饮用水消毒技术

饮用水消毒技术一、饮用水消毒的重要性“凡味之本，水为最始”。

科学研究证明，一切事物的起源都是从水开始的，水是自然界不可缺少的重要基础物质，可以说没有水，也就没有生命存在。

在城镇建设发展中，给水系统是重要的基础设施，关系到人民群众的身体健康和生命安全。

对城镇给水系统来说，生活饮用水的供应量、供水水质是衡量一个水厂的重要标志之一。

生活饮用水的消毒是最基本的水处理工艺，它是保证用户安全用水必不可少的措施之一。

联合国环境和发展机构指出，人类约有80%的疾病与细菌感染有关，其中60%以上的疾病是通过饮用水传播的，80%的人类疾病与50%的儿童死亡率与饮用水的水质有关，平均每年约有2.5亿人因饮用不洁净的水而发生疾病。

即使是发达国家也无法根除水媒传染病的发生。

世界卫生组织统计，全球约有10亿人不能得到洁净的饮用水，人类要把平均高达1/10可用于生产的时间消耗在与水有关的疾病上。

历史上因水质问题对人类造成过许多危害。

1854年间英国伦敦遭受霍乱菌的袭击，John Snow进行了流行病学研究，确认了水媒疾病的严重性和饮用水消毒的必要性。

但是直到1880~1885年间，Louis Pasteur确立了疾病的细菌理论后，人们才逐渐认识到水是消化道致病的重要媒介。

2004年阿根廷罗哈斯市由于自来水系统维护不力，3/4的投药设备发生故障，没有消毒，城市管网系统缺乏维护，蓄水池及二次水池没有清洗消毒，造成痢疾杆菌通过自来水管道传播蔓延，导致该市 2.3万人中有近3000人感染了志贺细菌性痢疾。

今年4月，贵州的“竹园”桶装水也由于消毒出现问题，导致了多家单位人员感染甲肝。

二、饮用水中病原微生物及其控制指标1、水中的病原体及其传播1）水中的病原体能感染人类的微生物主要有细菌、原生动物、寄生虫、病毒、真菌等五类，其中一些需要水生的宿主来完成其生命周期，另一些是以水为媒介来感染人类。

细菌的尺寸一般为0.2~80微米的范围，通常病原细菌要小些，一般不超过5微米。

一般细菌的等电点大都以PH3.0~3.5左右，所以在常见的PH 值范围6.5~8.5内，水中的大多数细菌是带负电的。

这个性质使得带负电的消毒剂分子不易接近细菌，从而影响消毒效果。

但是由于细菌是带负电，因此能在水处理的混合沉淀工艺中被部份去除。

以水为媒介的传染病细菌主要有杆菌、弧菌、钩端螺旋体及其它病菌等。

对人类致病的原生动物主要有各种溶组织变形虫、贾第虫、隐孢子虫等。

其虫体和卵囊的大小在0.75~21微米的范围内。

常见的危害人类的寄生虫有肠道寄生虫如蛔虫、钩虫、绦虫、丝虫，以及肺吸虫、血吸虫、麦地那龙线虫等。

病毒的体积要比细菌小得多，大小范围约为0.02~0.45微米。

病毒外部有蛋白质外壳保护内部的核酸，消毒剂必须进入外壳破坏核酸才能将病毒杀死。

水可传播病人的排泄物中的上百种病毒。

水中寄生性真菌一般并不通过水感染人类，但一些真菌可通过公共浴场和泳池形成皮肤交叉感染，如霉菌等。

水中的病原微生物被某种消毒工艺杀死以后，一般其分解产物可能仍在水中，这些分解产物对水的大多数用途没有影响，但如将含有这种产物的水作为医用注射稀释液时，会引起实验动物或人类的体温升高，因此这种产物被称作“热原质”，有的消毒工艺（如膜过滤法）可以去除这种热原质。

2）病原体的传播途径病原体的存活需要一定的温度等条件，在进入水体后，由于对生活环境的不适应会逐渐死亡（所以水窖对水的长时间贮存也具有消毒作用），但它们仍能在水中存活一定的时间，在此期间仍然有感染力。

病原体在水中存活期间以人类直接接触和被宠物、鼠类等动物接触间接感染人类的方式传播疾病。

2、饮用水水质标准中的生物控制指标水中的致病微生物有很多种，这些微生物的浓度很低，测定手续复杂费时，工作人员还有被感染传播的危险，因此在实际水质检验中常用具有一定代表性的指示生物指标来衡量饮用水的消毒效果。

