沈麗妍

【關(guān)鍵詞】農(nóng)村飲水；安全飲水；消毒； 二氧化氯；臭氧；氯氣；工藝選擇；

水是人類生存和發(fā)展所必需的物質(zhì)，是其他任何資源都無法替代的。飲用水安全與否直接影響到人類的健康，同時也是保持社會的穩(wěn)定和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展的基本條件之一?，F(xiàn)今，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，全球化進程的日益加快，導致環(huán)境污染的加劇，保障飲水安全已成為國際社會關(guān)注的焦點問題。

近幾年，省委、省政府將解決農(nóng)村人口飲水困難問題列入“十大民心工程”，要求千方百計保證群眾有水吃。2004年初，省水利廳對全省農(nóng)村飲水困難狀況進行的初步摸底調(diào)查顯示，全省5300多萬農(nóng)村人口中，仍有1469萬多人飲水不符合國家標準。為了確保農(nóng)民喝上安全衛(wèi)生的自來水，河北省近幾年農(nóng)村安全飲水工程全部安裝了消毒設(shè)備。針對河北省不同供水方式的特點，我們對農(nóng)村安全飲水工程采取何種消毒工藝進行了深入研究和探討。

1.農(nóng)村供水方式和特點

目前農(nóng)村安全飲水的供水模式主要有現(xiàn)有水廠擴戶、新建聯(lián)村集中供水工程、單村供水工程三種模式。

⑴現(xiàn)有水廠擴戶：充分挖掘現(xiàn)有水廠供水能力，向周邊村莊新鋪管道，解決這些村的水質(zhì)不達標問題。這種方式具有投資省、施工周期短、見效快、水質(zhì)有保障的特點。

⑵新建聯(lián)村集中供水工程：在村莊相對集中的地區(qū)，建設(shè)聯(lián)村供水水廠。這種方式具有供水保證率高，維護費用低，水質(zhì)有保障，便于管理的特點。

⑶單村供水工程：對于不具備水廠擴戶或新建聯(lián)村集中供水工程的采取建單村供水工程的方式解決。這種方式一般實行村民自治管理，管理人員多為兼職，從而降低了運行成本，但是為了提高供水保證率及管理水平，管理人員必須具有一定的業(yè)務(wù)素質(zhì)和崗位工作能力。

2.消毒工藝分析

目前，從水體消毒的種類來說，有氯氣、漂白粉、次氯酸鈉、氯胺、二氧化氯、臭氧等藥劑和紫外線消毒工藝，每種消毒工藝都具有不同的性能和特點。

2.1 氯氣消毒

2.1.1氯消毒原理

氯消毒主要是通過次氯酸（HCLO）起作用，次氯酸為很小的中性分子，它能擴散到帶負電的細菌表面，并通過細菌的細胞壁穿透到細菌內(nèi)部。當次氯酸分子到達細胞內(nèi)部時，能起到氧化作用破壞細菌的酶系統(tǒng)而使細菌死亡。

2.1.2氯消毒特點及存在的問題

使用氯消毒經(jīng)濟有效，應(yīng)用時間最長也最廣泛。但自20世紀70年代以來，液氯消毒帶來的問題也逐漸顯露出來，主要是由于氯氣在消毒過程中與水中的有機物反應(yīng)，并生成相應(yīng)的氧化產(chǎn)物和氯代產(chǎn)物，這兩類化合物具有很強的毒性和致癌作用。另一方面使用氯氣作為消毒劑時，由于氯的取代和氧化作用，能夠生成大量的鹵代物，嚴重危害人體健康。如果長時間飲用，即使?jié)舛容^低，其潛在的危害也將是致命的。

另外，由于長期使用氯氣作為殺菌劑，細菌產(chǎn)生了不同程度的抗藥性，使氯氣的使用量逐漸增加，大大提高了生成有害化合物的可能。當水的pH值大于9時，氯氣的殺菌作用明顯降低。所有這些表明，淘汰氯氣，開發(fā)新型殺菌劑勢在必行。

