二次供水系统消毒方法比较

摘要：根据二次供水系统情况，总结了各种消毒技术的原理和优缺点，分析认为单纯采用一种消毒方式可能无法满足二次供水单元的需求。建议在二次供水设计中选用“微电解—二氧化氯”组合工艺，可以很好地解决二次供水中消毒问题，并且可以产生余氯和防止藻类滋生。

关键词：二次供水、微电解消毒、二氧化氯消毒、组合工艺

Disinfection methods comparing on secondary water supply system

CHEN Pei1CAI Jianming2

(1 Zhejiang Huazhi architecture design. Co., Ltd, Ningbo 315040; 2 Zhejiang Dean Sci. & Tech. Corp., Ltd, Ningbo 315040)

Abstract: This paper summarizes the principles, advantages and disadvantages of the disinfection technology which are used on secondary water supply system. It seems that an integrated process contained micro-electrolysis and chlorine dioxide disinfection suits for the secondary water supply system. Not only can solve the problem of secondary disinfection of water supplies, but also can produce chlorine and prevent algae breeding.

Key words: secondary water supply system, micro-electrolysis disinfection, Chlorine dioxide disinfection, integrated process

中图分类号：TV674

引言：水与人类生存息息相关，饮水卫生是保障人体健康的必备条件。城市供水质量优劣直接关系到千百万人的身体健康。过去，由于城市范围较小，城区供水为直接供水，影响因素较少，供水质量好。近几年来，随着城市建设的飞速发展，高层建筑日益增多。由于供水压力不足，直供无法满足用户要求，因此很多高层住宅采用增设低位蓄水池和高位水箱的二次加压供水办法来满足居民的用水需要。另外，部分处于管网末端的用户也需要二次供水。二次供水已成为城市供水不可缺少的环节，它缓解了城市供水压力不足和水量分配不平衡，解决了多层建筑和低水压区单位和居民的用水问题。

二次供水单位最关键的是要解决经常性的消毒问题[[[]二次供水技术规程[S] CJJ140-2010. 北京：中国建筑工业出版社],[[]建筑给水排水设计规范[S] GB50015-2003（2009版）. 北京：中国建筑工业出版社]]，清洗过程中的消毒只能维持较短时间，只有坚持经常性消毒才能确保水质的卫生安全。

一、消毒方法技术经济比较

目前我国二次供水系统常用的消毒方法主要有：紫外线消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、微电解消毒、次氯酸钠消毒和组合工艺。

1. 紫外线消毒

大量的研究和实验证明，水的紫外线灭菌主要是通过紫外线对微生物的辐射，生物体内的核酸吸收了紫外线的光能，损伤和破坏了核酸的功能使微生物致死，从而达到消毒的目的。

波长在200~300nm之间的紫外线为灭菌紫外线，以256最强。微生物核酸吸收了紫外线的能量，使核酸突变，阻碍其复制，转录封锁蛋白质合成。紫外线能够改变DNA和RNA的含氮杂环，以导致形成新的键结分子。DNA吸收了紫外线能量使链条断裂，DNA分子间的交联被破坏，胞嘧啶和尿嘧啶发生水合作用，形成新的胸腺嘧啶二聚体，从而破坏了嘧啶与嘌呤的正常配对，改变了DNA的生物学活性，使微生物自身不能复制，这就是微生物最重要的紫外线损伤，也是致死性损伤。大量研究证明，胸腺嘧啶二聚体的增加与细菌死亡率有直接的正比关系。

另外，水分子在紫外线的照射下，可产生超氧阴离子/过氧化氢/羟自由基，水中的溶解氧在紫外线作用下也会产生激发基态氧分子。这些自由基状态下的活性氧可使微生物体内的DNA损伤，受到损伤后的DNA将发出错误的信息，造成细胞代谢发生紊乱，或作用于细胞中的蛋白质使其失去活性，从而导致细胞的死亡。

