水的消毒

　　用化學和物理方法殺滅生活用水、城市污水和工業廢水中的病原體（病原菌、病毒和寄生蟲卵），以防止疾病傳染，維護人群健康。

　　水處理過程中的氯化消毒是最通用的最重要的消毒步驟，但是在此以前的其他處理步驟也能有效地去除病原體。例如，廢水的二級處理出水用混凝沉澱法能去除病菌和病毒99.845％，而混凝沉澱-過濾法的去除率達99.985％。石灰混凝沉澱已被證明在高pH值條件下能有效地去除病毒並使其失去活性。氯化消毒能保證更徹底地殺滅病病原體，水中的餘氯還具有持續消毒作用。

　　有實用價值的消毒方法如下：物理消毒法，如加熱法，γ輻射、紫外線照射法等；化學消毒法，如投加重金屬離子（如銀和銅），投加堿或酸，投加表面活性化學劑，投加氧化劑（氯及其化合物、溴、碘、臭氧）等。在這些方法中，以氧化劑消毒應用最廣，其中以氯及其化合物消毒尤為通用，其次是臭氧消毒。紫外線照射法和投加溴、碘及其化合物的方法用於小規模水廠和特殊設施（如遊泳池）用水的消毒。

　　消毒劑是通過與病原體細胞在新陳代謝過程中所必需的酶作用，使酶失去活性而導致細胞死亡的。因為酶是在細胞原生質內產生的，所以對病菌的化學消毒在理論上是分兩步進行的：穿透細胞壁；與細胞中的酶反應。

　　給水和廢水的化學消毒效果主要取決於如下三個因素：病原體的性質及其在水中的濃度、分佈和狀態；消毒劑及其在水中的反應產物的性質、分佈和濃度；水的性質和狀況。

　　氯化消毒　可用氯和次氯酸鹽。氯加入水中，會發生如下的水解和電離反應而形成次氯酸(HOCl)和次氯酸根(OCl^-)：

Cl₂+H₂O⇌HOCl+H⁺+Cl^-

HOCl⇌H⁺+OCl^-

　　HOCl是中性分子，可以擴散到帶負電的細菌表面，並穿透細胞壁進入細菌內部起氧化作用，破壞細菌的酶系統使細菌死亡。OCl^-也具有殺菌能力，但帶負電，難以接近帶負電的細菌。HOCl和OCl^-的殺菌效果在試驗的條件下大致為80:1。HOCl和OCl^-在不同pH值下的分配率如圖1。控制水的pH值，以保持水中HOCl較高的百分率，能獲得較好的消毒效果。

水消毒處理方法一覽表

　　上面所說的是在沒有氨氮的水中的氯消毒狀況。實際上待消毒的水大多含有氨氮，向這種水中投氯後，水中氯和氮化合物的最重要的反應，是次氯酸與氨的反應。這是一個分段反應過程：

Cl₂+H₂O⇌HOCl+HCl

NH₃+HOCl*Cl+H₂O

NH₂Cl+HOCl*+H₂O

NHCl₂+HOCl*+H₂O在pH值大於9時，幾乎隻生成一氯胺；在pH值約為7.5時，一氯胺和二氯胺數量幾乎相同：在pH值小於6.5時，二氯胺占優勢；三氯胺隻有在pH值低於4.5時才存在。在水中有氯胺存在時，HOCl仍起著消毒作用，到水中的HOCl消耗完瞭後，反應才向左進行，繼續生成HOCl。因此，水中有氮化合物時，會使消毒過程變慢。

　　氯同氨的克分子比大於1時，發生氨的氧化和氯的還原；兩者的克分子比為2:1左右時，能發生基本上完全的氧化還原反應，並且經過一定的時間，導致氨和起氧化作用的氯完全從溶液中消失，此點稱為折點。然後隨著投氯量增加，水中的剩餘有效氯才逐漸增加（圖2）。

在折點前氯化的剩餘氯是化合態的有效餘氯，而在折點後氯化的剩餘氯則是遊離態的有效餘氯，這時消毒效果最好。

　　在折點以後繼續投氯，稱為折點氯化。由圖可知，這種方法的氯耗量明顯增大，但對污染較嚴重的水的去污消毒效果十分顯著，除殺滅細菌外，還可以降低水的色度，去除惡臭，去除錳、鐵，去除酚及其他有機污染物，並可控制藻類繁殖。采用折點加氯消毒後往往要有脫氯措施。脫氯可采用化學藥劑法（投加二氧化硫，亞硫酸鈉）和活性炭吸附法等。

　　二氧化氯雖然不屬於有效氯化合物（凡是水解形成次氯酸者）傢族，但是氧化能力約為有效氯的2.5倍，能在較寬的pH值范圍內，包括在高pH值環境中比有效氯更迅速地殺滅細菌和孢子。此外，它還能有效地去除色、臭、味、錳、鐵、酚及氯酚化合物和藻類。二氧化氯與有效氯不同，在水溶液中不會與氨反應，也不會與有機物反應生成三鹵代甲烷(THM)類化合物(其中有些被懷疑為致癌物質)。因此，用二氧化氯代替有效氯進行消毒，近年來受到普遍的重視。

　　臭氧消毒　臭氧不穩定，不能貯存，故隻能現場制造和應用。臭氧消毒的獨特優點在於它能高速和高效地殺滅病菌和病毒，消除囊孢。此外，它能氧化許多種有機化合物，而且臭氧分解後的唯一產物是氧。消毒作用在很寬的溫度和pH值范圍內有效。缺點是電耗大、費用大、沒有持續的剩餘消毒作用。

　　在大多數情況下，對低濁度（≤1度）和低有機物的水消毒，臭氧化5分鐘後的臭氧剩餘量為0.1毫克／升即可滿足要求。達到這一剩餘量的臭氧投量，取決於預處理的程度。在給水處理中，其投量范圍一般為1.5～3毫克／升；而在廢水的高級處理中，為使每100毫升水中的大腸桿菌含量降至2.2個以下，每升水需要的臭氧投量約為15毫克。

　　紫外線消毒　紫外線是由低壓汞蒸汽燈產生的，其波長為2000～3000埃，而波長為2537埃左右的紫外線殺菌作用最大。由紫外線消毒的水必須以盡可能薄的水層，圍繞紫外線燈流動，水必須完全清徹。波長2537埃的紫外線的衰減系數，對過濾水為0.03每厘米，而未過濾水為0.2每厘米。

　　一支25瓦的紫外燈每小時大約可消毒2000升水，消毒過程中水層厚度為15～20厘米。紫外線照射分別達到3000、1500和750毫瓦·秒／厘米²時，大腸桿菌的死亡率分別為99.99％、99.00％和90.00％。

　　

參考書目

　Degremont，Memento Technique d'L'eau，Chapitre15，"Oxydation Desinfection"，Techniques & Documentation，Paris，1978.

　G.L.Culp， G. M. Wesner & R. L. Culp， AdvancedWastewater Treatment，Chapter6，“Disinfection”，VNR，New York，1979.