加药消毒设备的优化选择与应用（转）

梦岩

加药消毒设备的优化选择与应用
加药消毒设备现状
一、加药设备应用现状
目前，国内水司使用的混凝剂及助凝剂品种较多，采用的加药设备也不尽相同。
药剂投加方式有干投法和湿投法两种。各水司普遍采用湿投法，只有个别水司在投加生石灰及活性炭时采用了干投法。
湿投法的工艺主要有以下两种：
溶解池→ 提升泵或自流→ 溶液池→  转子流量计及手动调节阀→ 原水
溶解池→ 提升泵或自流→ 溶液池→  加药泵→  原水
上述湿投法第一种工艺方式，被一部分中、小型水厂采用。这种方式常采用人工控制投药量，投加量控制难以掌握，不能充分发挥药剂的效能。在原水水质或水量发生变化的情况下如不能及时发现，药量的调整要滞后一段时间，给安全供水带来了不利因素。第二种方式，大中型水厂采用的较多，便于实现自动控制，可有效的根据原水水质变化控制加药量，为节能降耗、保证水质提供了保障。
加药系统中，主要设备为药液制备系统及加药泵。目前使用的加药泵种类主要有计量泵、螺杆泵、普通耐酸离心泵及无泄漏磁力泵等。计量泵因其加注量精确、运行稳定可靠，应用较为广泛，是各类水司在选择加药设备时的首选。螺杆泵主要在投加高粘度大流量的PAM溶液时采用。耐酸离心泵及无泄漏磁力泵多作为药液输送泵，向原水中直接投加时需配备流量计及调节控制阀。药液制备系统用于溶解及稀释药剂，在投药系统中是必不可少的环节。在各种供水规模的水厂中，药剂溶解及稀释主要采用搅拌方式完成，目前采用的搅拌方式多数是机械搅拌机及压缩空气搅拌，运行的效果均比较稳定可靠。压缩空气搅拌由于存在搅拌死区，常会在空气布管下产生沉淀物。
在加药设备控制方式上，相当一部分水厂还是采用较为简单的人工控制方式，采用自动控制（开环控制和闭环控制）方式的较少。在采用开环控制（典型的为流量比例控制）方式的加药系统中，使用效果较稳定可靠。而采用闭环控制方式的加药系统中，使用效果并不十分令人满意。由于设备质量、技术水平和使用、维护等多方面原因，一些水司选择使用的自动控制最后也变成了人工控制，没能实现原有意图。
从设备来源方面，半数以上水司，特别是大中型水司采用了进口设备，使用的效果总体还是令人满意的，但存在的主要问题是进口设备品牌繁多、采购渠道混乱不畅，造成供货周期长、价格较高、技术服务不及时等问题。备品备件采购也存在同样问题。
近年来，一些国际知名的主要加药泵制造商纷纷在华投资，建立独资工厂，进行本土化生产，有效的改变了目前进口设备存在的问题。与此同时，国产加药泵制造技术也有了长足进步，在手动控制方面，只要保养、使用得当，也能达到与进口设备相同使用效果的目的。另外，国产加药设备具有配件价格低、售后服务及时的优点。
二、消毒设备应用现状
目前国内水司使用的消毒剂有液氯、二氧化氯、氯胺、臭氧、次氯酸钠、高锰酸钾、漂白粉等，但以液氯消毒为主。二氧化氯、次氯酸钠等消毒剂使用的较少。
目前各水司加氯控制方式可分为人工控制和自动控制二种。
人工控制的加氯工艺流程为：
室温气化
氯瓶        转子加氯机或手动真空加氯机         水射器          加氯点
这种消毒方式中、小水厂采用的较多。操作简单，能够满足消毒的要求。由于安全性原因，转子加氯机已很少采用。
自动控制的加氯工艺流程有三种：
开环比例控制、闭环负反馈控制、复合环路控制。
开环比例控制的加氯工艺流程为：
氯瓶→正压管路切换及/或蒸发系统→真空调节器→自动真空加氯机→水射器→加氯点   
                                                        工艺管路流量计

闭环负反馈控制的加氯工艺流程为：
氯瓶→正压管路切换及/或蒸发系统→真空调节器→自动真空加氯机→水射器→加氯点→   
                                                         余氯取样      
                                                        余氯检测仪
开环+闭环的复合环路控制的加氯工艺流程为：
氯瓶→正压管路切换及/或蒸发系统→真空调节器→自动真空加氯机→水射器→加氯点→   
                                                           余氯取样  
                          工艺管路流量计                  余氯检测仪
自动控制工艺方式在大中型水司采用的较多，因其自控程度高、运行效果安全可靠而越来越得到广泛应用。据不完全统计，目前国内水司使用的真空加氯机均为进口设备，进口真空加氯机的品牌集中度相对较高。但由于采购渠道的混乱也造成了供货周期长、服务不及时等问题。
三、氯回收装置应用现状
作为一种安全防护设施，泄氯回收装置在正常生产中使用的次数较少。许多水司的回收装置安装以后一直未运行过。本次调查发现泄氯回收装置存在的问题较多。由于许多中和装置的反应液还在使用20%的NaOH溶液，由于设备长时间不运行，易使碱液结晶，堵塞碱泵及喷头，导致工艺管道破裂等事故出现，致使整个回收系统失灵而影响正常安全保障。另外，泄氯回收装置箱体加工工艺不过关，存在着防腐层脱落，箱管结合处泄漏等。为了维持系统运行的可靠性，作为设备的使用者应定期运行泄氯回收系统，避免上述问题出现。
泄氯回收装置作为安全生产重要防护措施之一，各水司应充分认识到设置的必要性，有关科研单位应加大对其研制开发力度，采用新工艺、新技术，以确保泄氯回收装置运行安全、稳定、可靠。

加药消毒设备技术发展趋势
随着供水行业的不断发展，加药、消毒设备在供水系统中所占的地位越来越重要，其发展过程是伴随供水行业的扩大和社会、科学、技术的进步而发展的，过去净水厂的加药、消毒工作主要以简单机械的体力劳动和人工操作为主，设备简单、计量不准确、控制手段不健全、水质合格率低，影响了安全生产、正常的生活使用要求和身体健康。现今的加药、消毒工作，在投加、检测、控制、计量等方面正向着自动化发展；在降耗、节能、保证水质合格率方面有了很大提高，在新建的部分水厂中，已经达到了国际先进水平。由于我国各地区的经济发展水平不同，存在地区差别、城乡差别和新、老水厂差别，在加药、消毒设备的采用和控制水平方面不能一概而论，应逐步、全面、均衡的发展。
21世纪净水厂的加药、消毒工作目标应在保证出厂水和管网水达到国家生活饮用水水质标准的前提下：降低运行成本、提高劳动生产率及自动化生产控制水平，控制和消除处理水中对人生体有害的微量污染物和副产物，确保人民的生活水平的提高和身体健康为前提。
I. 加药设备技术发展状况
加药系统设备的构成与所处理的原水类别、水质质量、加药方法、加药方式和选用药品种类有直接关系。
一、 干式投加法
    药剂的干式投加方法，就是直接向水中投加固体状（一般为粉末）药剂的过程，除投加石灰及活性碳等可不必再制成水溶液的药剂外，一般不再采用这种投加技术。
    干式投加法的工艺设备一般由药剂破碎设备和干粉投加机组成。
二、 湿式投加法
投加的药剂是液体状态，液体药剂可以是固体药剂的溶解溶液，也可以是药剂的成品溶液，一般成品药液的浓度较高，需要稀释投加。
药品的湿式投加，是目前国内净水厂普遍采用的一种药品投加方式。
湿式投加方法可分为重力投加方式和压力投加方式。
目前采用的湿式投加方法的工艺一般包括：药品的搬运、调制（溶解）、提升或自流、储液、投加、计量等过程。工艺如下：
药剂(固体)→溶解池→储液池→溶液池→投加计量控制→投加点
           ↑                   ↑
    （加水、搅拌、排渣）   （加水配制、搅拌）
药剂（液体）→储液池→溶液池→投加计量控制→投加点
                      ↑
                （加水配制、搅拌）
三、 加药设备技术发展
1. 干式加药设备
尽管在一般加药工艺过程中很少采用干式投加，但对于一些特殊药剂（不易于制备成水溶液或适于干投的药剂），仍可采用干式投加。在制备PAM溶液时，由于PAM的难溶性，也需干投机作为溶液制备的关键设备。干式投加的关键是干粉定量投加机。先进的干粉投加设备具有如下技术特征：
1) 投加精度——0.5~3%之间（取决于所投药剂的物性）；
2) 投加量的调解范围——10%~100% ；
3) 对流动性较差的药剂可选择料斗震荡系统，并带有隔振胶座，以防止震动传递到输送器上，引起药剂自流；
4) 带有特殊设计叶片的内置搅拌混合器，混合药剂辅助流动；
5) 输送器料斗不存在死区，投加输送器可达到最大排净；
6) 为防止粉料受潮结块，在干投机螺旋投加管上装有电加热器；
成套的干粉投加机可选择下列主要部件以适应不同药剂及自动化控制要求，如：自动加料器、料斗/振荡器、料位开关、储料仓等。
2. 湿式加药设备
目前普遍采用的湿式加药工艺，主要有三部分组成：
1) 药液制备、储存
2) 药液投加计量
3) 加药系统设备控制
2.1  药液制备、储存设备
根据药剂的来源，有固态及液态两种。
2.1.1药液制备的搅拌技术
对于固态药剂及浓缩液态药剂，目前普遍的制备工艺流程如前所述。由于压缩空气搅拌存在搅拌混合死区及沉淀死角，更有效的搅拌采用机械