紫外线消毒有如下优势：

高效率杀菌

紫外线对细菌、病毒的杀菌使用一般在1~2秒即可达到99~99.9%的杀菌率。

高效杀菌广谱性

紫外线杀菌的广谱性是最高的，它对几乎所有的细菌、病毒都能高效率杀灭。

无二次污染

紫外线杀菌不加入任何化学药剂，因此它不会对水体和周围环境产生二次污染。不改变水中任何成分。

运行安全、可靠

传统的消毒技术如采用氯化物或臭氧，其消毒剂本身就是属于剧毒、易燃的物质。而紫外线消毒系统不存在这样的安全隐患。

投资成本及运行维护费用低

紫外线杀菌设备占地小，构筑物要求简单，因此总投资较少。在运行方面成本也较低，在千吨水处理量水平，它的成本只是氯消毒的1/2。

2.二氧化氯消毒

二氧化氯[[[]林平. 二氧化氯应用于水厂消毒的优缺点[J]. 林业科技情报. 2002, 34(3):50.]]作为一个强氧化剂，它还具有除藻、剥泥、防腐、抗霉、保鲜、除臭、氯化及漂白色等多方面的功能，用途十分广泛。

二氧化氯灭菌消毒剂经美国食品药物管理局(FDA)和美国环境保护(EPA)的长期科学试验和反复论证，考验了ClO2对饮用水的处理效果后，被确认为是医疗卫生、食品加工中的消毒灭菌、食品(肉类、水产品、果蔬)的防腐、保鲜、环境、饮水和工业循环及污水处理等方面杀菌、清毒、除臭的理想药剂，是国际上公认的氯系消毒剂最理想的更新换代产品。

二氧化氯消毒具有广谱高效快速的特点，对大肠杆菌、葡萄球菌、军团菌、绿脓杆菌、霍乱病菌、沙门氏菌、痢疾杆菌、脊髓灰质炎病毒、肝炎病毒等均有很好的杀灭作用。且不会产生致癌的卤代烃(THMs )，不会有氯酚、氯胺等用氯时的副作用。其缺点是不能储存，需要现场采用二氧化氯发生器制取，就地投加。

二氧化氯是国际上公认的含氯消毒剂中唯一的高效消毒灭菌剂，它可以杀灭一切微生物，包括细菌繁殖体，细菌芽孢，真菌，分枝杆菌和病毒等，并且这些细菌不会产生抗药性。二氧化氯对微生物细胞壁有较强的吸附穿透能力，可有效地氧化细胞内含巯基的酶，还可以快速地抑制微生物蛋白质的合成来破坏微生物。

高效、强力

在常用消毒剂中，相同时间内到同样的杀菌效果所需的ClO2浓度是最低的。对杀灭异养菌所需的ClO2浓度仅为Cl2的1/2。ClO2对地表水中大肠杆菌杀灭效果比Cl2高5倍以上。二氧化氯对孢子的杀灭作用比氯强。

快速、持久

二氧化氯溶于水后，基本不与水发生化学反应，也不以二聚或多聚状态存在。它在水中的扩散速度与渗透能力都比氯快，特别在低浓度时更突出。当细菌浓度在105~106个/ml时，0.5ppm的ClO2作用5分钟后即可杀灭99%以上的异养菌;而0.5ppm的Cl2的杀菌率最高只能达到75%，试验表明，0.5ppm的ClO2在12小时内对异养菌的杀灭率保持在99%以上，作用时间长达24小时杀菌率才下降为86.3%。

广谱、灭菌

ClO2是一种广谱型消毒剂，对一切经水体传播的病原微生物均有很好的杀灭效果。二氧化氯除对一般细菌有杀死作用外，对芽孢、病毒、异养菌、铁细菌、硫酸盐还原和真菌等均有很好的杀灭作用，且不易产生抗药性，尤其是对伤寒，甲肝、乙肝、脊髓灰质炎及艾滋病毒等也有良好的杀灭和抑制效果。ClO2对病毒的灭活比O3和Cl2更有效。低剂量的二氧化氯还具有很强的杀蠕虫效果。

无毒、无刺激

急性经口毒性试验表明，二氧化氯消毒灭菌剂属实际无毒级产品，积累性试验结论为弱蓄积性物质。用其消毒的水体不会对口腔粘膜、皮膜和头皮产生损伤，其在急性毒性和遗传毒理学上都是绝对安全的。

安全、广泛

二氧化氯不与水体中的有机物作用生成三卤甲烷等致癌物质，对高等动物细胞、及染色体无致癌、致畸、致突变作用。ClO2对还原性阴、阳离子和氧化效果以去毒为主(H2S、SO32-、CN-、Mn2+)，对有机物的氧化降解以含氧基团的小分子化合物为主，这些产物到目前的研究为止，均证明是无毒害用的，并且ClO2使用剂量极低，因此用ClO2消毒十分安全，无残留毒性。其安全性是被世界卫生组织(WHO)定为AI级。

