摘要：文章首先阐述了饮用水消毒方法。活性炭吸附，臭氧氧化，光催化氧化等处理技术。
关键词：饮用水；处理技术；水源污染
引 言
随着经济的发展和人们生活水平的日益提高，人们对于直接关系到身体健康的饮用水的水质越来越关心。地表水源污染日趋严重，导致饮用水中有毒有害物质明显增加。尤其是水体中种类繁多的有机物绝大部分对人体有急性或慢性、直接或间接的致毒作用，有的还能积累在组织内部改变细胞的DNA结构，对人体产生“三致”（致癌、致畸、致突变）。世界卫生组织（WHO）调查资料表明，全球人类得病原因中水质不良占80%。美国78个城市统计资料表明，传染病致病原因中水质问题约占95%。因此，研究饮用水的净化技术对保障人体健康有重要意义。
一、消毒
水的消毒方法可分为物理消毒和化学消毒两大类，物理方法有加热法、紫外线法、超声波法等；化学方法有加氯法（或加漂白粉），臭氧法或其它氧化剂法等。这些方法各有特点，但由于氯价格低廉，消毒效果良好和使用较方便，所以目前水厂采用加氯法最为普遍。
1.1氯消毒
（1）氯消毒的原理
氯气加入水中后，产生一系列化学反应。氯首先水解产生次氯酸，其反应如下：Cl2+ H2O = HClO+ H++ Cl-次氯酸是一种弱电解质，它按下式离解成H+和ClO-：
HClO = H++ ClO-
对于消毒机理，近代认为，次氯酸HClO起了主要的消毒作用。其解释是细菌表面带有负电荷，离子状态的ClO-由于同性电斥力而很难靠近细菌表面，因此消毒效果很差。次氯酸HClO是很小的中性分子，只有它才能很快地扩散到细菌表面，并透过细胞壁进入细胞内部，借氯原子的氧化作用破坏菌体内的酶系统（酶是促进葡萄糖吸收和新陈代谢作用的催化剂）而使细菌死亡。即然HClO在消毒中起主要作用，所以加氯消毒的效果视次氯酸HClO的多少而定。
HClO与ClO-在水溶液中的比值决定于pH值和温度。图1表示在0℃和20℃时，不同pH值时的HClO和ClO-的比例。pH值高时，ClO-较多，当pH>9时，ClO-接近100%；pH值低时，HClO较多，当pH <6时，HClO接近100%。当pH=7.54时，HClO和ClO-大致相等。从图中可以看出pH值越低，所含的HClO越多，消毒作用越强。
2NaOH+ Cl2= NaClO + NaCl + H2O
次氯酸钠的消毒作用仍靠HClO，反应
如下：
NaClO + H2O = HClO + NaOH
NaClO不含悬浮杂质，适用与滤后消毒。其缺点为电耗大，价格贵且次氯酸钠不宜久存，夏季当天制取当天使用完，冬季可以储存一周。
（2）漂白粉消毒
漂白粉消毒的原理和氯消毒相同。漂白粉是用氯气和石灰制成，分子式为Ca（ClO）2，有效氯约30%。还有一种叫漂白精，化学式是Ca（ClO）2，有效率≥ 60%。两者均为白色粉末，有氯味，受热、光和潮湿后分解，使含氯量降低，因此须放在阴凉、干燥和通风良好之处。漂白粉需配成溶液加注，漂白粉与水反应如下：
2CaClO2 + 2H2O = CaCl2 + Ca（OH）2 + 2HClO和氯消毒一样HClO起消毒作用。
（3）次氯酸钠消毒
电解食盐水所得的氯气与NaOH作用即得NaClO：
2NaOH+ Cl2= NaClO + NaCl + H2O
次氯酸钠的消毒作用仍靠HClO，反应如下：
NaClO + H2O = HClO + NaOH
NaClO不含悬浮杂质，适用与滤后消毒。其缺点为电耗大，价格贵且次氯酸钠不宜久存，夏季当天制取当天使用完，冬季可以储存一周。
1.2臭氧消毒
除了氯消毒法外，国外特别是法国、瑞士等国家的水厂不少采用臭氧消毒。近年来上海、北京等地的水厂也开始使用。臭氧有三个氧原子组成，常温常压下为淡蓝色气体，有强刺激气味（鱼腥臭）。臭氧不稳定，容易分解出新生态氧：O3= O2+[O]
