是讲述消毒基本概念，分类，和基本理论的内容

1. 《水处理技术及原理》
第七章 消毒
DISINFECTION

2. 第1节概述
一、消毒定义：
定义： 将水体中病原微生物(pathogenic organisms)灭活，使之减少
到可以接受的程度。
•消毒与灭菌（sterilization）：灭菌是消灭所有活生物。
饮用水消毒：使处理后饮用水的微生物指标达到饮用标准
污水消毒：使排放污水或再生水的微生物学指标满足防止水体污染或再利用
的要求

3. 第1节概述
一、消毒定义：
评价指标（生活饮用水卫生规范，卫生部, 2006）
 总大肠菌群(MPN/100mL或CFU/100mL) 不得检出
 耐热大肠菌群(MPN/100mL或CFU/100mL)不得检出
 大肠埃希氏菌(MPN/100mL或CFU/100mL)不得检出
 菌落总数(CFU/mL) 100
MPN：最大或然数计数，稀释培养计数
CFU：指单位体积中的细菌群落总数，是直接计数

4. 第1节概述
二、消毒简史：
•1854年John Snow 在伦敦发现霍乱与饮用水密切相关
•1881年Koch 发现氯可以杀死细菌
•1902年比利时的Middle heike市首次在公共水处理中采用氯消毒

5. 第1节概述
三、消毒方法：
• 化学药剂（氧化剂：氯系、臭氧、紫外线等）
• 物理法（热和光）
• 机械法（格网、膜）
• 辐射（γ射线、电子束）

6. 第1节概述
四、消毒机理
可能有以下几个方面的作用：
(1) 破坏细胞壁，增加通透性，使细胞内物质漏出；
(2) 损坏细胞膜，影响吸收与保留；
(3) 抑制酶的活性，损坏代谢；
(4) 损坏核酸
(5) 功能改变微生物的DNA或RNA
(6) 改变原生质胶体性质

7. 第2节 氯消毒
一、氯消毒原理
主要的氯消毒药剂：液氯，漂白粉，次氯酸钠
氯易溶于水中，在清水中瞬间发生下列反应：
Cl2+ H2O ⇔HOCl+ H++ Cl-
次氯酸进一步电离：
HOCl⇔H++ OCl-
1.1 游离氯

8. 第2节 氯消毒
1.1 游离氯
平衡常数：Ki= [H+] [OCl−]/[HOCl]
主要影响因素：
① 与温度有关：温度越高，平衡常数越大。
② 与pH有关。
pH>9，OCl-接近100%
pH<6，HOCl接近100%
pH=7.54, [HOCl]=[OCl-]

9. 第2节 氯消毒
由于HOCl和OCl-存在平衡关系，因此在计算水中消毒剂的含量和存在形
式时， HOCl和OCl-都被计入，统称为游离性氯或自由性氯，简称游离氯。
1.1 游离氯
氯的消毒是通过氧化作用实现的，其中HOCl和OCl-都有氧化能力。但细
菌是带负电，一般认为主要是通过HOCl来消毒。

10. 第2节 氯消毒
如果有氨存在：
NH3+ HOCl⇔NH2Cl + H2O
NH2Cl + HOCl⇔NHCl2+ H2O
NHCl2+ HOCl⇔NCl3+ H2O
其比例与pH有关：
pH>9，一氯胺占优势
pH为7时，一氯胺和二氯胺同时存在
pH<6.5时，二氯胺
pH<4.5 三氯胺
•氯胺的消毒也是依靠HOCl。
•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。
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。
1.2 化合氯

11. 第2节 氯消毒
由于氯氨本身具有氧化性，在氯胺消毒中是氯胺直接进行反应，因
此在表示水中消毒剂的存在形式和含量时，氯胺被记为化合性氯，简称
化合氯。但其氧化能力弱，低于游离氯，因此需要较长接触时间
1.2 化合氯

12. 第2节 氯消毒
游离氯和化合氯都具有消毒能力，二者之和称为有效氯，或总有
效氯，简称总氯。
经一段时间后水中剩余的有效氯称之为余氯。可分为游离性余氯
和化合性余氯。
1.3 有效氯、余氯

13. 第2节 氯消毒
二、消毒动力学
2.1 接触时间的影响
在一定消毒剂的浓度下，消毒速度可用Chick定律（1908年）表示：
-dN/dt＝k N
N：t时刻活的微生物数目；k：反应速率常数；t：反应时间

14. 第2节 氯消毒
二、消毒动力学
2.2 浓度的影响（modified Chick/Watson Equation）
K=k’Cn
k’: 比反应速率常数；C：消毒剂浓度；n：系数
在给定的灭活率条件下，在log-log坐标上，作C和t之间的关系，可求得n。