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搅拌机，这种制备技术的关键在于高效均匀的同水进行溶解混合。搅拌设备的技术水平对搅拌混合效果至关重要。先进的搅拌设备应具有如下技术特征：
1) 不产生搅拌混合死区，无沉淀死角
2) 高效：低功率、大排液量产生充分的紊流和扰动
3) 搅拌设备的技术先进性以达到同样搅拌混合效果（排液量相同），所需功率最小为佳，实现节能、降耗的目的。
新型高效搅拌设备的出现，为达到降低运行成本提供了手段，下面为国际上新型高效搅拌机同传统搅拌机的效率比较：
搅拌机效率比较
搅拌桨叶类型 Sabre®桨叶 45°折板平桨叶 螺旋推进式桨叶
排 液 量 Q 3000m³/h 3000m³/h 3000m³/h
桨叶直径D 1m 1m 1m
转    速n 58rpm 88rpm 125rpm
吸收功率 W 0.9kW 3.3kW 3.7kW
2.1.2全自动连续溶液制备技术
由于目前采用的药液制备、储存工艺占地面积大、土建成本高，近年来新的药液制备、储存技术已开始使用。这种方法采用全自动连续溶液制备技术，具有自动化程度高、占地面积小、溶液配置精度高的特点，尤其是对新型的聚合絮凝剂采用传统制备方法很困难时，这种方法将是选择方向。
2.2  药液投加、计量、控制
药剂湿式投加目前普遍采用的投加技术有重力式投加和压力式投加两种。
2.2.1 重力式投加方式
重力式投加方式，是依靠药液自重完成投加、计量和控制。虽然具有操作简单、可靠性高、管理方便等优点，但由于建高位药液池成本高、投加点及投药量受限制等缺点，在新建水厂已很少采用。但在已采用这种投加方式的老水厂可采用现代高精度流量计（带电信号输出）、调节阀及PID调节技术进行自动化改造，也可达到准确自动调节投加量的目的。
2.2.2 压力式投加方式
是采用水射器或加药泵来完成药剂投加、计量和控制。
2.2.2.1 水射器投加
水射器具有结构简单、使用方便的优点，但存在效率低、能耗大、易堵塞、受工作水压影响、稳定性差等缺点。目前在自来水厂已很少采用。但国外已开发出水射器技术和真空加氯机技术结合的新型药液投加控制设备，具有可动部件少、控制准确、无脉动流、易实现自动控制等特点。目前已知的最大投加量只有1000L/h左右。
2.2.2.2 加药泵投加技术
这是目前应用最为广泛的药液投加方式。常用的加药泵有：容积泵和离心泵。
1) 容积泵投加技术
在水厂加药过程中，容积泵主要有两种：计量泵和螺杆泵。
当药液的粘度较高（典型的是PAM溶液）、且投加量较大时（典型投加量2000L/h以上），采用计量泵投加，设备成本将会大幅度提高。螺杆泵的应用适应了这种需求。它具有适用于高粘度介质、投加量大、无脉动、管路简单等特点。但其精度较低、耐腐蚀性有限且不能干运转。
近十几年来，在水厂加药过程中，应用最为普遍的加药设备是计量泵，它取代了许多传统加药设备。其投加精度高、可干运转、耐腐蚀、易实现自动控制、功能齐全、适用性广泛等特点成为水厂药液投加的主流设备。计量泵是一种往复式运动的容积泵。
自1936年美国人Milton Roy父子发明了世界第一台计量泵起至今已有近70年历史，其技术已很成熟。计量泵的原型机为柱塞式计量泵。由于柱塞式计量泵存在耐腐蚀性不够、易泄漏等缺点，除非在特殊场合，现已很少在水厂加药中使用。在水厂加药中使用的计量泵主要是隔膜计量泵。隔膜计量泵又分为机械隔膜计量泵和液压隔膜计量泵。
近十几年来，计量泵驱动技术得到了长足发展，除了传统的电机驱动方式外，新型的计量泵还有电磁驱动和气动马达驱动。气动马达驱动的方式在水厂很少使用。近年来，电磁驱动方式的计量泵（简称电磁计量泵）在我国小型水处理加药过程中得到了非常广泛的应用，它采用电磁铁吸合产生往复运动的原理。大多数电磁计量泵均为机械隔膜式，具有如下技术特征：
投加量范围：0.8~95L/h
流量调解范围：可高达1000：1
过压自动保护：无须外装安全泄压阀
外部自动控制：自动型可直接接收外部4~20mA或脉冲数字信号控制、 便
于同PLC控制系统地联接
运动部件简单、无需润滑、无传动减速部件，可靠性高
全密封的外壳：外壳材质为玻璃纤维增强PP材质，防护等级可达IP65以上
节能低功耗，一般功率在22W~87W
泵头结构为机械隔膜式，多种应用方式（高粘度介质、浆料介质均可适用），多种泵头材质可选
投加精度可达±2%
高性价比，特别适用于中小型水厂。可实现数字化控制。
对于电机驱动的隔膜计量泵，机械隔膜计量泵和液压隔膜计量泵在各种类型水厂均有应用。
机械隔膜计量泵：
由于受隔膜的机械强度所制约，输出压力一般≤1.2MPa.单头最大投加量世界先进水平不大于4000L/h，隔膜寿命指标为8000h以上，投加精度一般在±1~±2%。为保证计量泵运行的安全性和可靠性，在应用中要求在计量泵出口处安装安全泄压阀。
液压隔膜计量泵：
采用了液力平衡原理，隔膜不承受剪切力。输出压力可达几十兆帕，单头最大投加量可达近16m³/h，隔膜寿命指标20000h以上，投加精度可达±0.5~±1%。并设有内置安全泄压阀，大大提高了计量泵运行的安全性和可靠性。
计量泵控制技术：
电磁计量泵无需电动冲程控制器和变频器即可直接接受外部4~20mA或脉冲数字信号进行自动控制。使用方便，在中小水处理加药过程中得到了广泛应用。
电机驱动的计量泵控制可采用冲程控制器对计量泵冲程在0~100%范围内无级调节。接受外部4~20mA或1~5V控制信号。同时电动冲程控制器可输出冲程位置信号。在不使用变频器和对计量泵进行现场标定情况下，这个位置信号可代表计量泵的输出流量。目前国内计量泵制造技术在电动冲程控制方面同世界先进水平还有较大距离。
随着电机变频技术的发展，近年来水厂加药过程较普遍的采用变频器控制计量泵驱动电机，以实现对计量泵流量输出的自动控制。由于国产计量泵电动冲程控制技术较落后，因而采用变频器控制计量泵的方式较多。但受普通电机的变频特性限制，一般的调解范围在2：1~3：1，在控制要求较高的场合有很大局限性。为了提高变频控制调解范围，近年来强制风冷型变频电机技术得到了越来越广泛的应用，其变频调节范围可达到10:1~5:1，有效的提高了计量泵自动调节范围。在复杂的加药控制过程中采用电控冲程控制和变频控制相结合，可达到双调控制。这种控制方式在一些大、中型水厂中的应用越来越广泛。
计量泵泵头结构及材质：
随着各种新型药剂的应用，计量泵为适应药液的物理性质和化学性质，在泵头结构改进和材质使用上近年来有了较大发展。
泵头结构：高粘度泵头、浆料泵头、专用聚合电解质泵头、浓硫酸泵头、防虹吸泵头、卫生级泵头，可选用以适应不同药液的性能。
泵头材质：PVC、PP、PVDF、不锈钢、20号合金、哈氏合金等，可选用以适应不同药液的腐蚀性。
2) 离心泵投加
离心泵在水厂主要应用于药液提升和输送，但随着流量仪表和调节控制技术的发展，在大流量药液投加中将会得到广泛应用。以往水厂使用的主要是耐腐蚀的机械密封离心泵，主要类型有普通耐腐蚀离心泵、自吸式耐腐蚀离心泵、液下耐腐蚀离心泵。这些机械密封式离心泵具有一个共同的缺点，即机械密封的泄漏造成环境污染和腐蚀。针对腐蚀性、有毒有害液体的输送，新型的无泄漏磁力驱动离心泵（简称磁力泵）将会得到越来越广泛的应用。磁力泵采用磁力耦合技术，无机械密封联接，在输送过程中保证绝对无药液的泄漏。自1946年胜达因-HMD公司发明世界上第一台无泄漏磁力泵至今已有近60年历史，该项技术日臻成熟。在腐蚀性、有毒、有害化学溶液输送应用中将逐步取代传统的机械密封耐腐蚀离心泵。目前国内外均有许多厂商在生产制造磁力泵，从水厂应用的磁力泵技术水平看，国产磁力泵的差距主要表现在：磁性材料不过关，易产生退磁现象，泵头材质及结构选择范围较小。
磁力泵亦有自吸式、液下式等多种结构规格供选择。采用耐腐蚀离心泵或磁力泵进行药液投加的工艺流程如下：
控制器
                                         外    外部控制设定
溶液池（药液）→  离心泵/磁力泵 →  流量计→ 调节阀 →  投加点
                                    
这种投加控制适用于大流量药液投加，系统精度可达±1~±2%，具有可动部件少、可靠性高、自动化程度高、性价比高、运行成本低等特点。药液投加量越大，其性价比越具有优势。随着水厂自动化水平及人员素质的提高，这种投加技术将越来越受到重视。
3) 一体式加药装置
随着水处理加药设备的发展，为便于投加量较小的药液投加，一体式加药装置应运而生。这种设备将溶液搅拌制备、计量泵投加和控制集成于一体。具有安装方便、占地空间小、集成度高、造价低、投产快等特点。
其主要技术特征：
药桶： 容积最大可达3000L，材质为PE
投加计量泵： 一般采用电磁计量泵或机械隔膜计量泵
电动搅拌机
高/低液位控制开关
可配置排污阀、固定件、接头、控制箱等附件
投加量范围：0.02L/h至1200L/h
2.2.2.3  加药系统设备的控制
加药系统设备的控制分为两大类：一是开环控制；二是闭环控制。影响药液投加单耗的因素很多，情况较复杂；适合不同地区、不同水质的药品也不同，因此，国内完全采用闭环控制方法加药的净水厂很少，大多数净水厂还是采用开环控制、半自动控制或完全人工控制方法。无论是闭环控制、开环控制，半自动控制还是完全人工控制加药，其最终目的都要达到以下几点：
1) 加药连续、及时、安全、可靠；
2) 加药量准确，水处理效果好；
3) 药液消耗适当、合理、节能、降耗；
4) 运行管理方便、操作简单、改善劳动强度、提高生产效率。
药剂注入的自动控制，真正实现药剂的准确、及时的自动投加是国内外供水行业亟待解决的问题，目前，我国水处理控制加药方式主要有：人工控制投加、人工设定投加率、流量比例控制、计算机按比例投加控制、前馈数学模型计算机自动控制、模拟自动控制单元控制、SCD游动电流自动控制、前馈和后馈数学模型计算机优化自动控制等。
2.3.1 人工控制投加
这种控制方式的主要做法是通过长期工作积累经验或经小型模拟试验总结原水水质、流量与加药量之间的关系，按照人工控制设备的工作状况来实现调节加药

