饮用水消毒

一些水处理工艺(如混凝、沉淀、过滤、药剂软化和吸附等)可以部分去除感染性或令人讨厌的生物，即使不做专门处理，致病微生物也可能因不适应环境条件而逐渐死亡。专用的消毒处理方式有：
　　 物理法，如储存、加热、辐射、电磁场、超声、膜过滤、紫外线处理法等；
　　 化学法，投加各种化学药剂，如重金属离子、酸、碱、表面活性剂，氧化剂、还原剂等；

　　 物理化学法联用方式，一般是上述某些物理消毒法和化学消毒法的结合，也包括物理法之间或化学法之间的联用方式。
　　 消毒工艺的确定、消毒剂及投加方法的选择与原水水质、出水水质要求、消毒剂的来源和给水净化工艺条件有关。
　　 第一节 饮用水消毒技术的发展历史

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　　 一、饮用水消毒技术的发展历史
　　 历史研究表明埃及人首先采用明矾去除水中的悬浮物。估计在文明开始时，人们就推荐将水煮沸后饮用。一份4000年前的古印度文件给出了最早的饮用水标准，指示在饮用不干净的水之前应将其煮沸，在日光下曝晒，将一块灼热的铜在水中浸泡数次，并采用土制容器过滤和冷却。据历史记载，波斯的法规规定饮用水必须储存在铜器或银器之内。希腊医师Hippocrates指出了水对健康的重要性，但他更着重于选择较佳的水源而不是对水的处理。公元8世纪，阿拉伯化学家Geber采用蒸馏法来净化水。公元11世纪，波斯医师Avicenna推荐旅行者要饮用布过滤后的水或开水。1627年，英国科学家F．Bacon发表了许多净化水的方法，包括渗滤、煮沸、蒸馏和混凝。 公卫考场
　　 在18世纪80年代中期细菌致病理论建立之前，人们认为臭味是疾病传播的媒介，并据此假设发展水和污水消毒的实践。
　　 19世纪下半叶英美出现了许多报道和专利，多涉及用电压、磁场、电流、氯、高锰酸钾和次氯酸处理水。人类主动地利用化学药剂杀菌消毒是从19世纪初开始的。一开始主要是氯系化合物的使用。如1820年漂白粉被发明后，人们将其用到饮用水消毒和感染创伤治疗上，效果良好。这是化学杀菌消毒法的第一个里程碑。此后人们在饮用水消毒剂方面又开发了第二代消毒剂二氯异氰脲酸和第三代消毒剂三氯异氰脲酸，它们目前仅用于小规模的消毒。二氧化氯被称做第四代杀菌消毒剂。
　　 1．氯消毒
　　 一开始氯是作为水的除臭剂而不是消毒剂使用的。据记载约1835年有建议在沼泽水中加氯使之适口。1850年漂白液(可能是次氯酸钠)被用来处理井水。1897年英国的SimsWoodhead在伤寒流行之后使用漂白液对管网水进行消毒。1909年Jewell在美国用氯气，  

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氯化石灰处理过滤出水。同年在水源投加漂白粉，遏止了一次伤寒的流行(用亚硫酸钠中和过量的氧)。但上述使用未常规化。
　　 将氯作为水常规处理工序，一般认为是从1902年开始的。比利时的Maurice Duyk在滤前使用氯化石灰和高氯酸铁，应用于Middlelkerke城的供水。1904～1905年英国的Alexander Houston和McGowan等用次氯酸钠来杀灭伤寒病毒，伦敦水厂首次在公共供水系统中采用连续加氯消毒。1908年J．L．Leal和G．A．Johnson首次在芝加哥水厂使用次氯酸钠进行常规消毒。1914年预氯化工艺被引进美国，作为助凝措施和消毒。1917年美国丹佛和加拿大渥太华首次应用氯氨消毒。Alexander Houston在1912～1916年用过量加氧—脱氯实验进行除臭和除味实验。1922年N．J．Howard和R．E．Tompson也进行了实验并在1926年用于多伦多的氯酚除臭。1940年H．A．Brown进行了折点加氯中试。 公卫考场
　　 2．臭氧消毒
　　 最早的臭氧饮用水处理是从19世纪末在德国、荷兰和法国开始的。1891年在德国Martinikenfeld由Frolich安装的半生产性装置中，臭氧能有效地杀灭伤寒和霍乱菌；1893年Henry Tindal在荷兰研制了处理水量为3m^3／hr的处理装置；1896年在Wiesbaden和Paderborn建造了全规模的处理装置。1898～1904年法国Nic6市开始建造首次采用臭氧连续进行常规饮用水处理的Bun Voyage水厂，这被普遍认为是水厂采用臭氧处理饮用水的历史的开始。美国在1900～1905年于费城建造首座臭氧水处理厂。1902～1903年德国建造了具有生产规模的臭氧水处理厂。俄国据称1905～1906年就开始设置了臭氧处理装置，1911～1919年在彼得堡有一个50000m^3／d的臭氧消毒水厂在运行。英国1933年建造了处理40000～57000m^3／d水的臭氧装置。 公卫百科
　　 中国在解放前曾使用过一台德国制的臭氧发生器进行少量的饮用水处理，1964年开始研究臭氧发生器，1969年开始在实践中应用。北京、上海、抚顺等地在20世纪80年代开始建造了一些使用臭氧的水厂。目前使用臭氧消毒最为普遍的领域是瓶装水生产，瓶装水生产开发了不少配套的专用设备和系统。 公卫家园
　　 3．二氧化氯消毒
　　 1900年就有实验尝试用二氧化氯消毒。1944年二氧化氯在尼亚加拉瀑布水厂得到大规模应用，以控制酚味和臭味。20世纪50年代开始二氧化氯逐渐在饮用水消毒领域得到应用。1970年二氧化氯被广泛接受为饮用水消毒剂，欧美国家数百家水厂都相继开始用二氧化氯作为消毒剂。国内许多城市的水厂也在近几年开始试行以二氧化氯或二氧化氯—液氯组合消毒，取得了显著的效果。 公卫论坛
　　 4．碘消毒
　　 Gershenfeld和Fox认为饮用水用碘酊消毒是由Vergnoux在1915年提出的。1922年Hitchens推荐使用碘酊进行饮用水的紧急消毒。1945年生产出一种稳定的碘片，每升水投加1～2片，10min后能杀灭肠道细菌、阿米巴孢囊和血吸虫尾蚴。该碘片在1950年被美国军队采用。

