超滤及消毒安全的技术研究

  超滤是保证饮用水生物安全性的最有效技术之一，几乎能将细菌、病毒、两虫、藻类及水生生物全部去除。消毒与超滤技术结合，不需要大量杀灭微生物，能直接能减少消毒剂投加量，降低消毒风险，仅需保持水中消毒剂余量，以保障超滤出水在输配过程中不出现二次污染及微生物再繁殖现象。本文研究了不同消毒剂的消毒效果，针对超滤出水的水质特点，介绍了通过控制工艺前端、过程、后端三种方式的消毒技术。超滤与消毒联合使用将消毒技术与深度处理技术结合，有其优越性和独特之处。

1 饮用水水质标准的提高

  随着工业化发展和人类物质生活水平提高，水环境污染已是当今世界普遍存在的问题[1]。水源地主要以有机污染为主，有机污染带来了微生物的大量滋生，严重威胁饮用水安全。

2 安全消毒技术

  水体中的微生物与人体健康关系密切。水体中的致病微生物主要有细菌、致病性原生动物、病毒。超滤作为饮用水处理的深度处理工艺，其固液分离技术[2]能有效去除浊度、细菌、两虫，其除污染能力远远优于常规工艺。消毒剂的消毒性能主要是对微生物的灭活作用，通过膜过滤技术降低消毒前浊度以及致病菌含量，能直接能减少消毒剂投加量，降低消毒风险。超滤以物理截留作用能够有效地去除水中的微粒。与常规水处理工艺相比，超滤是绿色物理分离技术。同时，超滤是悬浮颗粒及胶体物质的有效屏障，几乎完全实现对“两虫”、藻类、细菌、病毒和水生生物的截留，是目前保障水微生物安全性的最有效技术。与其他消毒方法相比，超滤膜消毒不是将细菌杀死，而将细菌从水中隔离出来。超滤膜对水中的各种粒子都表现出良好的去除效果。采用膜消毒优点有处理后的水质优良，不需要消耗化学药剂或仅需很少量的化学药剂，低运行费用，占地面积少，产水量大，消毒效果不受原水水质影响，出水水质稳定等。膜消毒缺点有膜没有持续消毒效能无法避免出水微生物二次繁殖，膜堵塞，膜完整性破坏后滤后水质变坏等问题。但有研究显示，超滤工艺并不能有效去除有机污染物[3]，且超滤不具有持续消毒能力[4]。因此，寻求一种有效的预处理工艺，使其能减少消毒剂投加量，提高膜后化学消毒效能，降低消毒风险，将是应对饮用水标准提高的有效手段。

  消毒是保障饮用水卫生安全的重要环节。研究消毒技术的目标是寻找获得其与给水处理工艺的优化组合，保证饮用水的微生物安全性和化学安全性。超滤消毒将消毒技术与深度处理技术结合，有其优越性和独特之处。保障超滤出水消毒安全性主要从以下三个方面考虑。

2.1 前端控制

  超滤出水消毒的前端控制主要是通过优化超滤组合工艺控制水质，降低水中微生物含量和消毒副产物前体物的浓度，以达到减少消毒剂投加量，降低消毒风险的目的。针对常规处理工艺的不足，将常规处理工艺与超滤处理技术相结合、以及将膜处理技术与强化混凝、生物预处理、化学预处理等预处理技术相结合达到控制膜出水水质。

2.1.1 控制消毒副产物前体物 采用强化混凝法、化学氧化法、生物预处理技术和膜法，减少或去除水源水中DBPs的前体物质，是减少饮用水中DBPs的有效途径。

2.1.2 减少水中微生物 在常规工艺中，过滤的功效，不仅在于进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度降低而部分去除。至于残留于滤后水中的细菌、病毒等在失去浑浊物的保护或依附时，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭，这就为滤后消毒创造了良好的条件。在饮用水的净化过程中，是饮用水卫生安全的重要措施。

2.2过程控制

 超滤出水化学消毒过程的控制和优化，包括选择经济安全的新型消毒剂以及在消毒过程中优化消毒条件，目前采用的消毒剂主要是氯、氯胺、二氧化氯、臭氧、紫外消毒等。为防止水传染疾病的传播，消毒一直是自来水厂最重要的工艺环节之一，投加适当的消毒剂能杀灭水中绝大多数的病原菌、病毒和其它致病性微生物，抑制其再生，使水的微生物水平满足人类健康需求。