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量，是完全人工操作的控制方式，是比较原始、简单的一种控制加药方式，也是目前中、小净水厂普遍采用的方法之一。
2.3.2 人工设定加药单耗，流量比例或按比例投加
这种方式较完全人工操作控制先进了一步，计算机参与了控制，人工设定加药单耗，由于加药单耗的设定只考虑了源水水量、浊度与加药量的线性关系，属于半自动控制方式。这种方法是目前普遍采用的方法之一，特别是八十年代初期进行改造的老水厂采用的较多。流量比例控制作为一种经典、可靠简单的控制方法将会长期存在。
2.3.3 前馈数学模型计算机自动控制方式
80年代末90年代初，随着连续检测仪器、仪表的出现，国内一些新建水厂开始采用这种方法进行加药量的控制，该方法将源水的一些影响混凝效果的水质参数（如：水量、浊度、前加氯量、水温、溶解氧、PH值、氨氮等），有选择的作为前馈值，建立前馈数学模型；沉淀后水浊度或滤后水浊度作为后馈参数，由计算机自动调节、控制加药量。其特点是能根据源水水质和水量的变化及时地改变加药量，对提高水质的保证率和降低药耗起到了一定的作用，但是这种方式没有考虑到后续工艺的各种参数变化对混合、反映效果的影响，加药存在滞后问题，在实际应用中要参考混合、反映效果情况和出厂水浊度进行人工调整加药量。由于数学模型建立较复杂，其应用受到了制约。
2.3.4 模拟自动控制单元控制
这种方式是在“前馈数学模型计算机自动控制方式”的基础上，借助实际工作经验和小型试验数据，做出几种理想状态的加药模式，如利用季节、水温、浊度等条件划分，这种方式虽然解决了一些加药滞后问题，但适应性不好，在季节变化或水温、浊度变化比较大的情况下，水质合格率降低，需要借助其他检测反馈系统进行调整，不是一个很理想的加药控制方式。
2.3.5 SCD游动电流自动控制
这种控制方式是在取得类似于“前馈数学模型计算机自动控制方式”的基础上，找出理想絮凝效果状态下的游动电流大小与加药量的规律，通过对游动电流情况进行检测，反馈给计算机自动控制系统进行自动加药。目前，国内有几例净水厂将该技术应用到了实际生产运行中，由于各地区的水质、温度、工艺条件不同，各地区应用的效果也不同。
2.3.6 前馈和后馈数学模型计算机优化自动控制
这种控制方式是前几种控制方式的综合，利用检测仪器、仪表设备对源水混合前的水量、浊度、PH值、水温、溶解氧、氨氮、前加氯量等一些对混凝效果有影响的参数有选择的作为前馈值，建立数学模型；将沉淀后水浊度或滤后水浊度、矾花形成效果等一些其他工艺参数作为后馈值，建立数学模型计算机自动控制系统，完成加药的自动控制，可进行开环或闭环控制，是一种较理想的控制加药方式。
这种控制方式的关键是相关参数的连续检测。对混合、反应效果的连续检测是当前亟待解决的问题。目前，国内外水处理技术及相应的仪器、仪表连续检测手段，对源水的水量、水质、水温等参数的连续检测已经很成熟，而对混合反应效果及其他工艺因素参数的检测和利用还不成熟，还有待于进一步的开发。混凝效果及其他工艺因素参数的检测和利用，这一课题国内外采取了很多办法，主要是从两个方面考虑，一方面是利用电化学原理，检测混合反应的游动电流及电位；另一方面是利用光学原理，检测混合反应后矾花形成过程的光学效果，反馈到计算机，进行自动加药。也有通过其他手段，如：通过检测混合反应后矾花形成过程中矾花的单位面积数量，判定混合反应的效果。
由于一些相关水质和工艺参数因素参数对混凝效果的影响很大，建立多因素的数学模型来控制自动加药，是自动控制加药的新课题，有待于进一步开发研究出适应性更强、加药更准确、加药更及时的数学模型。
II.    消毒设备技术发展状况
生活饮用水必须经过消毒，消毒系统的构成及选择一般是根据原水的水质、出厂和管网末梢水质要求、消毒处理工艺要求、消毒方法、消毒剂的种类等因素综合决定。
一、 消毒处理工艺的发展
净水厂给水消毒处理工艺的目的是杀灭水中致病的病原体，切断病原体通过水传播。过去我们常说病从口入，日常生活用水是对人体传入有毒有害物质和致病病原体的主要原因之一，因此控制和消除饮用水中有毒有害物质和致病病原体是非常重要的。
     消毒不是杀灭水中全部的微生物，也不是将病原微生物100%的杀灭，是将水中的病原微生物控制到以满足生活饮用水水质标准指标范围内。以各种形式消毒方式对水的消毒，已有数千年的时间历史，其中最常见的方法是将水煮沸。采用氧化消毒剂消毒是从有了集中供水设施开始的，19世纪初期氯化消毒技术已经应用到饮用水消毒方面，首先使用了氯化物消毒；19世纪末期到20世纪初期，氯化消毒得到了进一步发展，液氯消毒技术被使用在净水厂消毒中；到20世纪中期，臭氧和紫外线以其特有的氧化消毒原理和特性被应用到饮用水消毒中。回顾消毒技术的发展，消毒技术每一次的飞跃发展，都是伴随着对致病病原体有新的发现或侵入人群产生较大后果而诞生的。氯化消毒作为一种最原始、最有效的消毒方式，在慢长的使用过程中，经历了几百年的历史，逐渐的被人们认识和掌握，在20世纪70年代人们发现氯化消毒可以产生氯化消毒的副产物，氯化消毒的副产物被国际公认为是致癌物，因而出现了使用氯氨消毒和二氧化氯消毒。随着工业生产的不断发展，地表水和地下水的污染越来越严重，导致生活饮用水水源遭到不同程度的污染，20世纪90年代，人们在饮用水中发现了新的病原体微生物因子和抗氯型微生物，同时饮用水中的化学成分的数量也急剧增加。面对日益严重的水污染形势，常规的水处理工艺和消毒方法，很难解决饮用水中的有毒有害物质和致病微生物问题，世界各国纷纷推出各种水处理新技术，在工艺方面，将活性炭吸附和膜过滤技术应用到饮用水处理方面；在氧化消毒方面，出现了复合消毒方法，充分利用了各种氧化消毒剂的优势。
我国对生活饮用水的水质问题非常重视，1959年首次颁布了第一个生活饮用水水质标准，这个标准包括16项指标；1976年对标准进行了修订，将生活饮用水标准指标增加到23项；我们目前执行的胜过饮用水标准是1985年颁布的《生活饮用水水质标准GB5746—85》，标准中规定的限量参数共35项；根据我国各地区水质污染、经济发展和各地区水司的实际情况，中国城镇供水协会于1993年和2000年分别制定了“供水行业技术进步发展规划”，规划中规定了各类水司对生活饮用水水质的控制标准，很多控制标准是针对消毒副产物而增设的，其中在2000年规划中，要求一类水司的控制水质标准为88项，相当于80年代欧共体（EC）66项和世界卫生组织（WHO）49项的国际水平。
对于消毒过程产生的副产物，在很长一段时间内众说纷纭，国内外专家做了许多研究和报道，在常用的几种消毒剂中，大多数都有副产物产生，如氯化消毒会产生三卤甲烷（THMS）、卤乙酸和氯酚；二氧化氯消毒会产生氯酸盐和亚氯酸盐；臭氧消毒会产生溴酸盐和甲醛盐等。上述消毒过程副产物，在一定的浓度下，都不同程度的表现一定的病理和毒理性能，多数都被公认为是致癌物质。但是消毒副产物的产生，是需要一定的条件的，如氯化消毒产生三卤甲烷（THMS）、卤乙酸和氯酚副产物的前体物质是水中的大分子有机酸类物质；二氧化氯消毒产生亚氯酸盐副产物的前体物质是二氧化氯在消毒过程中与水反应生成的亚氯酸根（HClO）和氯酸根（HClO2¯）,有关二氧化氯副产物对人身体的危害，由于没有长时间的资料积累，目前仍在探索之中；臭氧消毒产生溴酸盐和甲醛盐副产物的前体物质是水中含有含溴化合物和甲醛类化合物，因此，在选择合理氧化消毒方法时，不但要看它对病原微生物的消毒能力，更重要的是要根据水质情况分析判断选用的消毒方法是否可以产生副产物。由于消毒副产物的出现，对常用的消毒方法的使用带来了挑战，如何正确选用消毒方法，即可达到饮用水消毒目的，又可以抑制消毒过程产生副产物是目前净化工艺消毒过程的课题。
新的消毒方法有两种方式，一种是复合消毒方法，是消毒过程不是选用单一的消毒剂或方法，常用的复合消毒方法是利用臭氧或紫外线的强氧化消毒性能对滤后水进行消毒处理，然后再用氯气或氯胺保持管网水剩余消毒性能；一种方法是对滤后水进行预吸附过滤处理，然后在使用复合消毒方法，采取这些方法的其目的就是控制和杀灭病原微生物和消毒副产物，提高水质质量。
    全面评价一种消毒剂的效果，不但要看它的氧化消毒能力、水中残留浓度的保留时间和副产物的影响等因素；还要考虑其使用要求、货源供应、消毒成本的诸多因素。每一种消毒剂都有其各自的特点，对不同的水体、不同水质有不同的消毒效果。对于化学消毒剂，其功能应按杀灭微生物的有效性和稳定性两个方面来衡量，有效性即在PH=6～9范围内对细菌、病毒、原生物的杀灭率，一般有效性臭氧＞二氧化氯＞氯＞氯胺；稳定性指消毒消毒剂在管网中持久性，一般稳定性氯胺＞二氧化氯＞氯＞臭氧。消毒工作不应以满足生活饮用水标准要求为前提，应尽可能的消除和控制饮用水中，对人身体有毒有害物质的存在和发生，各水司尤其是一类水司应率先对现有的消毒设备、设施和消毒方法进行改造，根据源水的水质、污染等情况和净水水质、副产物的生成残留消毒效果及工艺等情况，合理选择消毒系统、消毒方法。
二、 常用消毒技术和消毒设备
常用的消毒方法有：液氯；氯氨；漂白粉；漂白精；次氯酸钠；二氧化氯；臭氧；紫外线等，选用消毒方法不同，消毒系统选择的设备也不相同。
消毒工艺设备的选择，要根据当地的水质情况、自然资源和交通运输情况综合决定。
给水的氯化消毒已有近百年的历史，从使用次氯酸钙消毒到使用液氯消毒，氯化消毒得到了飞跃的发展，随着化工产业的发展和副产品的增加，氯化消毒增加了许多新型的可供不同需要选用的消毒剂产品如：液氯、氯胺、漂白粉、漂白精、

