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1、第七章 消毒,1,本章内容,概述 消毒原理 机理,影响因素(哲克定律) 氯消毒法 其它消毒方法 氨氯,二氧化氯,臭氧,紫外线,2,3,第一节、概述,我国生活饮用水源水质标准(CJ3020-93),4,一级水源水:水质良好。地下水只需消毒处理,地表水经简易净化处理(如过滤)、消毒后即可供生活饮用者。 二级水源水:水质受轻度污染。经常规净化处理(如絮凝、沉淀、过滤、消毒等),其水质即可达到GB5749 规定,可供生活饮用者。 水质浓度超过二级标准限值的水源水,不宜作为生活饮用水的水源。若限于条件需加以利用时,应采用相应的净化工艺进行处理。,5,水传疾病病原体,6,生活饮用水水质常规检验项目及限值(
2、2001),7,消毒(disinfection): 消除水中的致病微生物(病毒、细菌、真菌、原生动物、肠道寄生虫) 杀菌(sterilization) : 消灭所有活的生物,8,消毒方法,9,几种消毒方法比较,10,选择消毒剂的标准,11,第二节、消毒原理,消毒机理 影响消毒效率的因素,12,一、消毒机理,对细胞壁的破坏:导致细胞的溶解及死亡,(e.g. 青霉素); 改变细胞的渗透性:使细胞失去生活营养素如N、P等(e.g.酚类化合物及洗涤剂); 改变原生质的胶体性质: 热-使细胞蛋白质混凝 酸/碱-使蛋白质变性,产生致死效应 改变有机体的 DNA或RNA: UV照射能在微生物中形成双键,并破
3、坏某些DNA的约束。双键的形成破坏复制过程,从而使生物体不再能繁殖,以致灭活。 抑制酶的活性: 改变酶的化学排列,中断细胞的代谢过程 (e.g. 氯)。,13,致病微生物的种类及存在状态 温度:温度越高消毒效果越好 相对湿度: 对气体消毒影响十分明显,湿度过高或过低都会影响消毒效果。 ClO2: 相对湿度50 70% pH:影响消毒剂的活性 有机物质:抑制消毒剂的杀菌能力 拮抗物质:中和与干扰消毒剂的作用 消毒剂的浓度和接触时间,二、影响消毒效率的因素,14,理想条件下,微生物被消灭的速率符合一级反应动力学:,N: 经时间t后存活的微生物量 t: 消毒时间 k: 杀灭速率常数,即哲克常数 与微
4、生物种类、温度、pH、消毒剂种类及浓度有关 水温在0 6C时,用氯做消毒剂,k: 0.24 6.3,接触时间 vs. 消毒效率:,15,接触时间 vs. 消毒效率(cond),积分上式,并假设t=0时微生物量为N0:,16,例题,用次溴酸钠做消毒剂杀灭小儿麻痹症病毒,N/N0与消毒关系如下: 计算哲克常数以及把病毒降低到原来1/10,000所需要的时间.,17,Plot the -ln(N/No) against time 从模拟直线得到斜率(k = 0.634/s). 计算所需时间:,18,k:比反应速率常数; n: 稀释系数,n=1: 浓度和时间都同等影响; n1: 浓度影响大; n1:
5、时间影响大,C.t = 100 mg/L-minutes: C = 1 mg/L: t = 100 min. C = 10 mg/L: t = 10 min C = 100 mg/L: t = 1 min,Chick-Watson Law:,在一般情况下,可以视n=1, Ct 值作为消毒剂消毒能力的判断指标。,19,C: 消毒剂浓度; tr: 杀灭一定百分数微生物所需的时间 n: 稀释系数,与消毒种类、温度、pH有关,消毒剂浓度 vs. 消毒效率:,20,T1: 288 K (15C) T2: 298 K (25C) T1 T2,k: 速度常数; T:温度; R: 气体常数,8.314 J/(
6、mol K) E: 消毒反应的活化能,J/mol,Arrhenius公式:,温度 vs. 消毒效率:,t1 t2,21,第三节、氯消毒法,氯的消毒原理 投氯量 氯消毒工艺,22,一、氯的消毒原理:,Cl2, 漂白粉(Ca(ClO)2),23,氯的消毒机理:,HClO和OCl-都有氧化能力; 细菌带负电; 主要是通过HOCl的作用来消毒: 中性的HClO分子扩散到细菌表面,穿透细胞壁到细菌内部,借助氯原子的氧化作用破坏菌体内的酶,从而使细菌死亡。,24,水中有氨时:,PH9:一氯氨 PH=7:一氯氨 + 二氯氨 PH6.5:二氯氨 PH4.5:三氯氨,可以认为仍然依靠HClO起消毒作用。,25,
7、需氯量:杀灭细菌已达到指定的消毒指标及氧化有机物等所消耗的氯 余氯量:抑制水中残留致病菌的再度繁殖所需要的氯。,出厂水接触30分后余氯不低于0.3mg/L;在管网末梢不应低于0.05mg/L。,二、投氯量,游离性氯/自由性氯:HClO ,ClO-,Cl2 化合性氯:NH2Cl, NHCl2, NCl3,26,水中无氨氮时加氯量与余氯关系:,水中无任何微生物、有机物等: 加氯量余氯; 水中有机物较少,不含游离氨和含氮有机物 需氯量满足以后就是余氯,O,M,27,OA:水中杂质消耗氯需氯量; AH:氯与氨反应,有化合性氯的余氯存在,有一定消毒效果; H:峰点, 主要是化合性余氯; HB:化合性余氯
8、;加的氯与氯氨反应,余氯减少; B:折点,此后增加的是自由性余氯。 BC:自由性余氯。,游离氨0.5mg/L:加氯量控制在峰点前,水中有氨:,28,氯消毒副产物 (DBPs):,氯与水中有机物反应可产生许多致癌或有毒副产物,如三卤甲烷和卤乙酸等。,29,30,31,新型含氮消毒副产物,32,液氯消毒的工艺流程,三、液氯消毒工艺,33,工艺参数,投氯量: 城市污水沉淀后出水:6 24 mg/L 二级生化处理出水: 3 9 mg/L 二级生化 + 过滤处理出水:1 5 mg/L 氯与废水接触时间: 混合池:5 15 s 接触池: 30 min 余氯量:不小于0.5 mg/L,34,一般为钢瓶 使用