3.臭氧消毒

臭氧具有强氧化性，其氧化能力仅次于氟，能迅速杀菌消毒，并能消除有机物的影响，从而降低水中生物耗氧量和化学耗氧量浓度，降低色度、浊度、悬浮固体量，除臭除味。臭氧作用于病菌使其失活的机理是不仅通过和细胞表面物质反应，同时还通过渗入其细胞膜内同细胞质物质反应，改变其DNA结果。臭氧所具有的强氧化性和易于通过微生物细胞膜的性能，使臭氧具有强大的杀藻和灭菌能力，能杀死水中细菌、大肠菌群、隐孢子虫、贾第虫孢囊、病毒等。臭氧的分解产物是氧气，因此不产生二次污染，无加氯处理的副作用。但消毒缺乏持久性，无法像氯消毒一般在管道中形成余氯，另外使用成本偏高也是限制其发展的原因之一。

4. 微电解消毒

大量的研究与实验结果表明，当直流电通过待处理水体时，具有较强的消毒作用。这种微电解灭菌机理是十分复杂的，它的实质是电化学过程中产生的具有灭菌能力的物质与直接电场综合作用的结果。它的主要作用机理有以下几个方面：

阳极上Cl-的氧化产物产生Cl2的作用；

阳极上OH-氧化中间产物活性氧原子[O]的作用；

阳极上产生的臭氧O3的作用；

阳极上CO32-和SO42-产生的高碳酸盐和过硫酸盐的作用；

阴极上溶解氧 O2还原产物过氧化氢HO2-的作用；

直流电场对微生物的直接破坏作用。

微电解消毒特点如下：

产生的混合性杀菌物质杀菌能力优于臭氧和含氯杀菌剂；

无“三致物质”（致畸、致癌、致突变）生成，不对人体健康产生危害；

能持续杀菌，不必补充含氯杀菌剂；

有电混凝功能，能减少或不加混凝剂；

安全性好，能自动运行，对操作人员技术要求低；

可软化、活化水质、降低硬度；

运行费用低。

5. 次氯酸钠消毒

次氯酸钠溶液由无隔膜电解3%-4%食盐水制得，杀菌效果好，并有持续杀菌能力，消毒液可避光保存，并且可随水量变化实现自动投加，因此可灵活选择投加地点。缺点是有消毒副产物，其析出产物氢气需有可靠的排除、防爆措施。随着人们对消毒副产物的逐渐关注，次氯酸钠不宜作为二次供水消毒方式。

6. 推荐工艺

从各种消毒方式的对比可以看出，各种方式均有各自的特点和适用范围。目前国内二次供水设计中并没有很好地考虑消毒问题，规范[2]建议在水箱有效容积在资料不足时，宜按建筑物最高日用水量的20%~25%确定。一般情况下，认为48小时内能得到更新，满足规范[2]的要求，可以不考虑消毒问题，但规程[1]中已明确，二次供水设施的水池（箱）应设置消毒设备。在实际使用过程中，由于水箱（池）中的水停留时间较长，缺乏消毒设备，往往会造成水质恶化的现象。

因此，笔者建议在二次供水消毒的问题上，需要解决两点：（1）藻类问题；（2）病菌问题。微电解消毒的方式能够很好地抑制藻类滋生；同时在消毒设计中若留有余氯，则能很好地避免病菌滋生。次氯酸钠由于易产生消毒副产物，已渐渐退出市场。二氧化氯消毒方式随着二氧化氯发生器的不断发展，已经逐渐占据了市场主体。而臭氧和紫外消毒虽然可以有效地杀灭病菌，但由于缺乏持久性消毒作用，供水管线较长或用水时间间隔较长的情况下不建议使用。因此，设计中推荐采用“微电解—二氧化氯”联用的方式作为二次供水消毒的主要方式。

三、结束语

综上所述，从消毒机理、特点、安全性、能耗、一次性投资、管理等方面来考虑，笔者认为，设计时单纯采用一种消毒方式可能无法满足二次供水单元的需求。建议在二次供水中选用“微电解—二氧化氯”组合工艺，可以很好地解决二次供水中消毒问题，并且可以产生余氯和防止藻类滋生。

参考文献

[1]二次供水技术规程[S] CJJ140-2010. 北京：中国建筑工业出版社

[2]建筑给水排水设计规范[S] GB50015-2003（2009版）. 北京：中国建筑工业出版社

[3]林平. 二氧化氯应用于水厂消毒的优缺点[J]. 林业科技情报. 2002, 34(3):50.