河北省农村安全饮水消毒工艺选择

沈丽妍

【关键词】农村饮水；安全饮水；消毒； 二氧化氯；臭氧；氯气；工艺选择；

水是人类生存和发展所必需的物质，是其他任何资源都无法替代的。饮用水安全与否直接影响到人类的健康，同时也是保持社会的稳定和经济的可持续发展的基本条件之一。现今，随着经济的发展，全球化进程的日益加快，导致环境污染的加剧，保障饮水安全已成为国际社会关注的焦点问题。

近几年，省委、省政府将解决农村人口饮水困难问题列入“十大民心工程”，要求千方百计保证群众有水吃。2004年初，省水利厅对全省农村饮水困难状况进行的初步摸底调查显示，全省5300多万农村人口中，仍有1469万多人饮水不符合国家标准。为了确保农民喝上安全卫生的自来水，河北省近几年农村安全饮水工程全部安装了消毒设备。针对河北省不同供水方式的特点，我们对农村安全饮水工程采取何种消毒工艺进行了深入研究和探讨。

1.农村供水方式和特点

目前农村安全饮水的供水模式主要有现有水厂扩户、新建联村集中供水工程、单村供水工程三种模式。

⑴现有水厂扩户：充分挖掘现有水厂供水能力，向周边村庄新铺管道，解决这些村的水质不达标问题。这种方式具有投资省、施工周期短、见效快、水质有保障的特点。

⑵新建联村集中供水工程：在村庄相对集中的地区，建设联村供水水厂。這种方式具有供水保证率高，维护费用低，水质有保障，便于管理的特点。

⑶单村供水工程：对于不具备水厂扩户或新建联村集中供水工程的采取建单村供水工程的方式解决。这种方式一般实行村民自治管理，管理人员多为兼职，从而降低了运行成本，但是为了提高供水保证率及管理水平，管理人员必须具有一定的业务素质和岗位工作能力。

2.消毒工艺分析

目前，从水体消毒的种类来说，有氯气、漂白粉、次氯酸钠、氯胺、二氧化氯、臭氧等药剂和紫外线消毒工艺，每种消毒工艺都具有不同的性能和特点。

2.1 氯气消毒

2.1.1氯消毒原理

氯消毒主要是通过次氯酸（HCLO）起作用，次氯酸为很小的中性分子，它能扩散到带负电的细菌表面，并通过细菌的细胞壁穿透到细菌内部。当次氯酸分子到达细胞内部时，能起到氧化作用破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。

2.1.2氯消毒特点及存在的问题

使用氯消毒经济有效，应用时间最长也最广泛。但自20世纪70年代以来，液氯消毒带来的问题也逐渐显露出来，主要是由于氯气在消毒过程中与水中的有机物反应，并生成相应的氧化产物和氯代产物，这两类化合物具有很强的毒性和致癌作用。另一方面使用氯气作为消毒剂时，由于氯的取代和氧化作用，能够生成大量的卤代物，严重危害人体健康。如果长时间饮用，即使浓度较低，其潜在的危害也将是致命的。

另外，由于长期使用氯气作为杀菌剂，细菌产生了不同程度的抗药性，使氯气的使用量逐渐增加，大大提高了生成有害化合物的可能。当水的pH值大于9时，氯气的杀菌作用明显降低。所有这些表明，淘汰氯气，开发新型杀菌剂势在必行。

2.2 二氧化氯消毒

2.2.1二氧化氯消毒原理

降解污染物原理：二氧化氯性质具有不稳定性，遇水迅速分解，能生成多种强氧化剂，如氯酸、亚氯酸、次氯酸、氯气等，这些氧化物组合在一起，能够形成独特的协同作用，产生多种强氧化性自由基，活化有机污染物芳环上的不活泼氢，发生脱氢反应生成R自由基，并作为进一步氧化的诱发基团；自由基还能通过羟基取代反应，将芳烃环上的-SO3H、-NO2等基团取代下来，生成稳定性较差的羟基取代中间体，这些中间体易于发生开环反应，直至完全降解生成无机物。

杀菌原理：二氧化氯可以快速高效的杀灭各种致病菌和病毒，其杀菌作用是通过在水中分解出的中间产物如氯气等穿透细胞壁，使蛋白质变性而实现的。

2.2.2二氧化氯的制备

（1）化学法

用氯酸盐或亚氯酸盐经酸化作用，发生高纯度的二氧化氯气体，经空气或惰性气体稀释后，通入稳定剂溶液中吸收而成。稳定剂主要指碳酸钠、过碳酸钠、硼酸钠、硅酸钠等。

（2）电解法

目前仍采用亚氯酸盐电解氧化和氯酸盐电解还原法制备二氧化氯.此法较化学法制备的二氧化氯纯度高，但要求的电极材质高，电耗也较大。因此，目前在大规模的生产中，还无法与传统的化学法竞争.在饮用水消毒工艺中，也常用电解饱和浓度的食盐溶液制取二氧化氯，但反应过程中还伴生有氯气、臭氧、氢气等其他气体。