常用的指示微生物有总大肠菌群、粪大肠杆菌、埃希氏大肠杆菌等。

这些微生物一般对人体无害，只是在病原体存在的地方也存在，数量大于病原体的数量，并且对水处理消毒的耐受性比病原体强，检验也方便快捷。

如果取水水源中没有检测到这些指示微生物，可以理解为水源没有受到粪便病原体污染。

但是，在饮用水消毒中，由于消毒灭活各类微生物要求的消毒剂浓度值以及杀灭作用时间不同，病原体的生存规律也和大肠菌不是完全相同，因此大肠菌作为饮用水生物安全性的控制指标实际上并不全面，因此在饮用水水质分析中通常是用浑浊度、PH值、消毒剂接触时间及剩余浓度等指标与指示微生物检验结果综合作出判断。

在我国2006年新颁的《生活饮用水标准》GB5749-2006中规定饮用水消毒后的微生物控制指标为：浊度≤1NTU；接触30分钟后，氯消毒余氯≥0.3mg/L，二氧化氯余氯≥0.1mg/L；细菌≤100cfu/100ml（国家建设部《城市供水水质标准》CJ/T 206-2005中规定细菌≤80cfu/100ml）；总大肠菌群（MPN/100ml）不得含有。

三、饮用水消毒技术发展历史历史研究表明，埃及人首先采用明矾去除水中的悬浮物。

估计在文明开始的时候，人们就将水煮沸后饮用。

一份4000年前的古印度文指示人们在饮用不干净的水之前应煮沸，在日光下暴晒，将一块灼热的铜在水中浸泡数次，并用土制容器过滤和冷却。

在十八世纪80年代中期细菌致病理论建立之前，人们认为臭味是疾病传播的媒介，并据此假设发展水和污水消毒的实践。

十九世纪开始，人类主动利用氯系化合物等化学药剂消毒杀菌，1820漂白粉的被发明后，应用到饮用水的消毒和创伤感染治疗上，效果良好，是化学消毒杀菌法的第一个里程碑。

此后人们在饮用水消毒剂方面又开发了第二代消毒剂二氯异氰脲酸（其钠盐即二氯异氰脲酸钠又称为优氯净）和第三代消毒剂三氯异氰脲酸（又称为强氯精），它们目前仅用于小规模的消毒。

华宁县自来水厂现在使用的二氧化氯被称作第四代杀菌消毒剂。

1）氯消毒一开始氯是作为水的除臭剂而不是消毒剂使用的。

据记载约1835年有建议在沼泽水中加氯使之适口。

1897年英国在伤寒流行之后使用漂白液对管网水进行消毒。

将氯作为水常规处理工序，一般认为是从1902年开始的，比利时的Maurice Duyk在滤前使用氯化石灰和高氯酸铁，应用于Middlelkerke城的供水。

1914年预氯化工艺被引进美国，作为助凝措施和消毒，1940年进行了折点加氯实验。

2）臭氧消毒最早的臭氧饮用水处理是从19世纪末在德国、荷兰和法国开始的。

中国在解放前曾使用过一台德国的制的臭氧发生器进行少量的饮用水处理，1964年开始研究臭氧发生器，1969年开始应用于实践。

3）二氯化氯消毒1900年就有人尝试用二氧化氯消毒，1944年在尼亚加拉瀑布水厂得到大规模的应用，以控制酚味和臭味。

20世纪五十年代开始二氧化氯逐渐在饮用水消毒领域得到应用。

1970年二氧化氯被广泛接受为饮用水消毒剂，欧美数百家水厂都相继开始用二氧化氯作为消毒剂。

中国国内是在近几年开始试行二氧化氯或二氧化氯—氯气混合消毒，取得了显著效果。

4）碘消毒碘酊消毒是在1915年提出的，1945年生产出稳定的碘片，每升水加1~2片，10min后能杀死肠道细菌、阿米巴孢囊和血吸虫尾蚴，该碘片1950年被美国军队采用。