2.2.1 氯消毒 氯消毒是饮用水中应用最广泛的消毒剂。氯消毒主要是通过次氯酸的氧化作用来杀灭细菌，在酸性溶液中较为有利。氯化消毒具有成本低、操作简单、杀菌效果好、工艺成熟等特点，目前我国绝大部分地区主要采用氯消毒。氯消毒在处理水量较大时，单位水体的处理费用低；氯消毒后能长时间地保持一定量的余氯，具有持续消毒能力。但是氯消毒会产生如THMs等致癌、致畸变的副产物，影响人体健康。

2.2.2 氯胺消毒 从消毒效果而言，氯胺消毒仍可理解为依靠次氯酸起消毒作用。；氯胺消毒能缓解自来水中的氯味问题；氯胺在控制管网中细菌的再次繁殖也比氯更为有效。近十年来，国内许多大中城市供水企业也逐渐开始采用了氯胺消毒工艺，较成熟的城市有上海、深圳等。但其杀菌能力弱，接触时间较长，氯胺消毒会产生卤硝基甲烷等副产物，所以有必要对氯胺消毒的投药量进行控制。

2.2.3 二氧化氯消毒欧美等发达国家将二氧化氯代替氯气广泛用于饮水处理，避免氯气在自来水消毒杀菌过程中产生的致癌作用。但二氧化氯成本较高，在水中的溶解度小，稳定性差，易分解，使用时一般为现场投加，在大中型水厂的使用受到一定限制。

2.2.4 紫外消毒 近年来，紫外线消毒技术得到了迅速发展，传统氯消毒会产生致畸、致癌、致突变的DBPs，而紫外消毒能有效避免这一弊端，能自动控制紫外光投加量；杀菌速度快，停留时间短，不需建造较大的接触池，系统结构紧凑，用地少，潜在风险小，确保安全性；一些化学消毒无法有效处理的微生物，紫外线具有高效的杀菌效果[5]；不需投加化学药剂，不增加水的臭味；设备操作简单，易于自动化管理并能满足水厂扩建需求。但是紫外消毒没有持续消毒能力，当处理水离开反应器之后会使细菌再生；设备及运行费用高；对于悬浮颗粒多、水质较差的水，由于悬浮固体可以庇护微生物使其免遭光的伤害，消毒效果很难保证。

2.2.5 臭氧消毒 臭氧作为消毒剂应用于本世纪初，是已知化学消毒剂中最为有效的一种。臭氧消毒造价高，生产设备庞大，流程复杂，需要较高的运行管理水平，同时臭氧易分解，在输送长距离管道时，单独采用臭氧消毒难以保证持续杀菌效果，容易产生细菌的增值问题。

2.2.6 复合消毒 单一消毒方法都有一定的局限性，人们提出了复合消毒方法，即采用臭氧或紫外线作为第一步消毒工艺，杀灭水中各种病原微生物，再投加二氧化氯、液氯或氯胺等不易分解的消毒剂来维持持续消毒效果。

2.3 末端控制

  末端控制是在保证生物安全性和持续消毒能力情况下，以去除已形成的DBPs为主，如吸附、氧化等，从而实现前端-过程-末端全过程控制。水处理中常利用活性炭技术，活性炭去除THMs和HAAs是利用其较大的比表面，具有较好的吸附效果。利用氧化技术去除饮用水中的THMs和HAAs也是目前研究的热点，主要以光氧化技术为主。

3 结论

  随着人类对饮用水水质要求逐步提高，消毒作为饮用水处理中的一个重要环节越来越引起人们的重视，将超滤技术用于城市饮用水处理，既可提高水的生物安全性，也使水的化学安全性得到一定程度的提高。但在实际运行中，由于膜孔径分布不均匀，膜出水中依然有少量细菌和病毒存在，另外超滤膜单元不具有持续消毒能力，不能控制膜滤出水的二次污染及微生物再繁殖。因此，为保证膜滤出水的微生物安全性，将消毒剂与超滤工艺有效组合，既能减少DBPs的产生，又能达到消毒效果。

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