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新冠疫情的啓示:如何選擇水處理消毒

時間:2020-11-19 14:24

來源:環保林工

評論(

  污水在市政污水處理廠內經一級、二級處理後,水質可以得到一定程度改善,但其中的細菌含量仍非常可觀,仍舊存在病原菌的危害。

  我國城鎮污水處理廠採用氯化法對污水進行消毒會產生有害副產物,影響人體健康的問題現已廣為人知。這是因為氯與污水中有機物反應會“同時發生”氧化和取代反應:氧化反應可以促使去除有機物,而取代反應則是氯與有機物結合形成了有致突變或致癌活性的鹵化物-三滷甲烷(一種致癌物質有機氯,既不能降解也不能被消化,會導致DNA突變、干擾免疫系統和細胞生長,引起直腸,膀胱癌和乳腺癌等危害)。

  美國規定三滷甲烷的最大濃度為100μg/L,德國、加拿大、日本也分別規定為25μg/L、350μg/L、100μg/L。我國1985年版《生活飲用水衞生標準》中也規定了氯仿(學名:三氯甲烷)的上限為60μg/L,同時提倡採用其他消毒工藝進行替代(如紫外線消毒、二氧化氯、臭氧等),以減少有害物質的生成。

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  綜上所述,行業最常用的消毒工藝有紫外線消毒、次氯酸納、二氧化氯。

  次氯酸類消毒劑主要有液氯、漂白粉、漂粉精、氯片、次氯酸鈉等形態,以上產品異曲同工,主要是通過HOCl起殺菌消毒作用。

  次氯酸類消毒的缺點是容易和水中的有機物生成氯代烴,而氯代烴已被確認為是對人體健康極為不利的,同時處理過的水會有一些令人不快的氣味。次氯酸類消毒劑粉塵和放出的氯氣對人的呼吸道、眼睛及皮膚都有強烈的刺激作用,如果不慎濺入眼睛或觸及皮膚,要立即用大量清水沖洗。存放環境要陰涼、通風乾燥,遠離熱源和火種,不能與有機物、酸類及還原劑共儲混運,運輸過程中要防止雨淋和日光曝曬,裝卸時動作要輕,避免碰撞和滾動。

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  一、液氯消毒

  氯氣在常壓下是黃綠色氣體,零度和一個大氣壓下的密度為3.2mg/mL,約為空氣的2.5倍重,具有強烈的刺激性。

  一般採用電解食鹽水溶液的方法制取氯氣,然後將氯氣加壓冷卻製得液氯,液氯極易氣化,沸點是-34.5oC。加壓後的液氯成為黃綠色透明液體,1kg液氯氣化後體積可以變為300L。氯性質很活潑,能溶於水,溶解度隨水温的升高而降低。氯是具有強烈刺激性的窒息氣體,對人的呼吸系統、眼部及皮膚都能產生傷害,空氣中最高允許濃度為1mL/m3。雖不自燃,但可以助燃,在日光下與其他易燃氣體混合時會發生燃燒和爆炸,可以和大多數物質起反應。

  氯是一種強氧化劑,具有殺菌能力強、價格低廉、來源方便的優點,是水處理行業應用歷史最為悠久的消毒劑。氯消毒的機理是依靠水解生成的次氯酸HOCl向微生物的細胞壁內擴散,與細胞的蛋白質反應生成化學穩定性極好的N-Cl鍵。

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  二、次氯酸鈉

  固態次氯酸鈉NaClO為白色粉末,具有刺激性氣味,在空氣中極不穩定,受熱後迅速分解。商品固態次氯酸鈉的有效氯一般為10%~12%,常用製備方法是液鹼氯化法,即在30%以下的氫氧化鈉溶液中通入氯氣進行反應。商品固態次氯酸鈉使用方便,但消毒效果比氯消毒差,費用也高於氯消毒。

  由於次氯酸鈉容易因陽光、温度作用而分解,一般用次氯酸鈉發生器就地製備後應立即投加。利用鈦陽極電解食鹽水(沿海地區可用海水作為鹽溶液),得到的次氯酸鈉溶液是淡黃色透明液體,含有效氯6g/L~11g/L。每生產1kg有效氯,食鹽消耗量約3~4.5kg,耗電量5~10kWh。

