水处理课件：消毒.ppt

1、 TiO2光催化氧化光催化氧化1972年 Fujishima TiO2电极成功水的光电解，掀开多相半导体光催化研究的首页；1977年Frank开拓性工作，研究TiO2多晶电极/氙灯作用下对二苯酚、I-、Cl-、Fe2+、Ce3+、CN-的光解；2001年Carey报道TiO2浊液在近紫外光的照射下可使多氯联苯脱氯，从而开辟TiO2光催化技术在环保领域应用前景。以能源利用和环境保护为背景，有机物的光催化降解研究十分活跃，多相光催化治理环境污染成为当今日益重视技术，它在废水净化处理中正发挥着巨大潜能。基本原理图光催化基本原理 光催化过程的基本步骤：光生电子-空穴对的生成；电子-空穴在半导体内重新结

2、合；电子空穴迁移到半导体表面，在表面重新结合；和电子和空穴迁移到半导体表面分别与吸附在半导体表面的物质发生氧化-还原反应，如下图1-1所示。氧化有机物的原理TiO2+hv(387nm)TiO2(e-cb+h+vb)h+H2O(orOH-surf.)OH+H+e-cb+O2O2-O2-+H+OOH高级氧化技术的类型高级氧化技术的类型高高级级氧氧化化技技术术(Advanced Oxidation Technologies,简简称称AOT)已已逐逐渐渐成成为为各各国国水水处处理理技技术术研研究究的的热热点点课课题题,美美国国还还发发行行了了以以AOT命名的期刊。命名的期刊。高级氧化技术定义为可产生大

3、量高级氧化技术定义为可产生大量OH的技术过程的技术过程O3/UVH2O2/UVH2O2/O3Fenton法法纳米光催化氧化法纳米光催化氧化法电化学催化降解法电化学催化降解法超声降解法超声降解法高级氧化水处理技术的应用前景高级氧化水处理技术的应用前景到到20世世纪纪90年年代代，美美国国及及欧欧洲洲等等发发达达国国家家，AOT已已应用于各种废水和饮用水处理过程。应用于各种废水和饮用水处理过程。如如美美国国休休斯斯顿顿一一家家研研究究所所将将3/系系统统用用于于处处理理含含氰氰化化物物、农农药药及及含含氯氯的的有有机机溶溶剂剂废废水水,使使其其几几乎乎完完全全降解为无害物。降解为无害物。在在瑞瑞士

4、士、法法国国和和英英国国，利利用用TiO2/UV、O3/UV系系统统结结合合的的高高级级氧氧化化过过程程已已成成功功应应用用于于氧氧化化饮饮用用水水中中的的痕痕量量有有机机物物,与与单单一一臭臭氧氧化化法法相相比比,处处理理费费用用下下降降约约50%。国内国内目目前前,国国内内对对单单一一系系统统AOT水水处处理理技技术术也也进进行行大大量量研研究，并取得了一些可喜的成果。究，并取得了一些可喜的成果。如如利利用用22/系系统统处处理理造造纸纸污污水水、利利用用3/系系统统处处理理工工业业废废水水和和废废气气、利利用用TiO2/UV系系统统处处理理印印染染及及农农药药废废水水等等均均获获得得了了

5、良良好好的的效效果果，且且表表现现出出了了良好的市场前景和社会经济效益。良好的市场前景和社会经济效益。这类技术在石油行业的应用才刚刚开始。这类技术在石油行业的应用才刚刚开始。有待研究的问题有待研究的问题 要使高级氧化水处理过程及高级氧化协同过要使高级氧化水处理过程及高级氧化协同过程广泛应用，还必须解决如下问题程广泛应用，还必须解决如下问题:(1)OH的形成机理尚需进一步研究的形成机理尚需进一步研究 (2)OH与污染物的反应机理和反应动力学与污染物的反应机理和反应动力学 (3)各种高效氧化反应器的设计各种高效氧化反应器的设计Disinfection第一节第一节 概述概述 一、消毒定义：一、消毒定

6、义：将将水水体体中中的的病病原原微微生生物物(Pathogenic organisms)灭活，使之减少到可以接受的程度。灭活，使之减少到可以接受的程度。人体内致病微生物主要包括：病菌人体内致病微生物主要包括：病菌(bacteria)、原生动物胞囊（原生动物胞囊（protozoan oocysts and cysts）、）、病毒（病毒（viruses）（如传染性肝炎病毒、脑膜炎）（如传染性肝炎病毒、脑膜炎病毒）等。病毒）等。11消毒与灭菌消毒与灭菌(Sterilization)不同：灭菌是消灭所不同：灭菌是消灭所 有活的生物。有活的生物。评评价价指指标标：生生活活饮饮用用水水卫卫生生规规范范，卫

