，在废水生物处理过程中还能分解有机物。选大肠菌群作为消毒指标有3个原因：

1）大肠菌生理特性与肠道病原菌类似，如果大肠菌绝大部分被杀灭，则肠道传染病菌必然被杀灭（个别病毒例外）；

2）粪便中的大肠菌群数量很多，健康人的粪便含5×10⁷个/L以上，生活污水中含10⁷～10⁸个/L；

3）检验大肠菌群并计数的方法不复杂。

生活饮用水消毒后应达到：

1）细菌总数≤100个/mL；

2）大肠菌群数≤3个/L；

3）出水保持一定的余氯量。即在加氯接触30min后，水中游离性余氯≥0.3mg/L，在管网末梢≥0.05mg/L。对于只经过加氯消毒即供生活饮用的水源水，要求大肠菌平均≤1000个/L；对于经过净化处理后再消毒的水源水，要求大肠菌平均≤10000个/L。

医院污水经处理与消毒后要求达到：

1）连续3次各取样500毫升进行检验，不得检出肠道致病菌和结核杆菌；

2）总大肠菌群数≤500个/L。综合医院污水及含肠道致病菌的污水，消毒接触时间≥1min；总余氯量4～5mg/L。含结核菌的污水，接触时间≥1.5min；总余氯量6～8mg/L。

2.消毒方法

消毒方法有化学法和物理法。物理法有加热法、冷冻法、机械过滤、紫外线法、超声波、辐射法等。化学法是利用各种化学药剂包括氯及其化合物、各种卤素、臭氧、重金属离子、阳离子表面活性剂及其他杀生剂进行消毒。

常用消毒方法有氯、二氧化氯、臭氧、紫外线等。我国城市给水中普遍采用氯消毒，可投加液氯、漂白粉、漂粉精、次氯酸钠等，有些地区则采用氯胺消毒。

常用于消毒的含氯药剂有氯气、液氯、漂白粉、漂粉精、次氯酸钠和二氧化氯等。各种药剂的氧化能力用有效氯含量表示。氧化价>-1的那部分氯具有氧化能力，称之为有效氯。作为比较基准，取液氯的有效氯含量为100%，其他含氯药剂的有效氯含量见表5-1。

表5-1 不同药剂的有效氯含量

几种常用的消毒方式的优缺点比较见表5-2。采用氯消毒经济有效，且余氯具有持续消毒作用，消毒效果可靠，应用最广。

表5-2 常用消毒方法比较

（续）

由于氯消毒的操作使用简单，便于控制，消毒持续性好，余氯的测定也很容易，并且氯消毒的价格不高，所以很快在饮水行业应用。目前为止，在公共给水系统中，氯消毒成为最为经济有效和应用最广泛的消毒工艺，而其他消毒方法也日益受到重视。消毒不仅应用于饮用水，在污废q水处理过程中同样也需要消毒。城市污废水经一级或二级处理后，水质大大改善，细菌含量也大幅度减少，但细菌的绝对值仍很乐观，并存在有病原菌的可能。因此，在排放水提前或中水回用、农田灌溉时，应进行消毒处理。污水消毒应连续进行，特别是在城市水源地的上游、旅游区、夏季流行病流行季节，应严格连续消毒。非上述地区或季节，在q经过卫生防疫部门的同意后，也可考虑采用间歇消毒或酌减消毒剂的投加量。

3.氯消毒技术简介

氯消毒主要是通过次氯酸的氧化作用来杀灭细菌，次氯酸是很小的中性分子，能扩散到带负电的细菌表面，透过细菌的细胞壁进入到细菌内部，并起氧化作用，破坏细菌的酶系统而使细菌死亡，但是对于水中的病毒、寄生虫卵的杀灭效果较差，需要在较高值（消毒剂浓度乘以接触时间）下才能达到理想的除菌效果。