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：二氧化氯性質(zhì)具有不穩(wěn)定性，遇水迅速分解，能生成多種強氧化劑，如氯酸、亞氯酸、次氯酸、氯氣等，這些氧化物組合在一起，能夠形成獨特的協(xié)同作用，產(chǎn)生多種強氧化性自由基，活化有機污染物芳環(huán)上的不活潑氫，發(fā)生脫氫反應(yīng)生成R自由基，并作為進一步氧化的誘發(fā)基團；自由基還能通過羥基取代反應(yīng)，將芳烴環(huán)上的-SO3H、-NO2等基團取代下來，生成穩(wěn)定性較差的羥基取代中間體，這些中間體易于發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，直至完全降解生成無機物。

殺菌原理：二氧化氯可以快速高效的殺滅各種致病菌和病毒，其殺菌作用是通過在水中分解出的中間產(chǎn)物如氯氣等穿透細胞壁，使蛋白質(zhì)變性而實現(xiàn)的。

2.2.2二氧化氯的制備

（1）化學法

用氯酸鹽或亞氯酸鹽經(jīng)酸化作用，發(fā)生高純度的二氧化氯氣體，經(jīng)空氣或惰性氣體稀釋后，通入穩(wěn)定劑溶液中吸收而成。穩(wěn)定劑主要指碳酸鈉、過碳酸鈉、硼酸鈉、硅酸鈉等。

（2）電解法

目前仍采用亞氯酸鹽電解氧化和氯酸鹽電解還原法制備二氧化氯.此法較化學法制備的二氧化氯純度高，但要求的電極材質(zhì)高，電耗也較大。因此，目前在大規(guī)模的生產(chǎn)中，還無法與傳統(tǒng)的化學法競爭.在飲用水消毒工藝中，也常用電解飽和濃度的食鹽溶液制取二氧化氯，但反應(yīng)過程中還伴生有氯氣、臭氧、氫氣等其他氣體。

2.2.3二氧化氯消毒特點及存在的問題

與其他消毒劑相比，二氧化氯殺毒具有的優(yōu)點：

⑴用量省，殺菌效果好，作用快。

⑵殺菌效果不受PH值的影響。

⑶殺菌的同時不會產(chǎn)生有機氯致癌物，符合環(huán)保要求。

⑷二氧化氯的氧化性強于氯氣，能除去水中的氰化物、酚類、硫化物和惡臭物質(zhì)。

⑸降低能耗和處理費用

不過采用二氧化氯消毒還存在以下值得注意的問題：二氧化氯加入水中后，會有50%-70%轉(zhuǎn)變?yōu)镃IO2-與CIO3-。很多實驗表明CIO2-、CIO3-對血紅細胞有損害，對碘的吸收代謝有干擾，還會使血液中膽固醇升高。美國EPA建議二氧化氯消毒時殘余氧化劑總量（CIO2+CIO2-+CIO3-）<1.0mg/L，以保障對正常人群的健康不至于有影響。

2.3臭氧消毒

2.3.1臭氧消毒原理

臭氧（O3）在常溫、常壓下分子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，很快自行分解成氧氣（O2）和單個氧原子（O）；后者具有很強的活性，對細菌有極強的氧化作用，將其殺死，多余的氧原子則會自行重新結(jié)合成為普通氧原子（O2），不存在任何有毒殘留物，故稱無污染消毒劑，它不但對各種細菌（包括肝炎病毒，大腸桿菌，綠濃桿菌及雜菌等）有極強的殺滅能力，而且對殺死霉素也很有效。