梦岩

次氯酸钠等，这些产品都是以氯消毒、氧化作用为原理，氯化消毒由于消毒效果可靠成熟、成本低，在国内外得到了广泛的应用。随着科学技术的发展，在给水消毒领域中，又出现了许多新的消毒剂和消毒方法如：二氧化氯、紫外线、臭氧方法等，近几年研究发现活性炭吸附和膜过滤技术也能起到一定的消毒作用，相信将来会有更多更好的消毒剂和消毒方法出现。
三、 液氯消毒及消毒设备
1 液氯消毒的作用原理
液氯消毒是将液相氯气气化后变成气相氯气，通过加氯机投入处理水中, 主要是以次氯酸、次氯酸离子和氯离子状态存在，形成的次氯酸和次氯酸根统称为游离性有效氯，游离性有效氯有杀菌及氧化作用，是目前普遍采用的一种消毒方法。
Cl2 + H2O→ HClO + HCl ； HCl →H+ + Cl－  ；  HOCl→ H+ + ClO－
2 氯气消毒设备
目前从欧美地区及我国各水司加氯设备使用情况看，主要采用的是真空式加氯系统设备。相对于过去使用过的正压式加氯设备及转子加氯机，真空式加氯机具有更高的安全性，成为各类水厂加氯设备的首选。根据水厂规模及所处理水耗氯量不同，主要有两种形式的加氯系统设备的配置构成。
2.1中小型加氯系统设备（一般氯气总投加量≤60kg/h）
（吊装设备） （称重）      （压力检测）                        （压力水系统）
↓         ↓               ↓                                     ↓   
氯瓶储存→ 氯瓶供氯→正压管路及切换系统→真空调节器→真空式加氯机→ 水射器→ 投加点
           ↑                  ↑                          ↑
    （室温自然蒸发）      （调节加氯）                  （余氯检测）
该系统设备构成可大可小、配置灵活，根据投加量不同可单瓶供气，也可多瓶并联供气。对自动化程度较高、较复杂的系统设备配置需要专业技术人员或专业供货商提供设计。
2.2 大型加氯系统设备（一般氯气总投加量>60kg/h）
（吊装设备） （称重）      （压力检测）                        
↓          ↓              ↓                                       
氯瓶储存→ 氯瓶供氯→正压管路及切换系统→蒸发器及自动减压系统→真空调节器→真空加氯机→              水射器→                 投加点                                                               ↑                    ↑                     ↑                                                           （调节加氯）       （压力水系统）         （余氯测量）
该系统适用于大型水厂加氯，系统设备配置需要专业技术人员或专业供货商提供设计。
3 加氯系统设备技术发展
3.1氯瓶使用
氯瓶是氯气消毒剂的供给源，也是危险来源。安全正确的使用氯瓶及构成加氯系统，是加氯系统设备安全运行的前提。
氯瓶储存：根据加氯量的大小储存一定量的瓶装液氯，瓶装液氯一般有吨级氯瓶和立式小氯瓶两类，吨级氯瓶规格有500kg/瓶和1000kg/瓶两种。立式小氯瓶有50kg/瓶和70kg/瓶两种。在使用中要空瓶和满瓶分别堆放，并且设有吊装设备。
氯瓶供氯：为保证加氯的连续供气，一般需要配备两组氯瓶（一用一备），两组氯瓶用专用轭钳（带隔离阀）及柔性铜管连接汇流排至加氯机部分。根据加氯量的大小可采用单瓶供气或多瓶并联供气。为了安全起见，多瓶并联供气时，并联的氯瓶个数不宜太多，并严禁对氯瓶进行外部强制性加热。在选择并联氯瓶进行供气时，单个氯瓶的氯气自然持续抽出率是确定氯瓶数量的重要依据。
典型氯瓶自然持续抽出率：1000kg/瓶的抽出率——8kg/h 氯气
                         70kg/瓶的抽出率——1kg/h 氯气
达到这个抽出率的条件：温度 20℃； 出气背压0.24Mpa
在大型加氯系统中，一般采用单只氯瓶向蒸发器供给液氯。
氯瓶中氯气残量计量与控制：
最准确和可靠的技术手段是采用称重法。国内现在可生产达到世界先进水平的氯瓶电子秤，准确度可达到国家计量等级Ⅲ级，在称重2000kg时，分度值为1.0kg, 并且有电信号远传功能。
3.2正压管路及切换系统
现代真空加氯技术的发展，极大的提高了氯气流量调节控制环节的安全性。但是从氯瓶出气至加氯机真空调节器之间的正压管路及正压切换系统仍存在许多可能的泄漏点，是目前氯气使用中的主要安全隐患。解决和降低这种安全风险的主要技术措施有：
①严格按氯气使用标准选择、安装、维护正压管路的管道、接头及阀门；
②尽可能的简化正压管路及切换系统，将正压连接点的数量降至最少，最大限度的减少可能的泄漏点。
3.2.1 氯气正压管路、接头、阀门基本技术条件
①管路及接头口径： DN20(3/4") —用于气相管路
                   DN25(1")—用于液相管路
  材质：管路——10#或20#优质碳素无缝钢管，执行标准为GB8163-87或等同。壁厚≥3.5mm(DN20)或4.5mm(DN25)；
接头—（直通、弯头、三通、四通）锻钢，材质标准为ASTM105或等同；耐压≥3000LB(20.7MPa)，耐压标准为API 602 或等同；
②管路阀门
在干氯气（液相或气相）管路上仅采用两种阀门：GLOBE型截止阀和球阀。由于GLOBE型截止阀在开/关两个方向上均不会容留液氯，经多次旋转操作才能全开/闭，可防止意外快速开/关阀门，提供了非常重要的安全特性。为干氯气（液相和气相）管路上首选之截止阀。球阀为干氯气管路上的一种选择应用，特别注意在液相使用时，普通结构的球阀会在关阀时容留液氯，造成安全隐患。故在液相管路上使用球阀时，要选择特殊结构的阀球。自动切换阀门一般选用球阀。
材质：GLOBE截止阀——阀体为锻钢。材质标准为ASTM 105或等同；阀杆、阀头及阀座为蒙耐尔（Monel）合金或哈氏C合金（HC）。
球阀——阀体为锻钢。材质标准为ASTM 105或等同。阀球及阀杆为蒙耐尔（Monel）合金，阀座及密封为PTFE。
耐压：GLOBE截止阀≥1800LB(12.4MPa) ；球阀≥2000LB(13.8MPa)
目前国内阀门制造水平还不能满足上述要求，需进口。但进口阀门供货周期长、成本较高。如果选择国产阀门替代，要特别慎重。如从成本考虑并兼顾安全性，国产有两种结构的阀门可用于气相氯气，但必须定期维护和更换，且球阀不用于自动切换。
GLOBE型截止阀——阀体、阀杆、阀头为锻钢，材质标准为ASTM105或等同。阀座为304SS, 密封为石墨；耐压≥800LB(5.5MPa)
球阀——三段式浮动球结构。阀体材质为1Cr18Ni9Ti;，阀球/阀杆材质1Cr18Ni12Mo2Ti阀座及密封为PTFE，耐压≥4.0MPa 。
3.2.2 切换系统
切换系统是保证连续供气的控制装置，有手动切换和自动切换两种。目前各水司采用的切换系统大多数是正压切换，即在正压管路上对两路气源进行手动或自动切换。这种切换方法的缺点是：正压管路较复杂、联接点过多、安全隐患大。但采用蒸发器的液相氯气管路由于供气方式决定只能采用正压切换。
近几年来，一些水司采用了负压切换技术。这种切换技术的最大优点就是大大简化了正压管路，因而提高了系统的安全性。其缺点是必须有两台真空调节器循环使用。负压切换技术有三种：
①真空调节器直接负压切换
这种方式是采用两台带切换功能的真空调节器（国际上已有厂商提供这种产品）相互切换。无需另外增加任何切换装置，结构最为简单，安装方便；其缺点是：在氯瓶出口的正压管路上必须安装压力检测及节流装置，否则存在将氯瓶放空的可能。目前最大切换量可达60kg/h。
②真空调节器+真空式自动切换控制器
这种方式是在两台真空调节器出口处联接一台真空式自动切换控制器。这种真空式自动切换器是机械式，结构简单、安装方便、造价低；缺点是：无电信号输出。若需要电信号指示切换状态，必须在压力管路上安装压力检测开关。目前最大切换量可达80kg/h。
③负压管路电动球阀切换
在两台真空调节出口负压管路上设置一个三通塑料电动球阀或两只二通塑料球阀。根据正压管路上压力开关信号和/或氯瓶电子秤输出信号，对两台真空调节器出口负压氯气进行切换，以保证连续供气。切换能力取决于真空调节器容量，其切换控制器部分的功能类似传统式的正压切换。
3.2.3 全真空加氯系统
由于正压管路及切换系统中存在接头泄漏点的安全隐患，在小型加氯系统中，采用全真空加氯的概念，可极大提高系统安全性，特别适用于小型水厂。
在投加量小于2Kg/h时，最可靠的办法是将加氯机的真空调节器直接安装在立式小氯瓶的脚阀上，省去了所有正压管路。在小型加氯系统中，发达国家普遍采用这种方式，国内主要问题是立式小氯瓶的充气存在问题，许多化工厂不愿接受立式小氯瓶的充气业务。
3.3 电热蒸发器
在大型加氯系统中，由于需氯量较大，在采用多氯瓶并联自然蒸发方式已不能满

梦岩

足供氯需求时，可用电热蒸发器对液相氯气进行强制加热，使之蒸发成气相氯气以满足加氯机的投加量要求。由于是对有毒气体的蒸发，为防止蒸发器爆炸事故，蒸发器的设计及制造技术的安全性及对我国氯气品质的适用性是必须优先考虑的。
3.3.1 液氯蒸发技术
近年来，国际上液氯蒸发器技术有了长足进步。从国际上有代表性的加氯机制造商提供的液氯蒸发技术看，主要有两类：
①油浴式：
采用油作为热媒对液氯蒸发腔进行加热。
优点：体积小，油的热容积大，加热效率高，对蒸发腔无腐蚀。
缺点：由于油温较高，出现温控故障时会引发严重后果。
在干氯气系统中主要采用的耐腐蚀结构材料是：钢、铁、铜、镍、银、钽等，这些材料耐腐蚀的条件是：氯气温度<121℃。当氯气温度达到251℃时，碳钢会在氯气中燃烧。油浴式潜在的危险性非常大。
②水浴式：
采用水作为热媒，对液氯蒸发腔进行加热。
优点：最高加热温度≤100℃，本质安全。
缺点：体积大，需增加阴极防腐措施，制造成本高。
3.3.2 水浴式加热循环技术
由于水浴式的安全可靠性高，国内各水司大多采用的是水浴式。但水浴式的加热循环技术是水浴式蒸发器安全可靠运行的重要保障。目前国际上主要加氯机制造商提供的蒸发器加热循环技术有两种：
①直热内循环式：
这种技术通过良好的水加热自然对流循环设计，即可达到均匀加热目的。无需额外强制循环设备，效率高、可动部件少、故障率低、可靠性高，不会产生“热点”而引起安全隐患。
②强制外循环式：
这种技术在加热过程中需要通过外界热循环泵或搅拌装置进行强制热循环才能达到均匀加热目的。由于可动部件的存在，其结构较为复杂，故障时会产生“热点”引起安全问题，可靠性及安全性不如直热内循环式。
3.3.3 蒸发器的技术安全指标
水浴式的安全性是众所周知的，但由于我国氯气的纯度不高，选择适合我国氯气品质的蒸发器才能达到真正安全可靠运行的目的，低压低温型更适合杂质含量高的氯气（特别是含有NCl3）。电热蒸发器的设计、制造及出厂检测必须严格遵照美国ASME法规（锅炉及压力容器法规Section VIII，DIV.1）的要求。过去各水司在引进蒸发器时未考虑到ASME法规的要求，也未要求供货商提供相应的认证及检测，这样为蒸发器运行留下了安全隐患。
①低压低温性蒸发器的主要技术安全指标
蒸发腔设计压力   ≥3.8MPa
安全释放压力     ≤1.7MPa
最高蒸汽温度     ≤60 ℃
低压低温型（相对于安全释放压为3.9MPa,最高蒸汽温度接近100℃的蒸发器而言），可有效防止氯气中所含其他杂质成分在较高温度时产生的意外事故。
②蒸发器设计/制造/出厂检测指标及标准
蒸发器必须提供一个&#61548; “L” 标记（证书），满足ASME法规UW-2部分及美国氯气研究所的各项推荐标准，并指明提供了下列认证：
W-L: 焊接满足致命性毒气要求
S-L: 制造采用无缝钢管用于致命性毒气
HT: 整个蒸发腔进行了焊后热处理
RT-1: 蒸发腔接触致命气体的所有焊点100%进行X射线探伤
按照ASME法规U-1A要求，出厂的蒸发器必须进行第三方压力容器检测认证，如美国权威的”YORK&#61548; INTERNATIONAL”认证。所取得的第三方检测认证必须以金属标牌形式焊接在蒸发器上。
3.4 真空加氯机
加氯机是净水厂普遍采用的一种加氯消毒设备，用于氯气投加已有近百年的历史，经历了由正压式、转子式、到真空式的发展历程。自上个世纪60年代初美国Capital Controls公司首次推出全真空式加氯机起，真空式加氯机已有40多年的发展过程。国内外一些专业厂商所生产的产品已经系列化，能满足各类水司的需求。但国产加氯机同国际先进水平比较还有较大差距。
所谓真空加氯机其本质是氯气的压力及流量调节控制系统；狭义的加氯机是指加氯流量调节控制部分，而广义的加氯机则由真空调节器部分、加氯流量调节控制部分及水射器部分组成。这三部分往往并非组合在一起成为单元设备供货，而多数是要在生产现场进行组合、安装、调试后才能成为一个完整的加氯系统进行使用。
3.4.1 真空调节器部分
真空调节器是将正压气体调节成负压气体，其基本结构是弹簧加载隔膜式。真空调节器的动作原理同减压阀不同，不是由进入真空调节器的上游侧气压开启进口阀，而是由下游侧的负压抽吸能力决定其进口阀的开启度，所以当真空调节器负压出口处下游侧负压失去时，真空调节器会自动关闭，起到安全截止保护作用。
真空调节器技术向着简化结构，功能丰富的方向发展。现代先进的真空调节器无需在其正压入口处再预装减压阀进行一级减压即可将高达1.0MPa的气压调节为负压，其调节范围宽、结构简单、可靠性高，越来越多的真空调节器采用了这种技术。
先进的真空调节器配有下列功能件以适应越来越高的安全性及自动控制要求。
电加热器——防止真空调节器结霜及冷凝液氯进入真空调节器
集液管——防止冷凝液氯直接进入真空调节器
低温开关——当真空调节器温度过低可能出现结霜时进行报警
气压表——指示进入真空调节器的压力
气源耗尽指示及报警远传开关——适应自动化要求，现场指示或远传真空调节器进气状态
过滤器——防止氯气杂质进入真空调节器，延长真空调节器维护周期
液相氯气及杂质进入真空调节器是其故障损坏的主要原因，判断真空调节器先进性主要考虑两个方面的技术水平：一是真空调节范围，先进的真空调节器无需进行一级减压即可将0~1.0MPa气压调节至负压；二是真空调节器防液相氯气及杂质进入的功能是否齐全。先进的真空调节器标准配置有集液管、电加热器及微孔过滤器（90目）。
3.4.2 加氯流量调节控制部分
该部分进行系统内氯气的压力及流量调节控制，以达到系统氯气压力稳定、流量调节准确的目的，同时该部分又是接受外部手动或自动控制的执行机构。加氯机的技术发展和进步主要表现在其工作原理和自动控制方式上。
①真空加氯流量及压力调节技术
我国自上世纪80年代起引进国际上先进的真空加氯设备，至今已有20余年历史。真空加氯调节控制技术也经历了由差压式调节到音速式调节的发展过程。
较早期的真空加氯机均采用差压调节技术，即通过差压调节器将流过控制阀口（手动或自动）氯气上下游侧的压差调节成恒定。压差不变时，流经阀口的气体流速就不会变化，这样在系统压力（真空度）保持恒定时，阀口的开度同氯气流量成正比，阀口的开度即可代表氯气流量。控制阀口开度即控制了氯气流量。
但该原理的加氯机在实际使用过程中存在两个问题：
其一，水射器工作水压的波动使得水射器抽吸力发生波动，从而造成系统压力（真空度）的波动，而无法保持恒定。由于气体的可压缩性，当系统压力发生变化时，其密度亦发生变化，则流经控制阀口的实际流量同阀口开度并不成比例，则阀口开度不能代表氯气实际流量。
其二，由于差压调节器的存在，为防止过真空将差压调节器膜片损坏，系统中必须设置过真空泄放阀，从而造成系统复杂，可靠性下降、设备维护成本和备件成本上升。
在采用差压调节方式的一些大型加氯机（60~200kg/h投加量）中，为防止系统压力波动造成流量调节的不准确，增加了稳压器。增设了稳压器的差压调节方式的加氯机有效的提高了系统压力的稳定性，其控制阀口开度能代表实际氯气流量。
随着真空加氯机技术的发展，越来越多的国际知名加氯机制造商开始采用音速调节技术。许多厂商已把80年代至90年代生产的差压式真空加氯机淘汰，转而制造音速调节式加氯机。在10kg/h以及下规格加氯机，除个别品牌还保留差压式加氯机以外，近几年的新产品中均可提供10kg/h级音速调节加氯机。目前国际上音速调节式加氯机的最大投加量达60kg/h，可满足大多数大型水厂加氯要求。
音速调节加氯机采用的原理是：当气体的流速达到音速时，该气体即变成不可压缩。在加氯机中当流过控制阀口的氯气达到音速，即流速不变。而此时氯气的密度不随系统压力（真空度）波动而波动（不可压缩）。则氯气流量（质量流量）同阀口开度成正比。因而阀口开度大小代表真实的氯气流量。采用这种调节技术使得加氯机的调节及控制技术产生了质的飞跃，控制阀口开度即真正达到了控制氯气真实流量的目的。
这种新型技术原理的真空加氯机，其优点表现在三个方面：
其一，在加氯机中省掉了差压调节器及过真空泄放阀。系统结构大为简
化，符合“简单就是美”的现代设计理念，可动部件大幅度减少、
可靠性提高、维护及备件成本大幅下降。
其二，提高了加氯系统控制的准确性和稳定性，在最小工作水压以上不
受工作水压力波动的影响。阀位开度代表真实的气体流量，可输
出真实的氯气流量信号，提高了加氯机的自动化水平。
其三，可直接使用大气空气对真空加氯机进行现场测试标定/调试。缩短了设备安装调试的周期，降低了调试费用，提高了安全性。
②真空加氯机自控化控制技术
目前采用自动加氯控制的多数水司，加氯机的自动控制方法主要采用加氯机自带控制器，实现独立的流量比例、余氯负反馈及复合环路控制，而独立于水厂PLC计算机控制系统。由于加氯机自带控制器功能的制约而无法根据水厂实际情况发挥计算机系统的功能，实现其他控制方式。一般无法实现通过中控室或子站对加氯机进行设定和控制。近年来随着水厂自动化水平的提高，尤其全厂PLC计算机系统的应用，越来越多的水厂采用PLC计算机系统控制加氯机运行。按照水厂工艺特点，灵活的采用各种控制策略达到最优控制，而无需加氯机自带控制器。这样既提高了自动化水平和自动化控制的灵活性，也降低了设备投资成本。因而加氯机是否具有模块化功能及直接接收PLC计算系统的控制信号成为评判加氯机技术水平的判据之一，也是加氯机自动控制技术的发展方向。
是否能实现加氯机自动控制的另外一个影响因素是余氯仪的选择。针对水质不同及残余氯的种类，要选择最合适的余氯仪。由于余氯仪工作原理及结构不同，有些适合于测量游离性余氯的仪表，往往不能用来稳定的测量化合氯或总氯。余氯仪的现场标定也是余氯仪是否能准确测量的前提。现在大多使用的余氯仪是电流法原理，而采用的标定方法往往是比色法。由于原理不同会带来标定基准误差，而无法保证余氯仪的准确测量。国际上对电流法余氯仪采用电量滴定法进行标定，所采用的标定设备是电量滴定仪，先进的电量滴定仪不但可在实验室使用，也可便携至现场进行滴定标定。
3.4.3 水射器
水射器是根据伯努力能量守恒原理，采用文丘利喷嘴结构产生负压抽吸力而将氯气与水混合形成氯水投加出去。在现代真空加氯机系统中，水射器是加氯机的发