15. 第2节 氯消毒
二、消毒动力学
2. 浓度的影响（modified Chick/Watson Equation）
n=1 浓度和时间都同等影响
n>1 浓度影响大
n<1 时间影响大
在一般情况下，可以视n=1。
CT 值（浓时积）作为消毒剂消毒能力的判断指标。
在同样条件下，达到一定灭菌率所需要的CT值小的话，消毒能力大。
求得n。

16. 第2节 氯消毒
二、消毒动力学
2. 浓度的影响（modified Chick/Watson Equation）

17. 第2节 氯消毒
三、加氯量
加氯量＝需氯量＋余氯
•需氯量：灭活水中微生物、氧化有机物和还原性物质所消耗的部分
•余氯：为防止残余微生物在配水管网系统中再度繁殖，所保持的剩余
有效氯。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

18. 第一区：无余氯区
第二区：化合性余氯区
第三区：化合性余氯分解区
第四区：折点后区
1. 无耗氯物质
2. 含耗氯物质
加氯曲线 氯胺分解：2NH2Cl + HOCl = N2+ 3HCl +H2O

19. 第2节 氯消毒
四、加氯点
滤后加氯：最常用的做法
滤前加氯：混凝剂投加时加氯，提高混凝效果。
管网中途加氯：补充余氯

20. 第2节 氯消毒
五、加氯设备与工艺
1.加氯设备：
一般用氯气：有毒气体，在6－8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。
加氯机：转子加氯机

21. 第2节 氯消毒
五、加氯设备与工艺
2. 加氯工艺：

22. 第2节 氯消毒
六、氯化消毒副产物
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年美国制订的消毒副产物方案中建议：
THMs80 μg/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60 μg/L，2000年低于30μg/L。

23. 第3节 其它消毒法
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氯酚臭，大大减
少了THMs的产生，能保持水中余氯较久。
不足：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、硫酸铵或氯化铵。
•氯和氨的投加量视水质不同而有所不同。一般采用氯：氨＝3：1～6：1
•采用氯氨消毒时，一般先加氨，再加氯。

24. 第3节 其它消毒法
二、二氧化氯消毒
•ClO2常温下是一种黄绿色气体，具有刺激性。效果优于游离氯仅次于臭氧
•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。
制取方法：
•用亚氯酸钠和氯制取：
Cl2+ H2O →HOCl+ HCl
HOCl+ HCl+2NaClO2→2 ClO2+ 2NaCl +H2O
•用酸与亚氯酸钠制取（纯度高）:
5NaClO2+ 4HCl →4 ClO2+ 5NaCl + 2H2O

25. 第3节 其它消毒法
二、二氧化氯消毒
ClO2既是消毒剂又是氧化能力很强的氧化剂，氧化还原电位1.16 V。
•对细菌细胞具有较强吸附和穿透能力，破坏酶系统。
•不会与水中有机物作用生成THMs。甚至本身的氧化能力能去除THMs前
驱体。
•ClO2消毒能力比氯强。
•ClO2不水解，消毒受pH影响较小。
•ClO2余量能在管网中保持很长的时间。
•作为氧化剂，能去除或降低水的色度等。

26. 第3节 其它消毒法
二、二氧化氯消毒
•但ClO2本身和副产物ClO2-对人体血红细胞有损害。
•美国EPA规定：水中剩余ClO2和ClO2-的总量规定不超过1.0mg/L。
•目前我国还没有规定。

27. 第3节 其它消毒法
三、臭氧消毒
作用：既是氧化剂，又是消毒剂，渗入细胞壁。
作为消毒剂：
•不会产生三卤甲烷副产物。
•杀菌和氧化能力比氯强。
•但由于臭氧在水中不稳定，易散失，因此在O3之后，往往需要投加少量
的氯等。

28. 第3节 其它消毒法
三、臭氧消毒
•但近年来臭氧化副作用也开始引起人们的关注。
•水中大分子变成分子较小的中间产物，可能有毒性。或中间产物和氯作用
后致突变反而增强
•欧洲普遍用臭氧处理饮用水，在美国也逐渐流行。

29. 第3节 其它消毒法
三、臭氧消毒

30. 第3节 其它消毒法
四、紫外线消毒
波长范围：100-400nm，其中UV-A（200-275 nm）中的240-280nm消
毒作用强。
机理：和微生物细胞DNA&RNA的吸收情况重合，改变其结构
优点：消毒速度快，几十秒钟即能杀菌；
不影响水的物理和化学性质；
操作简单
电化学消毒：消毒效率高

31. 第3节 其它消毒法
四、紫外线消毒
装置：紫外线灯（水银蒸汽+石英套管）
消毒设备：管式、明渠式
影响因素：① 待处理水的性质
② 灯管积垢
③ 灭活微生物的光复活