2.2.3二氧化氯消毒特点及存在的问题

与其他消毒剂相比，二氧化氯杀毒具有的优点：

⑴用量省，杀菌效果好，作用快。

⑵杀菌效果不受PH值的影响。

⑶杀菌的同时不会产生有机氯致癌物，符合环保要求。

⑷二氧化氯的氧化性强于氯气，能除去水中的氰化物、酚类、硫化物和恶臭物质。

⑸降低能耗和处理费用

不过采用二氧化氯消毒还存在以下值得注意的问题：二氧化氯加入水中后，会有50%-70%转变为CIO2-与CIO3-。很多实验表明CIO2-、CIO3-对血红细胞有损害，对碘的吸收代谢有干扰，还会使血液中胆固醇升高。美国EPA建议二氧化氯消毒时残余氧化剂总量（CIO2+CIO2-+CIO3-）<1.0mg/L，以保障对正常人群的健康不至于有影响。

2.3臭氧消毒

2.3.1臭氧消毒原理

臭氧（O3）在常温、常压下分子结构不稳定，很快自行分解成氧气（O2）和单个氧原子（O）；后者具有很强的活性，对细菌有极强的氧化作用，将其杀死，多余的氧原子则会自行重新结合成为普通氧原子（O2），不存在任何有毒残留物，故称无污染消毒剂，它不但对各种细菌（包括肝炎病毒，大肠杆菌，绿浓杆菌及杂菌等）有极强的杀灭能力，而且对杀死霉素也很有效。

2.3.2臭氧的制备

目前生产臭氧的方法有紫外线法、电解法、放射性辐射法及电晕法等几种。紫外线法较简单，但是浓度较低，消耗的电力为电晕法的几十倍；电解法虽可提高浓度，但耗电量仍很大，放射性辐射防护要求严格。目前气体电晕放电型的臭氧发生器较之前几种方法，更具实用性和操作性，现较广泛使用。电晕放电法产生臭氧的基本原理是臭氧发生器由一对电极、介电体与放电气隙构成。当外加交流高压与两个电极时，由于高速电子与氧分子碰撞，在外界高能量的作用下，气隙中发生电晕放电，带氧的气体被电离，间隙中的含氧离子化浓度大幅度增长率加，氧离子与氧分子相互之间反应形成臭氧，其反应过程如下：

O2+高能量电子—2O+低能电子

O+O2+M—O3+M+热（M是间隙中的其它气体分子）

2.3.3臭氧消毒特点及存在的问题

臭氧是一种广谱杀菌剂，其强氧化性可以高效去除几乎所有的有机污染物，消毒效果好，接触时间短，能除嗅、去色，去除氧化铁、锰等物质，能够去除酚、不会产生对人体有害的三卤甲烷（THMs）等副产物。

但近年来有关臭氧化的副作用也引起人们的关注。水中有机物经臭氧氧化，同时也伴随着与其生成一系列的中间产物，而这些中间产物中，存在毒性物质或致突变物。世界卫生组织（WHO）采用溴酸根和甲醛作为臭氧副产物的指标，溴酸盐在国际上被定为2B级潜在致癌物，专家也指出，长期饮用高溴酸盐含量的水会增加癌症的患病率。

3.消毒工艺选择

3.1现有水厂扩户、联村水厂选择二氧化氯消毒模式

《村镇供水工程技术规范》规定，消毒剂与水应充分混合，其接触时间不应小于30min。臭氧在水中很不稳定，易分解成氧气，水厂若使用臭氧消毒，经清水池停留后，水中剩余臭氧基本完全分解，管网中的消毒就无法保障。二氧化氯比臭氧具有更高的稳定性，其残余量能在管网中持续很长时间。因此对于供水外网比较长、管理条件好的现有水厂扩户及联村水厂，采用二氧化氯消毒模式，并且选用盐酸与氯酸钠做反應剂的复合发生器。

3.2单村供水选择臭氧消毒模式

单村供水的模式中，水源井距离用户末端比较近，消毒后的水很快输送到用户，饮用水流通周转快，故单村供水对持续性消毒要求不是很高。由于二氧化氯消毒所需原材料的特殊性及制备过程的严格性，并考虑单村供水的综合管理水平，单村供水工程采用臭氧消毒比二氧化氯消毒更有可操作性，并且从安全、经济、实用角度考虑，目前小型臭氧发生器多采用电晕法产生臭氧。

4.结语

通过对各种消毒工艺的对比分析，每种消毒方法都各有利弊。关键是要根据本省各地区不同水质，并结合当地的管理方式，选择不同的消毒方法。随着科学技术的进步、消毒检测技术的发展和人们对水质标准要求的提高，饮用水消毒技术也总是不断发展推新的。对于如何把先进的饮用水消毒处理工艺应用到我省农村，并选择适合的消毒工艺，让农村用上安全的达标水，还需我们与当地的具体情况和特点结合起来，不断的探讨和研究。