梦岩

动机，加氯机工作性能在很大程度上是由水射器的效能决定的。因而水射器的效率是评价加氯机技术水平的又一重要判据。
评价水射器效率的参数条件为：工作背压、工作水压、工作水耗。
水射器的工作水压及水耗直接关系到加氯设备的运行成本和投资成本。
当今国际上技术先进的水射器可达到的指标：
在背压为0.07MPa时，工作水压<0.3MPa
这个指标几乎可满足我国大多数地表水厂厂内加氯的水压条件而无需增压泵。因而在选择加氯机及水射器时，要求供货商在水厂投加点工作背压及投氯量条件下提供水射器的工作水压及水耗的曲线图或数据表，以评判技术的先进性。另外，水射器的安装方式是否多样化（可否水平安装）及水射器本身的防倒涌结构、排污结构也是判断水射器技术水平的指标。先进技术水平的水射器不仅可垂直安装，还可水平安装，具有两重以上的防倒涌结构。
为了保证水射器安全可靠运行，除提供可靠的工作压力水外，水射器进出口管路配置的合理性及完整性尤为重要。为防止水射器堵塞，在水射器入口处安装过滤器，过滤器要求透明材质便于巡检，且耐氯水腐蚀的性能。水射器尽量安装靠近投加点，且水射器出口氯水管路口径要大于水射器出口管径。
为了便于对水射器工作状态及工作水压差的评估及故障查询，在水射器进口及出口处安装水压表。水射器出口处水压表要有足够的耐腐蚀性。目前已有塑料隔膜压力表（隔膜材质为PTFE）以适应氯水的腐蚀性。
四、 漏氯回收系统
氯气具有刺激性和毒性；在正常环境条件情况下，空气中含有一定量的氯气对设备有腐蚀作用；并且氯气的比重较大，不易通风排除，加氯系统需要设置漏氯回收设备。
① 漏氯回收装置的作用原理
    漏氯回收装置的作用原理是化合作用原理,一般采用吸收氯气较快的氢氧化钠化合的药剂,氯气与氢氧化钠化合后,生成较稳定的次氯酸钠、氯化钠和水，其化学反应是如下：
Cl2 + 2NaOH → NaClO + NaCl + H2O
采用该方法的漏氯回收装置中和液不能再生，不利因素很多，现正被中和液可再生的漏氯回收装置所取代。
② 漏氯回收系统的组成
    漏氯回收系统一般由氯气吸收地沟、氯气回收管道、吸风机、漏氯吸收中和装置、尾气排放等部分组成：
（地沟、透气盖板）           （风量调节） （药液循环系统）  
     ↓                         ↓             ↓   
氯气吸收地沟 → 氯气回收管道 → 吸风机 → 漏氯吸收中和装置 → 尾气排放管道
      ↖       ↗                   ↖        ↗               
（漏氯检测）                   （动力、控制）      
氯气吸收地沟：氯气比空气比重大很多，出现漏氯时，一般沉积在地表面，需要设吸收地沟，表面设开孔盖板，并在适当位置设漏氯检测探头。&#61548;
氯气回收管道：氯气回收管道起到输送吸收的氯气作用，管道中设阀板，便于对泄漏的氯气进行隔离；局部处理。&#61548;
吸风机：防腐蚀引风机，可通过加设阀板和变频调速装置进行风量控制。&#61548;
漏氯吸收中和装置：常用的有立式和卧式两种形式，由碱液槽、喷淋中和塔和循环间泵组成。内装的药品常用的是氢氧化钠碱液，由于氢氧化钠碱液在每次吸收中和氯气之后，需要清理、更换；另外在长时间存放之后，氢氧化钠碱液易浓度降低和结晶，需要经常维护，目前，有些厂商生产了一种复合中和药液，这种中和药液利用了氧化还原原理，可重复使用，避免了氢氧化钠碱液在使用中的麻烦。&#61548;
尾气排放管道：氯气被吸收中和之后的气体，含有一定的处理尾气，需要排入大气。&#61548;
动力、控制：为吸风机和循环碱泵提供动力电源；吸风机和循环碱泵的控制可以手动/自动，在自动的状态下，由漏氯检测器向加氯机的自动控制器发出漏氯信号，由加氯机的自动控制器向吸风机和循环碱泵发出启动信号。
五、 氯胺消毒
1. 氯胺消毒的作用原理
自70年代发现当水中含有腐殖酸类物质时，氯在消毒氧化过程中会形成一些副产物，如三卤己烷(THM)、卤乙酸和氯酚等,这些氯化消毒副产物对人身健康有影响。国内外科学家对微污染水质的消毒处理进行了研究，发现氯氨消毒可减少氯化消毒副产品的生成，同时可延长管网水中余氯的有效时间，其消毒效果不亚于氯化消毒。其作用原理是：在水中加氯后生成的次氯酸能与加入的氨（NH3）作用生成氯胺（一氯胺NH2Cl、二氯胺NHCl2和三氯胺NCl3），此反应可逆进行，达到杀菌氧化作用，适合对受到有机物污染的水质消毒处理。
2. 氯胺消毒的特点
1) 氨气通常被储存钢瓶中，以液态存在，一般要到生产厂去购买，也可以用硫酸铵和氯化铵化工产品代替氨。
2) 液氨的投加工艺和设备与液氯的投加工艺和设备基本相同，一般加氯设备厂商都可制造加氨设备，需要两套设备。
3) 氯与氨要按重量比控制投加，一般控制在3∶1～6∶1（按纯氯和纯氨计）。
4) 氯胺消毒有两种方式：一是“先氯后氨”，消毒效果较好，但需要较长的接触时间，余氯稳定；二是“先氨后氯”，主要用于水中含有酚类污染物时，可避免氯酚臭味。
5) 氯胺消毒时，要求与水的接触时间不少于2小时。
6) 氯胺消毒可减少氯消毒过程中三卤甲烷类有毒物质的生成量。
7) 可减轻氯消毒所产生氯酚臭味和氯味。
8) 要严格控制氨的投加量，当水中的含有氨氮时，与氯气混合也可以形成氯胺；过量的氨可使水质和空气产生污染。
9) 氯胺的氧化作用较弱，故杀菌持续时间较长，可增加余氯在供水管网的持续时间，抑制管网中细菌的形成。
3. 氯氨消毒设备
氯氨消毒系统的构成主要是有两部分组成，一部分是加氯设备，与前面提到的加氯设备系统完全相同；另一部分是加氨设备，加氨系统可根据投加原料的不同，分为液氨投加设备和胺盐投加设备，其中液氨投加设备有正压式加氨机和真空式加氨机两种。真空式加氨机与前面提到的真空式加氯机除构成材质有所区别外,其余均相同，胺盐的投加设备与前面讲到的加药设备基本相同。
正压式加氨机一般有压力调节器、氨气流量调节控制单元、单向阀扩散器三部分组成。其氨气的蒸发输送管路同加氯系统的正压管路相似。过去各水司选用正压式加氨机是因为真空式加氨机水射器在加氨时由于水中的钙盐和锰盐沉淀造成水射器易堵塞。而正压式加氨机不使用水射器，其带自洁功能的橡胶套扩散器可有效的减少钙盐和锰盐的沉淀，不易堵塞。但正压式加氨机易产生气体泄漏，安全性较差。
随着真空加氨机技术的发展及国内各水司对真空加氨机应用水平的提高，已有可靠的技术解决水射器加氨堵塞问题。真空式加氨机所配套的新型专用双头水射器在上海各自来水厂的加氨应用过程中有效地解决了水射器的堵塞问题。
六、 漂白粉（漂白精）消毒
1 漂白粉消毒的作用原理
漂白粉的消毒作用与液氯消毒作用相同，市场上销售的漂白粉含有效氯一般为25%～30%，一般用适用于小水厂或临时性给水消毒。
2 漂白粉消毒设备
漂白粉消毒设备系统的构成与前面所述的湿式加药设备相同，在设备选型时特别注意材料的耐腐蚀性。当采用计量泵投加时在计量泵出口管路上要设置排气阀，且计量泵吸程不要太大。
3 漂白粉消毒的注意事项
1) 漂白粉具有一定的腐蚀性。
2) 漂白粉易水解，可降低有效氯的成分。
3) 漂白粉水溶解后以产生沉渣，溶药池和溶液池要池底部要考虑一定的沉渣空间，并做成不小于2%的底坡。
4) 漂白粉一般根据投加量的大小，先制成浓度为1%～2%的澄清液（有效率为0.2%～0.5%），再进行投加。
七、 次氯酸钠消毒
1 次氯酸钠消毒的作用原理
次氯酸钠（NaClO）是一种强氧化剂，在溶液中生成次氯酸离子，通过水解反应生成次氯酸，其消毒氧化作用与氯气及漂白粉相同。由于它比氯气安全、设备投资比氯气低，现在一些建在人口稠密地区的大型水厂也开始采用次氯酸钠消毒。而在欧美国家次氯酸钠在水处理方面的使用比氯气更广泛。
2 次氯酸钠消毒设备
次氯酸钠消毒系统的投加设备与前面所述的漂白粉消毒设备相同，在无法获得商品次氯酸钠溶液的地区，需配套次氯酸钠发生器设备。
2.1次氯酸钠发生器
次氯酸钠发生器由电解槽、整流器、贮液箱、盐水供应系统、冷却水循环系统及自控系统组成，其原理为：
NaCl+H2O→NaClO+H2↑
2.2 次氯酸钠消毒的注意事项
1) 电解时的食盐水浓度以3%～5%为宜，盐水浓度高，可降低电解槽电压，减少耗电量，但食盐的利用率低。
2) 次氯酸钠不易久贮，要避光贮存，夏天要当天生产当天使用，冬天的贮存时间也应不超过一周。
3) 次氯酸钠贮存，当气温低于25℃时，每天损失有效氯0.1～0.15mg/L；气温超过30℃时，每天损失有效氯0.3～0.7mg/L。
八、 二氧化氯消毒
在一定的PH之范围内，二氧化氯（ClO2）具有很强的消毒和氧化作用，是一种新型消毒剂，在工业水处理及漂白领域应用非常广泛。
1 二氧化氯消毒的特点
1) 二氧化氯易挥发、易爆炸，不易储存，一般采取现场制取，现场使用方式。
2) 二氧化氯的投加量控制比较麻烦，要根据不同的氧化消毒要求选择不同的投加量。
3)  二氧化氯不与水中一些耗氯物质反应（如氨氮、含氨化合物等），不产生三氯甲烷（THMS）等有机氯化物、不被消耗，在水中可保持一定的浓度因此消毒作用比氯强。.
4) 二氧化氯的氧化能力适应的PH范围较广，氧化能力是自由氯的二倍，能较快的氧化锰、铁，并可以去除氯酚、藻类等引起的嗅味；同时具有很强的漂白能力，可去除色度等。
5) 二氧化氯消毒可以在水中保持剩余的消毒剂量。
6) 二氧化氯消毒与水需要有一定的接触时间。
7) 二氧化氯消毒有副产物产生，在水中产生亚氯酸根ClO2-和氯酸根ClO3-。亚氯酸根Cl2-和氯酸根ClO3-形成的盐类对人身体是有害的。
8) 二氧化氯的投加浓度必须控制在防爆浓度以下，一般稳定性二氧化氯水溶液浓度控制在2%以下。