臭氧有很强的杀菌力，它不需要很长的接触时间，就能杀死一般细菌，对病毒芽孢等也有很大的杀伤效果。臭氧消毒不受水中pH值的影响，而且不像一般的氯消毒有可能形成三氯甲烷等致癌化合物。臭氧除消毒外，还能氧化水中有机物质，对于除铁、除锰、去除臭味和色度也有良好的效果。臭氧消毒的主要缺点是臭氧发生装置较为复杂，投资大和运行费用较高。生产1kg臭氧约需耗电15～ 20KW/h。臭氧在水中不稳定，容易散失，因而不能在配水管网中继续保持杀菌能力。臭氧不能储存，只能边生产边使用。
1.3二氧化氯消毒
采用二氧化氯消毒也是一种氯消毒法，但它具有与通常氯消毒不同之处，二氧化氯一般只起氧化作用，不起氯化作用，因此它与水中杂质形成的三氯甲烷等比氯消毒要少得多。二氧化氯也不与氨起作用，pH为6～10范围内的杀菌效率几乎不受pH值影响。二氧化氯的消毒能力次于臭氧但高于氯。二氧化氯有很强的除酚能力。二氧化氯由亚氯酸钠和氯反应而成：
2NaClO2+ Cl2= 2ClO2+ 2NaCl
由于亚氯酸钠较贵，且二氧化氯生产出来即须应用，不能储存，所以只有水源严重污染（含氨氮达几个ml /L或有大量酚存在）而氯消毒困难时，才采用二氧化氯消毒。
1.4紫外线消毒
紫外线具有消毒能力，能使空气中和水中的细菌停止生命活动。根据实验，波长为2000～ 2950A的紫外线有明显的杀菌作用，而波长为2600～ 2650A的紫外线杀菌能力最强。一般消毒用的紫外线灯管（外形和日光灯一样），它的波长为2537A。
紫外线杀菌设备有两种形式：即将紫外线灯管放在水中或放在水面上。紫外线消毒的优点是管理简单、杀菌速度快；缺点是经过消毒的水无持续杀菌能力，细菌可能在管网中再次繁殖，成本也较高。一般仅在特殊情况下小规模使用。
二、活性炭吸附
活性炭吸附是在常规处理基础上去除水中有机污染物最有效最成熟的深度处理工艺。它能有效地去除水中的臭味，对芳香族化合物、多种农药、重金属离子（汞、六价铬、锡、铅）有很好的吸附能力。活性炭对水中的致突变物质有较好的去除效果，研究表明：致突变活性检测为阳性的水经过活性炭吸附后致突变活性转为阴性。
三、臭氧氧化
作为一种强氧化剂，臭氧（O3）应用于水处理己有90年的历史。在发现氯消毒产生副产物等对人体有潜在危害后，臭氧技术在许多国家被广泛地应用于给水及废水处理。臭氧对细菌等微生物几乎具有100%的杀死能力。在目前普通的饮水处理工业中，大肠埃希氏菌（常简称大肠杆菌），是水处理后重要的微生物学指标之一。臭氧对其的失活机理不仅是通过和细胞表面物质反应，同时还通过渗入其细胞膜内井同细胞质物质反应而改变其细胞内DNA结构在pH为6.0~8.0之间臭氧灭菌力变化不大，说明灭菌过程中主要是臭氧分子在起作用。有关资料描述臭氧比普通游离氯杀灭大肠杆菌的速度要快3 000多倍，达到相同灭菌效果时水体中残留的臭氧值约比游离氯小2~10倍。臭氧能氧化分解去除多种有机物，去除率在30%~70%，对挥发性酚类化合物一般在30%以上。臭氧可将水中溶解性的铁、锰氧化成高价沉淀物使之易于去除，可将氰化物、酚等有毒有害物质氧化成无害物质，可改香嗅味，降低色度等。
但近年来的研究表明臭氧化同样会产生许多有害副产物。当水中含溴离子（Br-）时，臭氧可氧化溴离子为亚溴酸盐（BrO2-）、溴酸盐（BrO3-）、溴仿、二溴乙睛以及一些尚未确定的溴化有机副产物。溴酸盐被国际癌症研究机构列为有可能对人体致癌的化合物。动物实验确认其有致癌性，微生物实验发现其有致突变性。WHO建议饮用水的最大溴酸盐含量为25μg/L。此外，由于水和臭氧在接触反应装置中吸收率很难达到100 %，会排出一定数量的剩余臭氧（俗称尾气），因此臭氧消毒时必须考虑尾气处理。臭氧技术己被列入“21世纪水计划”，人们对臭氧的研究将进一步深入。