7、卫生生部部,2007.1细菌总数：细菌总数：9，OCl-接近100%。pH9，一氯胺占优势pH为7时，一氯胺和二氯胺同时存在pH6.5时，二氯胺pH4.5 三氯胺22一、氯消毒原理一、氯消毒原理氯氯氨氨的的消消毒毒也是依靠HOCl。只有HOCl消耗得差不多时，反应才会向左移动。因此，有氯胺存在时，消毒作用比较缓慢。如氯消毒5分钟，杀灭细菌99以上，而用氯胺消毒，相同条件下仅杀灭50。三种氯胺中，二氯胺消毒效果最好，但有嗅味。三氯胺消毒作用极差，且有恶嗅味。23二、加氯量二、加氯量1、加氯量加氯量需氯量余氯需氯量：杀灭细菌氧化有机物所消耗的氯量。杀灭细菌氧化有机物所消耗的氯量。即即灭活水中微生物

8、、氧化有机物和还 原性物质所消耗的部分。自由性或游离性氯自由性或游离性氯（free available chlorine）：水中HOCl、OCl中所含的氯总量化合性氯或结合性氯化合性氯或结合性氯（combined available chlorine）：氯胺所含的氯总量，即三种氯胺24游游离离性性余余氯氯：HOCl和和OCl-与与水水接接触触3030分分钟钟后后有有0.30.30.50.5mg/L余氯。余氯。余氯：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。（1 1）加氯量和接触时间：）加氯量和接触时间：加氯量加氯量=需氯量需氯量+余氯余氯游

9、离性余氯是游离性余氯是HOCl和和OCl-与水接触与水接触3030分钟后有分钟后有0.30.30.50.5mg/l余氯；余氯；2.影响氯化消毒的因素影响氯化消毒的因素（2）化合性余氯）化合性余氯 NH2Cl和和NHCl2，要求与水接触要求与水接触1-2小时后，小时后，有有12mg/L余氯。余氯。（3）水的）水的pH值值 HOCl H+OCl-（4）水温）水温 水温高，杀菌效果好。水温高，杀菌效果好。（5）水的浑浊度）水的浑浊度 浑浊度大的消耗消毒剂的量大。浑浊度大的消耗消毒剂的量大。（6）水中微生物的种类和数量）水中微生物的种类和数量 28加氯曲线：水中无任何微生物、有机物等，加氯量余氯水中有

10、机物较少时，需氯量满足以后就是余氯。A B余余 余余氯氯 氯氯量量 量量 c D O M 加氯量（加氯量（mg/L）加氯量加氯量（mg/L）图图3 3 无氨无氨 图图4 4 有氨有氨30当当水水中中的的污污染染物物主主要要是是氨氨和和氮氮化化合合物时，情况复杂。物时，情况复杂。A：峰点B：折点OA段段：水水中中杂杂质质把氯消耗光。把氯消耗光。AB段段：氯氯与与氨氨反反应应，有有余余氯氯存存在在，有有一一定定消消毒毒效效果果，但余氯为化合性氯，但余氯为化合性氯，B点点：，加加氯氯量量继继续续增增加加，氯氯氨氨被被氧氧化化成成不不起起消消毒毒作作用的化合物，余氯最低用的化合物，余氯最低BC段段：B

11、点点以以后后，出现自由性余氯。出现自由性余氯。虚线余氯=加氯OA区、AH氯与氨反应，余氯有一定消毒效果；HB化合余氯2NH2Cl+HOClN2+HCl+H2O三、加氯点的选择三、加氯点的选择加氯量超过折点需要量：折点氯化加氯量超过折点需要量：折点氯化当原水游离氨当原水游离氨0.5mg/L时时加氯量控制在峰点前加氯量控制在峰点前加氯点：加氯点：滤后加氯滤后加氯滤前加氯滤前加氯混凝剂投加时加氯，提高混凝效果。混凝剂投加时加氯，提高混凝效果。管网中途加氯管网中途加氯 321.加氯设备一般用氯气：有毒气体，在68气压下变成液氯使用时采用氯瓶。干燥氯气和液氯对钢瓶无腐蚀作用，但遇水或受潮则会严重腐蚀金属