梦岩

2 二氧化氯消毒设备
二氧化氯消毒设备一般由二氧化氯的投加系统和二氧化氯的制备系统两大部分组成。
3.1 二氧化氯的投加系统
二氧化氯的投加系统与前面所述的湿式加药设备系统完全一样。需要注意的是在二氧化氯投加点要加装扩散器，以利于二氧化氯迅速扩散。
3.2  二氧化氯的制备
二氧化氯的制备方法有十几种，根据其化学原理可分为还原法、氧化法和电化学法（电解法），其中水处理中常用方法有还原法的盐酸法（RS法）和氧化法中的氯气法。
3.2.1 盐酸+氯酸钠法（RS法）:
用盐酸还原氯酸钠，其化学反应式为
2NaClO+4HCl→2ClO2+Cl2+2NaCl+2H2O
盐酸+氯酸钠法的特点：
反应的主要残留物是氯化钠，产品中含有相当比例的氯气；&#61548;
在水中以ClO2和Cl2的混合态出现，无法进行在线残余量的检测。无法实现水中残余量水平的自动控制；&#61548;
生产成本低，一次性投资大，收效低，耗电量大。&#61548;
3.2.2 盐酸+亚氯酸钠法
化学反应方程式：
5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O
特点：反应的主要残留物是氯化钠，产出物中不含氯气，ClO2含量可高达
95%以上，NaClO2 的转换率为80%。
3.2.3 氯气法
该方法分两步进行，实际上是次氯酸与亚氯酸钠的反应，其化学反应为：
Cl2 + H2O→ HOCl + HCl
HOCl + HCl + 2NaClO2→2ClO2+2NaCl+H2O
总化学反应为： Cl2 + 2NaClO→2ClO2+2NaCl→
氯气法的特点：
反应的主要残留物是氯化钠，产品中不含有氯气，ClO2 &#61548; 含量可高达95%以上，NaClO2的转化率可高达95%以上。
若要保证反应式中产生等量的二氧化氯，其条件是要控制PH＜2.5并且要加入过量的氯气，若想减少过量的氯气投入需要用硫酸或盐酸降低PH＜2。&#61548;
盐酸法和氯气法相比较，盐酸法原料比较易采购、易存放，在给水净化处理中经常被采用。
3.3 二氧化氯的制备设备
由于二氧化氯气体，无法储存运输，需要在现场制备成稳定的水溶液，二氧化氯的制备设备，中小型可以根据制备方法的不同，购买不同的定型产品；大型水厂需要建成套的制备车间。
3.4 二氧化氯应用存在的问题
作为一种新型消毒剂，其应用有着广阔的前景。但目前急需解决下述几方面才能更好地在饮用水处理中广泛应用：
①副产物亚氯酸盐和氯酸盐的检测；进行在线检测的难度和成本非常高，因而无法有效控制这种副产物在水中的含量；
②副产物亚氯酸盐和氯酸盐的去除；当水中产生了副产物，如何有效及时的去除；
③长期使用二氧化氯的毒性及副作用现在知之甚少，需要较长时间才能认知；
④国家还没有基于二氧化氯消毒的水中残余量卫生指标，存在很大的政策风险；
基于上述原因，饮用水消毒使用二氧化氯存在巨大毒性和政策性风险，是二氧化氯推广应用的主要障碍。在净水厂中应用于预氧化过程更为可取。
九、 臭氧消毒
1 臭氧消毒的作用原理
臭氧（Ｏ３）的氧化很强，比氯和其他常用的氧化剂强，臭氧的氧化电位为ＥＶ＝‐2.07，仅次于氟高于氯。是小型给水处理常用的一种氧化消毒剂。
2 臭氧消毒的特点
1) 臭氧在常温下易挥发，不易储存，一般采取现场制取，现场使用方式。
2) 臭氧是一种强氧化消毒剂，其氧化消毒效果位于化学消毒剂之首，对水中无机物、有机物、细菌和病毒均有氧化消毒灭活作用。
3) 会产生溴酸盐和甲醛盐等副产物，对人体有害。
4) 使原水中溶解有机物产生微絮凝作用，强化水的澄清、沉淀和过滤效果，提高出水水质，并节省出水的消毒剂用量。
5) 反应速度快，臭氧水处理过程可分为：传质速度控制（快速或瞬时反映）和化学反应速度控制（慢速反应）的过程，可根据去除物的种类和性质确定反应速度类型和接触时间。
6) 臭氧在投加过程中产生的尾气需要回收处理。
7) 臭氧的制取成本较高。
8) 没有延时消毒作用，管网水中无法维持剩余臭氧量。
9) 臭氧不能直接加入水中，需要设臭氧混合反应装置。
3 臭氧消毒设备
    臭氧消毒设备一般由臭氯发生器系统、臭氧与水接触反应系统和臭氧尾气回收系统三大部分组成。
3.1 臭氧发生器系统
     臭氧发生器系统是由气源收集、处理设备和臭氧发生设备二部分组成。
1) 气源收集、处理设备
    可供臭氧制备的气源可以是空气、氧气和液态纯氧三种起源，三种气源的特点是：
① 以空气为气源，气源充足，不需采购，但需要对空气进行压缩、除油、除尘、干燥、过滤等处理，效率低，能耗高；
② 以氧气为气源需要增加制氧设备，现场制氧，可靠性比较好，适应大、中型水厂使用；
③ 以液态纯氧为气源，液态纯氧需要采购，效率高，可靠性好，适应小型水厂使用。
2) 臭氧发生设备
     臭氧发生设备包括臭氧发生器和其他供电设备（调压器、变压器等）、电气控制设备、自动控制设备、计量检测设备和气源净化设备组成。给水处理通常采用高压无声放电法生产低浓度的臭氧化空气，主要有板式（立板式、卧板式）和管式（立管式、卧管式）两种形式。
臭氧与水接触反应装置，在臭氧消毒系统中起着非常重要的作用，它起到了控制水中去除物质与水中臭氧接触反应的速度、时间和投加量的控制。常见的臭氧接触反应装置有以下几类：
① 微气泡扩散器，有两种形式：接触池；鼓泡塔。
② 涡轮注入式
③ 固定混合器
④ 喷射器
3) 臭氧接触反应装置的选择原则
① 确定需要去除物质（或污染物）在水中与臭氧接触反应的数度过程，是属于传质速度控制（快速或瞬时反映）还是化学反应速度控制（慢速反应）的过程。
② 臭氧法用于受传质速度控制的污染物去除时，应选用传质效率较高的接触反应装置。如：涡轮注入器、固定螺旋混合器、喷射器等。
③ 臭氧法用于受化学反应速度控制的污染物去除时，宜选用具有较大的液相容积，可长时间保持一定溶解臭氧浓度的接触反应装置。如：微孔扩散接触池。
4) 影响接触反应装置性能的因素
① 水中污染物的种类、浓度及可溶性。
② 气象臭氧的浓度和投加量。
③ 接触方法和时间
④ 气泡的大小。
⑤ 水的压力与温度。
⑥ 干扰物质的影响。
3.2 臭氧尾气回收系统
1) 臭氧尾气回用
    臭氧尾气的回用一般用于处理水的预处理方面，可直接将臭氧尾气投入到接触反应装置的进水管中；也可以利用微孔扩散头或水射器投到处理原水中。
2) 常用尾气的处理方法
常用尾气的处理方法有活性炭法、药剂法加热分解法和霍加拉特法，其主要特点如下：
① 活性炭法：这种方法主要是靠可燃性载体炭表面对臭氧吸收、接触分解，并且一部分臭氧与炭直接发生反应，生成二氧化碳和一氧化碳。
② 加热分解法：臭氧在高温下可以分解，在30℃时开始分解，温度越高分解越快，当温度达到330℃时，在1.4秒左右的时间就可使臭氧浓度降到0.1mg/L以内。加热方法可采用电加热或燃烧锅炉。
③ 药物法：药物法案反应类型可分为分解法和还原法，一般分解法采用的药剂是苛性钠（NaOH）；还原法采用的是硫代硫酸钠（Na2S2O3）、亚硫酸钠（Na2SO3）和亚铁盐。
④ 霍加拉特法：霍加拉特法是一种催化分解法，是利用一种霍加拉特剂对臭氧尾气进行催化分解，其主要成分是氧化铜合二氧化锰。
十、 紫外线消毒
1 紫外线消毒的作用原理
紫外线消毒是一种物理消毒原理，紫外线是波长为100～400nm的电磁波，其中波长200～300nm的紫外线具有消毒作用，其中波长253.7nm的紫外线消毒效果最好。
2 紫外线消毒的特点
⑴ 紫外线消毒是一种物理消毒方法，不使用化学消毒剂，不会产生消毒副产物。
⑵ 消毒时间短，对微生物消毒具有较好的广谱性 ，处理后的水无味、无色。
⑶ 紫外线的穿透能力不强，要求处理水的浊度和吸收物质不能太高。
⑷ 紫外线消毒作用不彻底，不能完全杀死细菌；没有延时消毒作用，在管网水中，没有残余消毒作用，需二次补充消毒。
⑸设备占地小少，操作管理安全方便，利于自动化管理和安全生产。
3 紫外线消毒的影响因素
⑴ 水质的影响：紫外线的穿透能力很低，对水的色度、浊度、肉眼可见物及其它杂质的含量有关。一般要求色度小于15度；浊度小于5度；总铁离子浓度小于0.3mg/L。
⑵ 波长、照射强度、照射时间对紫外线的消毒效果也有影响。