四、光催化氧化
光催化氧化是以n型半导体为敏化剂的一种光敏化氧化，它的突出特点是氧化能力极强。由于饮用水中的有机卤化物的致癌性容易在氯消毒过程中形成，不同学者先后研究了二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、二氯甲烷、二澳甲烷、二乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸等在TiO2：悬浮液中的光催化氧化效果。结果表明：除氯溴乙烷、氯苯、一氯苯和三氯乙酸外，其它有机物都迅速降解，最终完全矿化间。同济大学对饮用水中三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、六氯苯及六六六中4种异构体共9种饮用水中常见的优先控制污染物在低浓度下的光催化氧化效果进行系统研究。结果表明：上述有机污染物被有效地氧化降解，处理后自来水中有机污染物的浓度、水的UV消光值和COD。都大大降低。光催化氧化对源水中的腐殖酸有很好的氧化去除效果，它不但能降低腐殖酸的紫外消光值，还能将其完全氧化成二氧化碳等无机物，该工艺极大的降低了氯消毒产生三卤甲烷的可能性。
五、膜分离技术
以压力为推动力的膜分离技术又称为膜过滤技术，它是深度水处理的一种高级手段。根据膜选择性的不同，可分为反渗透（RO）、纳滤（NF）超滤（UF）和微滤（MF）。近年来，随着人们对饮用水水质要求的进一步提高，各种各样的净水器应运而生，它们都采用了一些深度水处理技术，但水质太纯也存在营养元素缺乏的问题。因为纯净水在除去了有害物的同时，也除去了人体生理活动必不可少的许多矿物元素，如钙、镁、锌、锂，锶等。长期饮用这种缺乏有益元素的水，会破坏人体生理平衡。综合国内外医学界和水处理界的观点，可认为净水应是尽最大可能地去除水中的有毒、有害物质，特别是“三致”物，Ames试验阴性，同时又保留原水中有益健康的微量兀素和矿物质的水。由于UF和MF对水中有机物的去除率很低，仅在20%以下，反渗透膜由于在生产出纯净水同时去除了饮用水中的有益微量元素和矿物质，也不是生产净水的理想膜。而纳滤膜由于膜选择性界于RO和UF之间使它不仅可以对水质软化和适度脱盐，还可有效去除原水中传染性病毒、有机物、高价重金属等，又保留了原水中的部分矿物质，使它成为生产净水的筒选膜。为了能尽可能地去除饮用水中全部有机物而保留无机物，需要一种对无机物吸收而对有机物排斥的纳滤膜，这将是今后纳滤膜的发展方向之一。
六、结语
常规的水处理工艺已显得力不从心，因此控制水源水质污染和对饮用水的深度处理工艺的研究是目前水处理的研究热点，尤其是对微污染有机物和环境激素的去除，将是水处理工作者重点研究的方向。随着研究的深入开展，以上深度处理工艺会逐步成熟并得到应用，甚至会出现更为高效、安全、经济的饮用水深度处理新技术。
参考文献：
[1]关于饮用水处理技术的研究[J].张文芸. 科技情报开发与经济.2005（01）
[2]饮用水处理技术现状及研究进展[J].王华，吕锡武. 江苏环境科技.2004（02）
[3]我国饮用水处理技术探讨[J].张少芳. 陕西环境.2003（02）
论文作者:曾丽华
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/18
标签：臭氧论文; 水中论文; 氯乙烯论文; 有机物论文; 作用论文; 次氯酸论文; 紫外线论文; 《基层建设》2018年第23期论文;