12、。因此，必须严格防止水和潮气进入氯瓶。加氯机：转子加氯机33四、加氯设备与工艺四、加氯设备与工艺1kg/cm2五、氯化消毒副产物五、氯化消毒副产物34有机物与氯生成有机氯化物：三卤甲烷。我国新标准规定了三卤甲烷(THMs)浓度：包括：氯仿、溴仿、二溴一氯甲烷和一溴二氯甲烷四种物质。1993年美国制订的消毒剂消毒副产物方案中建议：THMs80g/L；卤乙酸（HAAS）：一共五种（一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸、二溴乙酸），五种之和在1997年低于60g/L，2000年低于30g/L。近年，北方地区很多城镇开始改用地表水为供水水源。近年，北方地区很多城镇开始改用地表水为供水水源。由于北方降

13、雨少，河川径流小，水的自净能力远远不及由于北方降雨少，河川径流小，水的自净能力远远不及南方地区，加上地表水成分趋于复杂，水处理难度越来南方地区，加上地表水成分趋于复杂，水处理难度越来越高。越高。现行的常规给水处理工艺氯化消毒，已难以去除水中对现行的常规给水处理工艺氯化消毒，已难以去除水中对人体有害的多种有机污染物，也难以去除因富营养化、人体有害的多种有机污染物，也难以去除因富营养化、藻类过量繁殖而产生的嗅味和有害的藻毒素等，还产生藻类过量繁殖而产生的嗅味和有害的藻毒素等，还产生大量的氯化消毒副产物大量的氯化消毒副产物 。国内外研究人员已在饮用水中检测出国内外研究人员已在饮用水中检测出76576

14、5种有害于人体种有害于人体健康的有机物，其中致癌物健康的有机物，其中致癌物2020种，可疑致癌物种，可疑致癌物2323种，促种，促癌物癌物5656种，还有引起肝中毒、神经中毒、代谢紊乱等危种，还有引起肝中毒、神经中毒、代谢紊乱等危害的物质。害的物质。影响因素：影响因素：有机前体物（有机前体物（Organic precursor ）：通常把水中能与氯形成氯化副产物的有机物，通常把水中能与氯形成氯化副产物的有机物，称为有机前体物。主要：腐殖酸、富里酸、藻类及称为有机前体物。主要：腐殖酸、富里酸、藻类及其代谢物、蛋白质等。其代谢物、蛋白质等。加氯量、溴离子浓度及加氯量、溴离子浓度及pH：危害：危害：

15、动物试验证明具有致突变性和动物试验证明具有致突变性和/或致癌性，有的有或致癌性，有的有致畸性和致畸性和/或神经毒性。或神经毒性。代表性：氯仿、二氯一溴甲烷、代表性：氯仿、二氯一溴甲烷、3-3-氯氯-4-4-（二氯甲（二氯甲基）基）-5-5-羟基羟基-2-2（5 5氢）呋喃酮（氢）呋喃酮（MXMX）流行病学资料：结论差异流行病学资料：结论差异措施：措施：除去或降低有机前体物或氯化副产物除去或降低有机前体物或氯化副产物改变传统氯化消毒工艺改变传统氯化消毒工艺采用其他消毒方法采用其他消毒方法第第三三节节 其它消毒法其它消毒法一、氯氨消毒一、氯氨消毒优点：水中含有有机物和酚时，氯氨消毒不会产生氯臭 和

16、氯酚臭，大大减少了THMs的产生，能保持水 中余氯较久。缺点：作用缓慢，杀菌能力比自由氯弱。单独使用的情 况较少。人工投加氨可以是液氨、硫酸氨或氯化氨。氯和氨的投加量视水质不同而有所不同。一般采用氯：氨3：16：1采用氯氨消毒时，一般先加氨，再加氯。38二、二氧化氯消毒二、二氧化氯消毒ClO2在常温下是一种黄绿色气体，具有刺激性。溶解度是氯的5倍。极不稳定，气态和液态ClO2均易爆炸。故必须以水溶液的形式现场制取。作用机理 ClO2既是消毒剂又是氧化能力很强的氧化剂，既是消毒剂又是氧化能力很强的氧化剂，对对细菌的细胞具有较强的吸附和穿透能力，能有效地破坏细菌的细胞具有较强的吸附和穿透能力，能有效地破坏细菌内含巯基地酶；消毒能力比氯强。细菌内含巯基地酶；消毒能力比氯强。ClO2的投加量约为的投加量约为1.02.0 mg/L。39二氧化氯（二氧化氯（chlorine dioxide)消毒：消毒：1811 1811年，英国戴维（年，英国戴维（Humphrey Davey ）在实）在实验室用氯酸钾和盐酸反应制备出二氧化氯气体验室用氯酸钾和盐酸反应制备出二氧化氯气体，至至本世纪本世纪4040年代