设备优化选择建议
一、加药方法及加药设备
1 加药方法选择建议
加药方法的比较                                    
                                              表1—1                    
方法 作用原理 优缺点 适应情况
干
投
法
直接投加块状或粉末状药品。 优点：
1.设备占地少。
2.药品对设备受腐蚀性相
对较小。
3.较大加药量易调节，对
于水质变化比较大、加
药量变化较大时适应
性强。
缺点：
1.需要药品粉碎机械。
2.加药量较小时，不易调节。
3.药剂与水混合不均匀、易沉淀。
4.单耗大、浪费药剂。
5.有环境污染，劳动条件
差。
6.自动化控制程度低、管
理不方便等 1.适用于源水量、水质变
化很大的地区。
2.用于净水厂投加石灰粉
及活性炭等。
3.一般适用于农村、野外、
临时水质处理及小型
水厂。
湿
投
法 投加液体药剂 优点：
1.药液易与水充分混合。
2.药液流动性好，不易堵
塞。
3.易于调整投加量。
4.易于实现自动化控制
缺点：
1.设备系统复杂，占地面
积大。
2.设备易腐蚀 1.适用于各类水厂（水司）使用。

湿法加药方式的比较
                                              表1—2                    
方式 作用原理 优缺点 适应情况
重力投加
1.建高位药液池，利用重力作用将药液投入水中。 优点：
1.设备简单、操作管理方便。
2.可动部件少，运行安全可靠。
3.节约能源。
缺点：
1.需要建设高位药池。

梦岩

2.投加点距高位药池不易
过远。
3.加药量受到限制
4.不易自动化控制加药。 1.适用于中小水厂。
2.具备建高位药池的条件。
水射器
法 1.利用水射器工作原理将药液加入水中。 优点：
1.设备简单、使用方便。
2.设备价格低。
缺点：
1.水射器工作状态受压力
水影响，不稳定。
2.水射器易堵塞。
3.不易采用自动化控制
加药。 1.适用于中、小净水厂。
2.具备水射器工作的压力
水源。
加药泵
法 1.利用泵的液体输送性能，将药液加入水中。 优点：
1.加药稳定、定量准确
2.便于自动化控制加药。
缺点：
1.设备价格较贵。
2.设备复杂维护保养要求高
3.设备占地大，易受腐蚀。 1.适用于各类水厂。

2 加药设备选择建议
湿法加药设备选择
                                        表1—3                    
设备类型 一类水司 二类水司 三类水司
重力式：流量计+调节阀 新建水厂不再采用
老水厂已有的，可采用高精度流量计和自动调节阀进行自动化改造
水射器投加 新建、改建停止使用
计量泵投加 推荐使用液压隔膜计量泵 推荐使用机械隔膜计量泵。规模较大有条件的可选择液压隔膜计量泵 推荐使用电磁计量泵或机械隔膜计量泵
螺杆泵投加 推荐用于投加量>2000L/h的PAM溶液投加
离心泵投加 投加量>3000L/h。对剪切不敏感的药液投加，推荐采用无泄漏磁力泵 不推荐 不推荐离心泵输送 推荐采用无泄漏磁力泵 有条件可选用无泄漏磁力泵
连续溶液制备 推荐用于PAM、石灰乳液制备、活性炭悬浮液制备
一体式加药装置 不推荐 投药量小或间断加药时推荐采用 推荐使用
二、消毒方法及消毒设备
1. 消毒方法选择建议
                   消毒方式的比较              表2—1
方法 分子式 优缺点 适应条件液

氯 Cl2 优点：
1.具有余氯的持续消毒作用。
2.消毒成本较低。
3.设备成熟、操作方便。
4.投加量易控制。
缺点：
1.原水含有机物时，会产生有机氯化物。
2.原水含酚时，产生氯酚臭味。
3.氯气有毒，泄漏危险。
4.腐蚀性强。 1.有氯气供应货源。
2.适应各类水厂使用。
氯胺 NH2Cl NHCl2 NCl3 优点：
1.能降低三卤甲烷和氯酚的产生。
2.能延长管网中剩余氯的持续时间。
缺点：
1.消毒作用比液氯慢，需要长时间接触。
2.需增加加氨设备，管理复杂。
3.氧化消毒能力较低。 1.有氯气、氨气或硫酸铵和氯化铵供应货源。
2.适应各类水厂使用。
漂白粉 CaOCl2 优点：
1.具有氯气的氧化、消毒的作用。
2.投加设备简单，使用方便。
3.有效氯含量较高。
缺点：
1.同氯气一样，可产生氯化物和氯酚。
2.易受光、热、潮气作用分解失效。
3.消毒成本较氯气高。 1.适应小型水
厂或临时给水处理使用。
漂白精 Ca(OCl)2 优点：
1.具有氯气的氧化、消毒的作用。
2.投加设备简单。
缺点：
1.同氯气一样，可产生氯化物和氯酚。
2.易受光、热、潮气作用分解失效。
3.溶解和调制不方便。
4.有效氯含量较低。
5.消毒成本较氯气高。 1.适应小型水
厂或临时给水处理使用。
次氯酸钠 NaOCl 优点：
1.具有氯气的氧化、消毒的作用。
2.投加设备简单，使用方便。
3.消毒成本介于氯气与漂白粉之间。
缺点：
1.储存期短，易分解失效。
2.无商品溶液来源，须配备次氯酸钠发生器，设备复杂、
投资大、管理复杂。
3.同氯气一样，可产生氯化物和氯酚。 1. 适应各类水厂使用。
二氧化氯 ClO2 优点：
1.氧化消毒效果较氯气好，可去除臭、色、氧化锰、铁、等物质。
2.投加单耗少。
3.接触时间短，残余量保持时间长。
4.不产生有机氯化物。
缺点：
1.消毒成本高。
2.需要现场制取，制取设备复杂。
3.易产生氯酸盐和亚氯酸盐等副产物。检测困难，副产物控制难。
4.不易储存，易爆炸。 1. 适应各类水厂使用。
2.适应于有机物微污染。
臭氧消毒 O3 优点：
1.氧化消毒能力强，对微生物、病毒、芽孢等均有杀伤
力，能除臭、铯、铁、锰等物质，消毒效果好。
2.不产生氯气和二氧化氯消毒生成的副产物。
缺点：
1.生产投资大，生产运行成本高。
2.臭氧在水中不稳定，易挥发，无持续性消毒作用。
3.设备复杂，管理麻烦。
4.会产生溴酸盐和甲醛盐副产物。 1.适应各类水厂使用。
2.适应于有机物严重污染。
3.可做预处理氧化消毒使用。
紫外线消毒  
优点：
1.杀菌效率高。
2.接触时间短。
3.不改变水的物理、化学性质，不会产生副产物。
4.设备简单，操作方便。
缺点：
1.没有持续的消毒效果。
2.电耗高，灯管易损坏。寿命短，运行维护成本高。
3.供水管路不易过长。
1.适用于处理水量不大的工矿企业、集中用水用户。
2. 消毒处理工艺及设备选择
                                              表2—2                    
消毒工艺及设备 一类水司 二类水司 三类水司氯气消毒
真空式加氯机 1． 无污染的优质水源，预氧化及消毒均可使用
2． 有机性污染水源，出厂水消毒采用。预氧化及中间消毒不推荐氯氨消毒
真空式加氯机/加氨机 推荐使用 有机性污染水源，推荐使用
漂白粉消毒
湿式加药设备 禁止使用 不建议使用
漂白精消毒
湿式加药设备 禁止使用 不建议使用
次氯酸钠消毒
湿式加药设备 1．在人口稠密区的水厂消毒可使用
2．见氯气消毒
次氯酸钠来源方便的地区可使用
二氯化氯消毒
二氯化氯发生器 1． 推荐用于预氧化
2． 在使用氯气进行出厂水消毒的水厂，有条件可采用氯气法二氧化氯发生器进行预氯化，以降低药剂成本
臭氧消毒
臭氧发生器 1.推荐使用复合法。
2.推荐使用预吸附。
紫外线 推荐使用复合法。

参考文献：1、《给水排水设计手册》
          2、《饮用水深度处理技术》
          3、《2004年中国给水排水消毒技术研讨会文集》
          4、《污泥处理：加药》、《污泥处理：药剂制备》