5）紫外线消毒1909-1910年，紫外线消毒设备在法国马赛水厂实验性应用成功，规模为25M3/h，至今在欧洲采用紫外线消毒的饮用水处理厂已超过2000多座。

由于人们发现紫外线在控制病原虫方面具有显著的效果，因此紫外线消毒下逐渐成为净水处理中的重要手段。

四、饮用水消毒效率及其影响因素1、消毒效率的影响因素1）目标生物的种类、浓集程度、分布和在水中的聚集状态2）消毒剂的性质、浓度、在水中的分布状态、反应产物的性质和接触时间3）被消毒水的性质4）混合情况5）水的温度2、消毒剂的作用方式1）消毒剂的主要作用机理①破坏细胞壁②改变细胞壁和细胞膜的渗透性能③改变细胞原生质的性质④破坏细胞生命过程中起关键作用的酶2）消毒剂的作用过程对于常用的消毒剂而言，消毒机理至少涉及两个阶段：一是消毒剂通过细胞壁侵入细胞；二是消毒剂与细胞内部的酶反应。

由于细胞壁一般带负电，因此中性分子的消毒剂比带负电的消毒剂更为有效。

3、消毒方法的选择1）消毒效果2）消毒剂的价格3）消毒剂应用的健康考虑4）消毒反应产物的性质和后果5）药剂发挥作用的稳定性6）可监测性7）消毒作用的灵敏性和作用范围8）消毒剂性质的可操作性五、饮用水物理消毒技术1、物理消毒技术概述物理消毒法一般是采用某种物理效应，如起声波、电场、磁场、辐射、热效应等作用干扰或破坏微生物的生命过程，达到消毒的目的。

常用的物理消毒方法有加热、辐射、过滤、电场处理、磁场处理、超声波处理等。

加热是最古老的饮用水消毒方法之一，加热杀菌的机理通常认为是细胞内的蛋白质和有机物（包括酶）的凝集变性，使对生物生命过程很关键的细胞器功能失效。

辐射分为电离辐射与非电离辐射两种。

非电离辐射不能使空气介质电离，它包括紫外线、红外线和微波。

其中红外线和微波主要依靠加热杀菌。

电离辐射能使射线穿过的空气介质电离，它包括高能量的X射线、r射线和电子流（阴极射线）。

过滤也属于物理消毒的范畴，在水处理的历史上,曾经有采用慢滤池供水的水厂限制了霍乱和伤寒蔓延流行的事例,通常认为当出水浊度在0.1NTU时病原菌的去除率在99.99%。

过滤有深层过滤、生物膜过滤和膜过滤等。

2、紫外线消毒技术1）紫外线的性质及产生日光照射是天然的消毒方法之一，人类在晾晒食物和物品的时候注意到日光有杀菌、除臭和漂白的作用，但很久以后才将这些效果归功于紫外线。

紫外线是一种波长在100~400纳米范围内的不可见光，通常波长低于200纳米的紫外线能有效地生成臭氧；200~280纳米的范围是杀菌的波段。

最常见的紫外线源由水银蒸汽电弧灯产生，用石英玻璃或对紫外线透明的材料制造外壳。

一般在消毒实践中采用的是200~275纳米波段的紫外线。

2）紫外线杀菌原理紫外线在波长为240~280nm的范围内最具有杀菌效能，尤其在波长253.7nm杀菌能力最强。

此波段与微生物细胞中的脱氧核糖核酸的紫外线吸收和光化学敏感性范围重合，通常认为紫外线能改变和破坏核蛋白质（DNA 和RNA），导致核酸结构突变，改变了细胞的遗传转录特性，使生物体丧失蛋白质的合成和繁殖能力，其它的的蛋白质吸收（苯基丙氨酸、色氨酸和酪氨酸中的芳香环的吸收峰约为280nm）也对紫外线的杀菌过程发挥作用。

DNA核酸的相对分子量约为107，是微生物的信息复制中心。

核酸中诸如胸腺嘧(mì)啶(dìng)等成份能确定分子中化学反应的位置。

胸腺嘧啶会吸收光子并由此在DNA编码系统中引入错误。

因此在吸收紫外线辐射后，紫外线的能量会激发细胞的分子，产生细胞分子结构的变化,使下述的各种过程（都可能？）发生：对胸腺嘧啶或胞核嘧啶进行水解；产生胸腺嘧啶二聚物，导致DNA链内环丁烷的生成；在DNA链之间生成环丁烷二聚物；产生二聚物，生成特殊结构，如在嘧啶基上生成所谓“孢光产物”；在蛋白质和DNA之间生成交联键；破坏DNA分子基本结构中的磷酸键；不可逆的破坏氢键；在光催化作用下微生物细胞膜的不饱和磷酯发生过氧化，导致细胞膜到渗透性改变，细胞膜的生理功能瘫痪；细胞内酶的作用发生变化。