2.3.2臭氧的制備

目前生產(chǎn)臭氧的方法有紫外線法、電解法、放射性輻射法及電暈法等幾種。紫外線法較簡單，但是濃度較低，消耗的電力為電暈法的幾十倍；電解法雖可提高濃度，但耗電量仍很大，放射性輻射防護要求嚴格。目前氣體電暈放電型的臭氧發(fā)生器較之前幾種方法，更具實用性和操作性，現(xiàn)較廣泛使用。電暈放電法產(chǎn)生臭氧的基本原理是臭氧發(fā)生器由一對電極、介電體與放電氣隙構(gòu)成。當外加交流高壓與兩個電極時，由于高速電子與氧分子碰撞，在外界高能量的作用下，氣隙中發(fā)生電暈放電，帶氧的氣體被電離，間隙中的含氧離子化濃度大幅度增長率加，氧離子與氧分子相互之間反應(yīng)形成臭氧，其反應(yīng)過程如下：

O2+高能量電子—2O+低能電子

O+O2+M—O3+M+熱（M是間隙中的其它氣體分子）

2.3.3臭氧消毒特點及存在的問題

臭氧是一種廣譜殺菌劑，其強氧化性可以高效去除幾乎所有的有機污染物，消毒效果好，接觸時間短，能除嗅、去色，去除氧化鐵、錳等物質(zhì)，能夠去除酚、不會產(chǎn)生對人體有害的三鹵甲烷（THMs）等副產(chǎn)物。

但近年來有關(guān)臭氧化的副作用也引起人們的關(guān)注。水中有機物經(jīng)臭氧氧化，同時也伴隨著與其生成一系列的中間產(chǎn)物，而這些中間產(chǎn)物中，存在毒性物質(zhì)或致突變物。世界衛(wèi)生組織（WHO）采用溴酸根和甲醛作為臭氧副產(chǎn)物的指標，溴酸鹽在國際上被定為2B級潛在致癌物，專家也指出，長期飲用高溴酸鹽含量的水會增加癌癥的患病率。

3.消毒工藝選擇

3.1現(xiàn)有水廠擴戶、聯(lián)村水廠選擇二氧化氯消毒模式

《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，消毒劑與水應(yīng)充分混合，其接觸時間不應(yīng)小于30min。臭氧在水中很不穩(wěn)定，易分解成氧氣，水廠若使用臭氧消毒，經(jīng)清水池停留后，水中剩余臭氧基本完全分解，管網(wǎng)中的消毒就無法保障。二氧化氯比臭氧具有更高的穩(wěn)定性，其殘余量能在管網(wǎng)中持續(xù)很長時間。因此對于供水外網(wǎng)比較長、管理條件好的現(xiàn)有水廠擴戶及聯(lián)村水廠，采用二氧化氯消毒模式，并且選用鹽酸與氯酸鈉做反應(yīng)劑的復合發(fā)生器。

3.2單村供水選擇臭氧消毒模式

單村供水的模式中，水源井距離用戶末端比較近，消毒后的水很快輸送到用戶，飲用水流通周轉(zhuǎn)快，故單村供水對持續(xù)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備過程的嚴格性，并考慮單村供水的綜合管理水平，單村供水工程采用臭氧消毒比二氧化氯消毒更有可操作性，并且從安全、經(jīng)濟、實用角度考慮，目前小型臭氧發(fā)生器多采用電暈法產(chǎn)生臭氧。

4.結(jié)語

通過對各種消毒工藝的對比分析，每種消毒方法都各有利弊。關(guān)鍵是要根據(jù)本省各地區(qū)不同水質(zhì)，并結(jié)合當?shù)氐墓芾矸绞?，選擇不同的消毒方法。隨著科學技術(shù)的進步、消毒檢測技術(shù)的發(fā)展和人們對水質(zhì)標準要求的提高，飲用水消毒技術(shù)也總是不斷發(fā)展推新的。對于如何把先進的飲用水消毒處理工藝應(yīng)用到我省農(nóng)村，并選擇適合的消毒工藝，讓農(nóng)村用上安全的達標水，還需我們與當?shù)氐木唧w情況和特點結(jié)合起來，不斷的探討和研究。