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 第一节 物理消毒的原理和技术特点
　　 物理消毒法一般是采用某种物理效应，如超声波、电场、磁场、辐射、热效应等作用干扰或破坏微生物的生命过程，达到消毒的目的。过滤除菌主要是机械地将微生物从水中分离出来，但也是一种物理过程。许多物理消毒过程巾附带着某些化学消毒作用(例如电场消毒设备中难免附带有电化学的反应)。

　　 物理消毒法的共同优点是：
　　 ①作用迅速，处理时间短，杀菌效果可靠稳定；
　　 ②一般不会给被处理水带来杂质和消毒副产物，处理剂量较大不会影响水的饮用安全；
　　 ③不需要进行药剂的储备和运输，便于生产管理；
　　 ④控制消毒剂量比较准确方便。
　　 物理消毒法的缺点是：
　　 ①物理效应往往作用区域有限，杀菌范围不大，要增加处理水量就必须增加一些设备装置；
　　 ②物理作用一般没有消毒的持续性；
　　 ③除了过滤以外，物理效应是同时作用于微生物和微生物所在的水介质，往往有许多能量消耗在水介质本身，因此物理消毒一般要比化学消毒法能耗大些；

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　　 ④物理消毒一般不给处理介质带来“痕迹”，因此难以确定消毒效果的替代检测参数等。
　　 由于物理消毒法没有后续的杀尘能力，处理后的水必须尽快使用掉，因此通常认为物理消毒法适用于小规模的给水，或者应与其他化学消毒法结合使用。在第三章中介绍了一些常见的物理消毒法。 公卫家园
　　 第二节 各种物理消毒法
　　 一、加热
　　 加热是最古老的饮用水消毒方法之一。加热杀菌的机理通常认为是细胞内的蛋白质和有机物(包括酶)的凝集变性。除了蛋白质的凝集变性之外，另一个可能是某个对生物生命过程很关键的细胞器的功能失效。例如在细胞膜内含有受热容易溶解的脂类化合物，当细胞受热时这些脂类化合物流失，致使细胞膜产生小孔，结构变化丧失功能而使  公卫考场
微生物死亡。
　　 高温杀菌的效果与温度、作用时间、微生物的种类和菌龄等因素有关。实践中经常使用两个杀菌指数。
　　 ①热死温度。指在10min内可以杀死细菌悬液中所有细胞的温度；
　　 ②热死速度。指在一定温度下，杀死所有细胞所需的时间。
　　 一般在相同的温度条件下，热死温度高的微生物杀灭速度慢，热死温度低的微生物杀灭速度快。因此提高灭菌温度可以加快杀灭微生物的速度。

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　　 细菌的芽孢有相当大的抗热能力。例如无芽孢的杆菌在80～100℃时几分钟内会几乎完全死亡，有芽孢的杆菌在100℃时其营养细胞死亡，但其芽孢可在该温度下存活至少2h以上。一般认为繁殖型细胞在100℃以上干热1h即被杀死。耐热性细菌芽孢在温度达不到120℃时长时间加热也不死亡，约在140℃以后杀菌效率急剧增长。
　　 加热也是一种简捷有效的杀灭某些病原虫的方法。例如用一般的消毒方法难以灭活隐孢子虫(据实验投加氯80mg／L，接触90min才能灭活90％)，但是如果将水加温到72．4℃，只要一分钟以上就能灭活99％。
　　 将水煮沸几乎可以完全消灭细菌繁殖体。一般认为因芽孢而引起的以水为媒介的疾病很少，重要的水媒传染病大多与芽孢类细菌和耐热微生物无关。因此用加热法消毒饮用水是可行的。通常认为煮沸15～20min左右的水对饮用是安全的。国外有许多水厂平时采用管道直饮方式，当发生水质事故时紧急通知水要煮沸才能饮用。加热消毒在我国居民中普遍使用，作为饮水的最后一道安全措施。

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　　 加热消毒的一种实用方式是低温间歇灭菌法，又称巴斯德(Pasteur)消毒法。该方法是将介质快速升温到某一温度(一般为70℃或63～66℃)维持一定时间(15min或30min)再快速冷却，可以反复多次进行。低温间歇灭菌通常用于对温度很敏感的微生物，或者在要防止温度不破坏介质的情况下采用，如用于食品和生物制品的消毒。升温的幅度、持续时间以及重复升温的次数随不同的工艺条件、微生物种类和消毒要求而变。 公卫百科
　　 仿照乳品工业使用已久的巴斯德消毒法，Goldstein等人提出一种处理个人家用供水水源(如池塘、水箱水等)的方法。试验设备是一个处理流量约为80L／h的热交换器，能回收大部分热量，水在装置中以161℃处理15s，出水水温仅提高5．6℃。本装置在源水细菌浓度很高时仍效果良好，设备简单可靠，但费用昂贵，而且没有持续杀菌能力。
　　
 

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