梦岩

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梦岩

饮用水中消毒副产物的研究进展
周涛 1，马青兰1，汤维维2
1 太原理工大学环境科学与工程学院，太原(030024）
2 乌鲁木齐水务(集团)有限公司水质监测中心，乌鲁木齐(830049)
E-mail: 2006zhoutao@163.com
摘 要：本文从饮用水中消毒副产物(DBPs)的形成机理、种类、毒理方面，进行了详细的探讨研究，综述了DBPs 的常规检测方法和影响因素，并且提出了现阶段去除DBPs 的相应措施，为实际工程中DBPs 的去除，提供了重要的理论指导意义。
关键词：饮用水；消毒；消毒副产物
通常，饮用水的水源中都含有一定浓度的天然有机物，而且随着生活污水和工业废水的注入，水源中还会增加各种人工合成有机物。在水处理过程中，消毒剂除了杀死病原微生物之外，还会与这些有机物如腐殖酸和富里酸等反应而生成消毒副产物(DBPs)。这些消毒副产物不仅会影响饮用水的口感、气味、颜色、浊度等，而且还对人体健康造成致畸、致癌、致突变的危害，因此，对消毒副产物的研究及其控制具有重要的理论和实践意义。
1 DBPs 的形成机理
原水水体中腐殖酸含量约为有机物总量的50%～80%，据相关研究分析，腐殖酸中脂肪结构约占37%，芳香结构约占 21%，此外含有羟基、羰基、酯基和羧酸基团等结构，是形成消毒副产物的主要官能团。当水体中含有氯、溴等离子时，一般以次卤酸或者次卤酸盐的形式存在，其可以氧化醇羟基为醛、酮或者与烯醇式互变异构体发生加成反应，而生成DBPs，包括THMs、HAAs、HANs、HKs 等。可见，天然腐殖酸中存在的羟基、羰基、羧基和间苯二酚的结构，是形成局部烯醇式及卤化试剂反应生成卤仿的根源。
2 DBPs 的种类
目前已发现的消毒副产物有上百种物质，大多为含卤化合物。按照消毒过程中使用消毒剂的不同，可将消毒副产物分为两大类：卤代DBPs 和非卤代DBPs。其中，卤代DBPs 又可分为无机副产物和有机副产物两类。在氯化消毒过程中,产生的最主要无机物质是氯胺,包括一氯胺、二氯胺、三氯胺和三氯化氮，此外还有亚氯酸盐和氯酸盐等物质，这些无机副产物对人体健康不会造成危害。但有机副产物如三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)、卤乙腈(HANs)、卤代酮类(HKs)、氯化腈(CNCl)、卤乙醛、卤硝基甲烷、氯酚等等，危害却十分严重。其中，三卤甲烷和卤乙酸含量较大，两者之和约占全部DBPs 的80%以上，据国外研究表明：在液氯消毒中，三卤甲烷、卤乙酸的含量分别占DBPs 的46 %、42 % ；在氯胺消毒中，二者分别为24 %、54 %。三卤甲烷不仅含量较大，而且其危害作用也比较大。它具有较强的致癌、致突变风险，美国癌症研究所的试验表明：三氯甲烷能引起大小白鼠发生肝癌和胃癌，Kopperman 等认为：即使低剂量的氯也可发生氯化反应而生成有机氯化物，从而增加它的亲脂性，最终引起生物体内毒性或非极性(如亲脂性强的)化合物的生成，导致机体正常功能丧失。由此看出，三卤甲烷、卤乙酸已成为主要控制的消毒副产物。此外，二者也分别代表了挥发性和非挥发性的两类消毒副产物。非卤代DBPs 主要包括酮类、羧酸和醛类化合物，如甲醛等等。
3 DBPs 的毒理
相关研究表明，消毒副产物具有致畸、致癌、致突变的危害。液氯消毒后的水的的致畸变活性比其它消毒剂（如臭氧、氯胺、二氧化氯等）处理后的水的致畸变活性要高很多，可见氯与碳基可能会产生某种协同作用，从而影响了水的致突变活性。
饮用水中卤化产物的致癌危险度非常高，如三卤甲烷，它的生殖和发育毒性很小，但却可以降低精子的自动力，而且一定剂量的三卤甲烷就可以诱导肝、肾细胞的毒性；卤乙酸具有生殖、发育毒性,并且高剂量的DCAA 有明显的神经毒性,其致癌作用主要发生在细胞增殖过程中；高剂量的溴酸盐会引起动物肾小管损伤，并且具有遗传毒性。可见，消毒副产物的危害作用非常大，应予以重视。
4 常用的DBPs 检测方法
饮用水中消毒副产物的含量一般比较低，对其进行检测时，先要进行分离富集预处理。常见的预处理方法有：气提法，即吹扫-捕集法(Purge and Trap)，主要用于富集水中的挥发性有机物；顶空法(Head Space)，利用分析物在气、液两相中的分配平衡来测定挥发性、半挥发性化合物；此外还有液液萃取法、固相萃取法等等。
通常采用色谱法分析消毒副产物，因为色谱法具有高效能、高灵敏度、高选择性、应用范围广等特点，且是分析有机物的有效方法。检测消毒副产物的色谱法主要有气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)和气相色谱-质谱联用法(GC-MS)。
GC 法用于分析易挥发、热稳定性好的有机物，其特点是速度快、分离效率高、用量少，主要的检测器有氢火焰离子化检测器(FID)和电子捕获检测器(ECD)等。
HPLC 法用于检测水中分子量大、热稳定性差的有机物。大多数有机物都可用HPLC 法进行测定，但其检测器比较复杂、费用比较昂贵，一般先用GC 法进行测定。常用的检测器有紫外检测器、荧光检测器和电化学检测器。
GC-MS 联用法是将饮用水中复杂的消毒副产物先经过色谱柱分离成单个组分，然后用质谱仪进行鉴定，可用微机对其数据进行处理，从而进行定性、定量的分析。
5 DBPs 的影响因素
5.1 有机物浓度的影响
水中有机物的含量将会影响三卤甲烷的生成，三卤甲烷生成量随着高锰酸盐指数CODMn 和UV254 的值增大而增加。由此表明，水体的污染程度，尤其是有机物的污染程度对三卤甲烷的生成量影响很大。当水体污染轻时，三卤甲烷生成就少；反之水体污染严重时，三卤甲烷生成就多。另有研究表明，当有游离氯存在时，饮用水中腐殖质氯化所形成的三卤甲烷浓度将与总有机碳（TOC）成直线关系。
5.2 氨氮浓度的影响
氨氮是用来评价水源水质优劣的重要指标之一，在许多水体中都存在，能够影响三卤甲烷的形成。当水中不含有氨时，氯以游离氯的形式存在，化合态氯很少；若有氨存在时，水中的氯会与氨反应生成各种形式的氯胺。这样，不仅降低了具有反应活性的游离氯的浓度，而且形成的氯胺也不能和水中有机物前体物反应，减少了三卤甲烷的生成量，从而使消毒副产物含量减少。还有研究表明，当氯与氨氮的比值降至5：1 时，消毒副产物的总量将会减少89%，此时检测不出二溴一氯甲烷。由此可知，氨氮对三卤甲烷的形成具有明显的抑制作用，随着水样中氨氮含量的增加，三卤甲烷的生成量明显减少，并且当氨氮含量增加到一定值时，三卤甲烷生成量下降的趋势将会减缓。
5.3 反应时间、温度的影响
总体来看，随着反应时间的延长，三卤甲烷生成量将会增加。在反应的开始阶段，三卤甲烷生成的比较快，在6h 内生成的量约占总量的42%；当反应时间延长到某一时间（24h），三卤甲烷的生成量趋于恒定。也就是说，在一定时间内，游离氯在水中停留的时间越长，就与水中的有机物接触时间越长，从而反应生成的三卤甲烷量就越多。所以，反应时间要严格控制，既要减少游离氯与水中有机物的接触时间，还要减少消毒副产物的生成量，来保证饮用水的水质安全。
温度可以提高化学反应的速度。当温度升高时，游离氯与水中有机物的反应大大加快，使得同等时间内三卤甲烷的生成量大大增加。所以，通常夏天水温高而产生的消毒副产物浓度相应也比较高，冬天水温低而产生的消毒副产物的浓度就比较低。有研究表明，在相同的情况下，30℃时生成的三卤甲烷的量是4℃时生成量的十倍之多。可见，温度的升高会增加消毒副产物的生成量。
5.4 溴离子浓度的影响
对于含有一定量溴离子的水来说，经氯化消毒后，溴离子在氯的作用下会形成HBrO，然后与水中的有机物反应生成溴代甲烷，并且随溴离子浓度的增加，氯代甲烷的生成量减少而溴代甲烷的生成量会增加，总卤代甲烷的含量呈增加趋势。
5.5 pH 的影响
在投氯量和反应时间相同的情况下，当pH 值升高时，水中OH—浓度会增加，这样有利于卤代有机物水解生成三卤甲烷。也就是说，三卤甲烷更容易在pH 值高的水样中生成。此外，pH 值偏高，微生物活性降低，消毒效果也会降低。所以，pH 值的改变会有两方面的影响作用：一是对消毒剂的作用，改变其溶解度、分解程度和分子结构；二是对微生物的影响，微生物适宜生长的pH 值范围为6～8，过高或过低对微生物的生长都不利。
6 DBPs 的控制措施
控制饮用水中消毒副产物的的生成量，可以有效地防止水体的二次污染，并且保证了饮用水的供水安全。根据消毒副产物的成因，提出三种解决途径：一是去除消毒副产物的前体物；二是在消毒副产物的形成过程中，对其处理；三是直接去除生成的消毒副产物。
6.1 减少原水中前体物的含量
消毒副产物的前体物就是指饮用水中的腐殖酸和富里酸等有机物质。通常采用的方法主要有预氯化法、生物预处理。预氯化法可以有效地去除水中的部分有机物，但仍会与腐殖酸和富里酸等有机物反应生成消毒副产物，这就要找到一种新的氧化剂。研究表明，高锰酸钾复合药剂，不仅可以去除水中的有机物和某些氯化消毒副产物的前体物，还可以去除藻类物质，并且降低了水的致突变活性，从而减少了水中的消毒副产物。生物预处理是指在常规净水工艺前，增设生物预处理工艺，凭借微生物的代谢活动，让水中的有机物改善絮体结构，使之容易沉降，从而进行去除。常见的生物预处理工艺主要有生物接触氧化、生物陶粒滤料滤池、生物流化床。
6.2 新型消毒剂和消毒技术
在饮用水消毒过程中，为了降低消毒副产物，通常要寻求化学性质稳定、毒副作用小、能有效控制生物膜、副产物少的消毒剂，来代替传统的氯。有时，也要根据具体的实际情况来选择适宜的消毒剂，或者联合使用几种消毒剂，才能减少消毒副产物的生成量。目前，取代氯的主要消毒剂有氯胺、二氧化氯、臭氧和紫外线。许多净水厂的运行资料证明，氯胺代替氯消毒，可以很好地控制溴代副产物种类以及消毒副产物的总量；二氧化氯不仅杀菌能力强，而且不与水溶液中的有机物反应生成三卤甲烷，其残余量能在管网中维持较长时间；臭氧是控制三卤甲烷浓度的最好消毒剂，它很有效的减少了卤化副产物，从而使有机卤化物浓度显著降低；紫外线对细菌有较高的杀死率，一般不改变水的物化性质，而且操作简单、使用方便。
新型消毒技术是指两种或两种以上的单一技术的组合消毒技术。目前采用较多的组合消毒方法有O3/GAC/Cl2 和O3/H2O2/GAC/Cl2 两种方法。其优点是：不仅减少了水中有机物，降低了氯消毒副产物，而且还使隐性孢子卵囊失去了活性，减少了水传播疾病的发生率。
6.3 消毒副产物的直接去除
对于饮用水中消毒副产物的去除，常用的方法有活性炭吸附、离子交换、超过滤、电渗析和反渗透等等。活性炭吸附在去除消毒副产物的同时，也可去除消毒副产物的前体物，是一种比较可靠的方法。研究表明，利用活性炭去除氯仿及其前体物是十分有效的。例如法国蒙桑苏塞纳水厂，在15 个月的运行期间，以10m/h 的滤速经过粒状活性炭时，可去除40%的氯仿。反渗透法去除水中消毒副产物的效果也很好，可使水中的氯仿降至1.8×10-3mg/L以下, 适用于个体或局部水质的处理。
饮用水中的消毒副产物关系着每个人的身体健康，通过对其的理论研究，要用于指导实际的水处理工艺，尤其是在实际的生产中，我们要结合具体的水源水质特点和经济条件，用合适的消毒技术进行处理，才能有效的去除水中的消毒副产物。

梦岩

次氯酸钠、高锰酸钾联合预氧化微污染水的中试研究
傅金祥1，杨 涛2，林 齐1，梁建浩1
(1．沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168； 2．辽宁省交通勘测设计院，辽宁 沈阳 110004)
摘要： 目的研究次氯酸钠和高锰酸钾联合预氧化白石水库微污染水的效果， 为自来水厂工程设计提供可靠的参数． 方法利用高锰酸钾的强氧化性去除水中的有机污染物， 以及次氯酸钠的去色氧化作用， 采用次氯酸钠和高锰酸钾联合预氧化并与常规处理工艺联用对微污染水进行了中试试验， 对比了高锰酸盐指数、浊度、色度的处理效果． 结果当次氯酸钠投加量为0． 10(mg&#8226; L-1)， 高锰酸钾投加量为0． 3(mg&#8226; L-1)时， 出水高锰酸盐指数低于3． 0(mg&#8226; L-1)， 浊度低于1． 0 NTU， 色度低于5 NTU． 但要严格控制高锰酸钾的投加量， 防止投量过高造成出水色度的上升． 结论次氯酸钠和高锰酸钾联合预氧化中试试验表明， 要严格控制高锰酸钾的投加量， 防止出水色度的上升． 当高锰酸钾投加量增加到0． 40 mg&#8226; L-1时， 出水色度反而会上升到12～ 18NTU． 该工艺能有效的去除微污染水中的有机物、浊度和色度， 使过滤后出水水质达到处理标准．
关键词：微污染水；预氧化；高锰酸钾；次氯酸钠

wulewuyou

好资料，很全面！

theonesky

恩，很好的资料，收藏了。

ytfx2014

好资料