氯气加入水中产生一系列化学作用。不同的水质其化学作用的过程也不一样，但最终起消毒作用的产物为次氯酸钠和次氯酸根离子。

（1）当水中无氨氮存在时

Cl₂+H₂O→HClO+H⁺+Cl^- （5-1）

次氯酸是一种弱电解质

HClO→H⁺+ClO^- （5-2）

次氯酸与次氯酸根在水中所占比例主要取决于水的pH值，HClO-和ClO-都具有氧化能力，但HClO是中性分子，可以扩散到带负电细菌的表面，并深入细菌体内部，氯原子氧化作用破坏细菌体内的酶，使细菌死亡；而ClO-带负电，难于靠近带负电荷的细菌，所以虽然有氧化能力也难起消毒作用。

在pH值5.6～9.5范围内，水的pH值越低，HClO的百分含量越大，因而消毒效果越好。

（2）当水中存在氨氮时

式（5-3）中产生的HClO就会和氨化合，产生一类叫胺的化合物，其成分视水的pH值及Cl₂和NH₃含量的比值而定。(www.daowen.com)

NH₃+HClO→NH₂Cl+H₂O （5-3）

NH₃+2HClO→NHCl₂+2H₂O （5-4）

NH₃+3HClO→NCl₃+3H₂O （5-5）

当水的pH值在5～8.5之间时，NH₂Cl和NHCl₂同时存在，但pH值低时，NHCl₂较多，NHCl₂的杀菌能力比NH₂Cl强，所以水的pH值低一些，也是有利于消毒作用的。NCl₃要在pH值低于4.4时才产生，在一般的饮用水中不大可能产生。

所以，无论水中是否存在氨氮，在使用液氯消毒时，在pH值6.8～8.5范围内，pH值越低，消毒效果比pH值高的消毒效果好。

由于氯消毒的操作使用简单，便于控制，消毒持续性好，余氯的测定也很容易，并且氯消毒的价格不高，所以很快在饮水行业应用。目前为止，在公共给水系统中，氯消毒成为最为经济有效和应用最广泛的消毒工艺。但自从20世纪70年代发现受污染水源经氯化消毒会产生三氯甲烷等小分子的卤代烃类和卤代酸类致癌物以后，对氯气和氯的衍生物消毒的副作用及其危害程度也越来越受到重视，对其危害程度也存在争议。当水源受污染，有机物含量较多时，采用液氧消毒将导致许多有机氯化物的产生。这些物质已被确认或被怀疑对人体健康有害。现代人对饮用水水质要求的不断提高，使得如何控制饮用水中消毒副产物成为供水业面临的挑战之一。因此，积极寻找替代氯的更安全更优越的消毒方法和消毒剂，已经成为给水处理工作者的首要任务之一。经过深入研究，臭氧、二氧化氯和氯胺已被美国列为可替代氯的消毒剂，以替代直接投加液氯消毒。

4.加氯量确定

加氯量应包括需氯量和余氯量两部分。需氯量指用于杀死细菌和氧化还原性物质（H₂S、SO₃^-、NO₂^-、Fe₂⁺、Mr₂⁺、NH₄⁺、CN^-和胺等）及有机物所需要的氯量。测定某种原水的需氯量时，取一组水样，加入不同剂量的氯或漂白粉搅拌，经过一定接触时间后测定水中大肠菌群数（发酵法或滤膜法）和余氯含量，选择既满足所要求的大肠菌群去除率，又同时满足游离性余氯量要求的最小加氯量。所需余氯的性质、种类与数量、水温和接触时间等依据实际情况决定。当水中余氯为游离性余氯时，消毒过程迅速，并能同时除臭和脱色，但有氯味；当余氯为化合性余氯时，消毒作用缓慢但持久，氯味较轻。

1）一般加氯量计算：设计加氯量应根据试验或相似条件下水厂的运行经验，按最大用量确定，余氯量应符合《生活饮用水卫生标准》的规定。投加量取决于氯化的目的，并随水中的氯氨比、pH、水温和接触时间等变化。一般水源的滤前加氯为1～2.5mg/L，滤后或地下水加氯为0.5～1.5mg/L，氯与水接触时间≥30min。加氯量W（kg/L）按下式计算：

W=0.001aQ₁ （5-6）

式中，a为最大加氯量（mg/L）；Q₁为需消毒的水量（m³/h）。

漂白粉用量W₁（kg/L）按下式计算

W₁=0.1aQ₁/C （5-7）

式中，C为漂白粉有效氯含量（%），一般采用20～25。

2）折点加氯：当水中氨氮等含量较高时，可采用折点加氯。

3）城市污水经二级处理，排入受纳水体之前，进行加氯消毒并保持一定的余氯浓度，一般加氯量10～15mg/L，初级处理出水需加氯20～30mg/L。当不需要保持余氯浓度时，二级出水加氯量一般在5～10mg/L，初级出水为15～25mg/L。