9、时要严防进水 氯库要通风、防火 加氯间和氯库位置除了靠近投氯点外,还应位于主导风向下游,且需与经常有人值班的车间隔开。需设置一系列的安全报警、事故处理等措施。,Cl2瓶,35,加氯机,1. 旋风分离器:分离氯气中可能有的悬浮杂质 2. 弹簧膜阀:保证氯瓶内有一定剩余压力 3&4. 控制阀和转子流量计:控制和测定加氯量 5. 中转玻璃罩:观察加氯机工作情况,稳定加氯量、防止压力水倒流 6. 平衡水箱:补充和稳定中转玻璃罩内的水量 7. 水射器:抽取中转玻璃罩内的氯,使之与水混合溶解于水,36,接触池,37,第四节、其它消毒方法,氨氯消毒 二氧化氯(ClO2)消毒 臭氧(O3)消毒 紫外线(UV)
10、消毒 银离子杀菌,38,一、氯氨消毒,投加方法 可投加液氨、硫酸氨或氯化氨; 一般氯:氨3:16:1,视水质不同而有所不同; 采用氯氨消毒时,一般先加氨,再加氯。 优点: 水中含有机物和酚时,氯氨消毒不会产生氯臭和氯酚臭,大大减少了THMs的产生 能水中余氯保持较久。 缺点: 作用缓慢,杀菌能力比自由氯弱,单独使用的情况较少。,39,二、二氧化氯(ClO2)消毒,物理性质 常温常压下是黄绿色气体; 具刺激性气味(与氯相似); 易爆炸; 必须以水溶液形式现场制取,即时使用 易溶于水,溶解度约为氯的5倍。,40,2. ClO2制备方法,亚氯酸钠和氯制取: Cl2 + H2O HOCl + HCl
11、HOCl + HCl +2NaClO2 2 ClO2 + 2NaCl +H2O Cl2 + 2NaClO2 2ClO2 + 2NaCl 酸与亚氯酸钠制取: 5NaClO2 + 4HCl 4 ClO2 + 5NaCl + 2H2O,41,ClO2制备装置,42,43,ClO2消毒优缺点,优点: 具有广谱、高效的杀菌能力,其有效氯是Cl2的2.63倍,杀菌效果是Cl2的5倍。 基本不受PH值影响,在碱性处理方案中使用ClO2杀菌更具优势。另外ClO2不与氨及氨基化合物反应,能保持杀生能力,这一特点使ClO2非常适用于合成氨厂和炼油厂等冷却水处理。 ClO2不仅能杀死微生物,且能分解残留细胞结构,有
12、效控制细菌、藻类和粘泥,具剥泥效果,提高换热效能。 ClO2杀菌效果持续时间长,长期使用不会对微生物产生抗药性。 缺点: ClO2本身和副产物ClO2对人体血红细胞有损害,有报道认为还对人的神经系统及生殖系统有损害。 EPA: ClO2 + ClO2 1.0 mg/L NaClO2价格昂贵。,44,O3 + OH- O2 + HO2 O3 + O2 O3 + O2 O3 + H+ HO3 OH + O2,三、臭氧 (O3)消毒,O3物理性质 常温常压下是淡蓝色具强烈刺激性气味的气体; 密度是空气的1.7倍。 易溶于水,在空气中或水中均易分解消失。,45,46,47,一般认为,臭氧的消毒作用仍然
13、是氧化作用,The mechanisms of disinfection using ozone include: Direct oxidation/destruction of the cell wall with leakage of cellular constituents outside of the cell. Reactions with radical by-products of ozone decomposition. Damage to the constituents of the nucleic acids (purines and pyrimidines),48,国
14、内外公认的臭氧灭菌消毒的实验数据,49,50,O3制备:,51,52,Ozone: advantages and disadvantages,Advantages Highly effective against all type of microbes Disadvantages Unstable (must be produced on-site) High toxicity High chemical hazards Highly sensitive to inorganic and organic loads Formation of harmful disinfection by-p
15、roducts (DBPs) Highly complicated maintenance and operation Very expensive,53,波长在240-260nm的紫外线为最有效的杀菌波段(处于微生物吸收峰范围之内) , 最强点: 253.7nm; 细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其它病原体受到一定剂量的紫外光辐射后,其细胞中的DNA结构受到破坏,达到消毒和净化的目的。,四、紫外线 (UV)消毒,54,封闭式UV消毒器,55,敞开式UV消毒,敞开式UV消毒器构造图,污水厂消毒工艺改造俯视图,56,UV disinfection: advantages and disadvantages,Advantages Very effective against bacteria, fungi, protozoa Independent on pH, temperature, and other materials in water No known formation of DBP Disadvantages Not so effective against viruses No lasting residuals Expensive,57,银离子杀菌,机理 破坏细胞膜 降低酶蛋白活性 阻断DNA生成 浓度:1-10ppb,58,
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