  次氯酸鈉固體或溶液都不宜久存,而且必須在避光低温環境下存放。次氯酸鈉溶液最好是使用多少,生產多少。氣温低於30oC時,每天損失有效氯0.1~0.15mg/L,如果氣温超過30oC,每天損失有效氯可達0.3~0.7mg/L。因此,如果為了具有一定儲備量以備用,一般夏天儲存時間不超過一天,冬天不超過7d。

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  三、二氧化氯

  二氧化氯(ClO2)是一種黃綠色氣體,性質極不穩定,有刺激性氣味,毒性比氯更大,相對密度為2.4。二氧化氯常温下即能壓縮成液體,並很容易揮發。二氧化氯極易爆炸,温度升高、暴露在光線下或與某些有機物接觸摩擦,都可能發生爆炸且液體二氧化氯比氣體二氧化氯更易爆炸。在空氣中體積濃度超過10%時或水中二氧化氯濃度超過30%就會發生爆炸。二氧化氯易溶於水,在水中的溶解度是氯的5倍,但ClO2不和水起化學反應,在水中極易揮發,在光線照射下容易發生光化學分解。貯存在敞開容器中的ClO2水溶液,ClO2含量會下降很快。因此,二氧化氯不宜貯存,最好現場製取和使用。

  市場銷售的商品穩定二氧化氯溶液,多為無色或略帶黃綠色透明液體,二氧化氯含量一般在2%左右,而且要加入一定量的特製穩定劑(如碳酸鈉、硼酸鈉及過氯化物的水溶液或二乙烯三胺五亞甲基膦酸等),但運輸和儲存時仍要注意避開高温和強光。因此採用二氧化氯消毒時最好在現場邊生產邊使用。二氧化氯殺菌後生成無毒物質,對環境水體沒有污染。

  國內市場有許多使用電解法生產二氧化氯的設備,實際上這些設備製造的所謂二氧化氯至多是二氧化氯和氯的複合物,不可能徹底解決氯類消毒劑會產生氯代烴的問題,而且已經有使用複合二氧化氯時發生爆炸的事例。

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  四、臭氧

  人類發現臭氧已經有一百多年的歷史。在距離地球表面15~25公里高空,因受太陽紫外線照射的緣故,形成了包圍在地球外圍空間的臭氧層,厚厚的臭氧層是人類賴以生存的保護傘。臭氧分子式為O3,是氧的同素異構體,又名三原子氧,因其類似魚腥味的臭味得名,雷電後的腥臭味即是電擊產生臭氧而使周圍空氣具有的氣味。在常温常壓下,較低濃度的臭氧是無色氣體,當濃度達到15%時,呈現出淡藍色。臭氧的沸點是-112oC,密度是2.144g/m3,是氧的1.65倍。可燃物在臭氧中燃燒比在氧氣中燃燒更加猛烈,可獲得更高的温度。

  臭氧在水中的溶解度較高,在同樣條件下是純氧的10倍。臭氧分子結構極不穩定,容易分解成氧氣,而且臭氧在水中比在空氣中更容易自行分解。臭氧在空氣中的半衰期一般為20~50分鐘,一般隨温度與濕度的增高而加快。臭氧在水中半衰期約為35分鐘,隨水質與水温的不同而有所變化。臭氧在水溶液中的穩定性受水中所含雜質的影響較大,特別是有金屬離子存在時,臭氧會迅速分解為氧氣。

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  五、紫外線(UltraViolet)消毒

  紫外線殺菌是通過紫外線的照射,破壞及改變微生物的DNA(脱氧核糖核酸)結構使細菌當即死亡或不能繁殖後代,達到殺菌的目的。真正具有殺菌作用的是UV-C紫外線,因為C波段紫外線極易被生物體DNA吸收,尤以253.7nm的紫外線殺菌效果最佳。

  紫外線殺菌燈的發光譜線主要有254nm和185nm兩條:254nm紫外線通過照射微生物的DNA來殺滅細菌、185nm紫外線可將空氣中的O2變成O3(臭氧),臭氧具有強氧化作用,可有效地殺滅細菌,臭氧的彌散性對紫外線的殺菌效果有增益作用。

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  紫外線消毒屬於純物理殺菌方法,具有簡單便捷、廣譜高效、無二次污染、便於管理、易實現自動化等優點,伴隨各種新型設計的紫外線殺菌燈管的推出,紫外線消毒的應用範圍也在不斷地擴大。

編輯:王媛媛

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