4）深度处理出水加氯量：深度处理中，除要求达到一定的消毒效果，即保证一定的大肠菌群的去除率外，还要求回用水管网末梢保持一定的余氯量。

5）循环冷却水系统杀菌一般采用间歇投氯，1～3次/天，每次2～3h，氯浓度0.4～1mg/L。

6）在活性污泥系统发生丝状菌膨胀时可临时加氯杀菌，加氯量W₂（kg/d）一般按污泥量计算。

W₂=KM_T （5-8）

式中，K为污泥需氯量[CL₂（ss·d）]，常用9～10kg/1000kg；M_T为系统内污泥总量包括曝气池、二沉池以及回流系统内的污泥量（kg）。

一般控制加氯点浓度<35mg/L；活性污泥的杀伤频率f>3。杀伤频率即污泥每天经过加氯点的次数，可用下式计算：

f=（I+R）Q/（V_a+V_c） （5-9）

式中，R为污泥回流比；Q为污水流量（m³/d）；V_a、V_c分别为曝气池和二沉池容积（m³）。

7）用氯胺消毒必须保持正确的氨与氯比例，一般按纯品计的质量比为1∶3～1∶6。采用硫酸铵时，理论含氨27%，计算时一般按25%纯氨计。

5.加氯点

加氯点主要从加氯效果、卫生要求以及设备保护来确定，大致情况如下。

1）多数情况是在过滤后的清水中加氯，加氯点是在过滤水到清水池的管道上，或清水池的进口处，以保证氯与水的充分混合，这样加氯量少，效果也好（后加氯）。

2）过滤之前加氯或与混凝剂同时加氯，这样可以氧化水中的有机物。对污染严重的水或色度较高的水，能提高混凝效果，降低色度和去除铁锰等杂质。尤其在用硫酸亚铁作混凝剂时，利用加氯，促使亚铁氧化为三价铁。还可改善处理构筑物的工作条件，防止沉淀池底部的污泥腐败发臭；防止滋长青苔；防止微生物在滤料层中生长繁殖，延长滤池的工作周期。对于污染严重的水，加氯点在滤池前为好，也可以采用二次加氯，滤前1次，滤后1次。

3）在管网很长的情况下，要在管网中途补加氯，加氯点设在中途加压水泵站内。

4）循环冷却水系统的加氯点通常有两处，一是循环水泵的吸入口；二是冷却塔水池底部，由于冷却塔水池是微生物重要的滋长地，此处加氯，杀菌的效果最好。

6.漏氮吸收装置

加氯系统发生氯泄漏将造成严重的环境影响，故设置漏氯吸收装置。

漏氯吸收装置以对氯吸收较快而且最为经济的氢氧化钠溶液作为与氯化合的药剂。氯与氢氧化钠化合后，生成较稳定的次氯酸钠、氯化钠和水，其化学反应式如下：

Cl₂+2NaOH→NaClO+NaCl+H₂O （5-10）

漏氯吸收装置的基本结构有立式和卧式两种，其吸收氯气的原理基本相同。从钢瓶或加氯系统中泄漏的氯迅速气化，由风机将含氯空气由氯库、加氯间的地沟或集气风管，压入碱液槽上部吸收塔。混合气体从第一吸收塔底部上升与碱液泵自碱液槽抽出的从塔顶喷淋而下的碱液，在吸收塔中的填料内充分接触，一部分氯气在第一吸收塔中被吸收，其余氯气通过连通管进人第二吸收塔底部，同第二吸收塔再一次进行吸收，剩余少量未被吸收的氯气由第二吸收塔顶排入大气。在第二吸收塔的顶部有一除雾装置，将原气中所夹带的碱雾除掉，以免排入大气污染环境。漏氯吸收装置一般配有漏氯监测仪表和自动控制系统，以保证在氯库和加氯间中氯气含量超标时能自动开启装置，保障人身安全。