飲用水消毒技術現狀及發展趨勢探討

李士杰

(莘縣疾病預防控制中心 山東 聊城 252400)

據相關統計顯示，飲用水中有機物含量超過700多種，嚴重威脅人們生命健康。因此，加強對飲用水消毒處理十分必要。現階段，化學消毒、物理消毒、聯合消毒等屬于飲用水常見消毒技術，并且每種方法均存在一定的優勢與劣勢，具論述如下。

1 消毒技術

1.1 化學消毒法

1.1.1氯消毒法

氯消毒法在飲用水消毒中具有較長的應用時間，其在殺滅水體中細菌微生物方面價值確切，因此，得到廣泛應用。該種消毒方法主要利用化學原理，使水體中單質氯發生氧化還原反應，進而促進次氯酸根離子在細菌表面吸附[1]。同時，還可穿過細胞壁，進入細菌內部，致使細菌酶系統得不到正常發揮，最終被殺滅。雖然該種方法滅菌效果較為理想，但是經過其消毒處理后，水體中消毒副產物較多。而經過大量實驗驗證，消毒副產物存在一定的致癌風險。此外，飲用水中存在較高的氨氮成分，其與單質氯接觸后，可轉化為氯胺，這就導致消毒質量大打折扣。同時氯離子穩定性較差，極易發生泄漏[2]。但是其成本較低，并且技術較為城成熟，針對大部分致病菌均有顯著作用，因此，應用價值仍較高。

1.1.2氯胺消毒法

當水體中含有較多的氨氮成分，且采用氯消毒法后，單質氯、氨類發生化學反應，其能夠產生中間產物，即氯胺[3]。其中，一氯胺、二氯胺存在消毒能力，可在水解作用下，將次氯酸示范出來，進而起到滅菌作用。相關研究顯示，采用氯、氯胺消毒法，當水體pH值升高時，水腫鹵乙酸生成減少。因此，與前者相比較而言，后者消毒安全性更加值得肯定。氯胺消毒依然能夠產生三鹵甲烷，但是生成量較少。值得注意的是，該種消毒方法會影響水體中微生物的穩定性。其能夠與水腫有機生物、微生物等相互作用，生成亞硝酸銨類物質，該種物質在致癌方面風險更高。雖然該種消毒技術效果較差，但是具有較高的穩定性，與紫外線消毒等方法相結合，可提升水質。

1.1.3次氯酸消毒法

液氯無論是在存儲，還是在運輸方面，均存在一定的安全隱患。因此，為減少安全事故發生，水廠多采用次氯酸進行消毒，其消毒效果與液氯相一致，并且存儲較為方便。借助于水體電離作用，次氯酸根離子得以釋放。其具有較強的氧化性，能夠影響微生物蛋白質活性，進而抑制細菌細胞生長、繁殖[4]。此外，次氯酸可以細菌細菌細胞壁為通道，進入細菌之中，將其遺傳物質破壞，使其不再發育、繁殖。與此同時，以氯離子為依托，次氯酸可促使細胞滲透壓發生改變，進而降低其活性。但是其缺點與氯消毒法具有相似性，即存在致癌風險。相關研究顯示，次氯酸鈉消毒生成的副產物較多，并且較氯消毒法更高。一些研究人員采用鈉漂白粉對水體進行消毒處理，結果發現，消毒效果較為優異，并且其緩釋作用能夠得到有效發揮。然而其劣勢在于，漂白粉與空氣接觸后，其穩定性較差，并且在儲存時易發生講解反應。在此情況下，消毒劑中有效的氯含量將會隨之減少，進而影響消毒質量。次氯酸在運輸、存儲方面安全性較高。但是其對電具有較強的腐蝕性，這就導致其生產率較低。

1.1.4臭氧消毒法

現階段，已知并且可利用的氧化劑中，臭氧效果最為理想。其能夠對細菌蛋白質、多糖等產生影響，導致蛋白質活性減低，進而提高細胞通透性。當其進入細胞壁后，可對其生物酶系統產生限制，致使細胞遺傳功能不能正常發揮。與此同時，其在殺滅大分子有機物方面也存在確切價值，尤其是芽孢、病毒等。臭氧不僅具有廣泛的pH值適用范圍，而且對低溫環境同樣具有較強的適應能力[5]。在1分鐘內，臭氧能夠將九成以上隱孢子蟲卵囊殺滅。其還原物為氧氣，可使水中溶解氧含量提升。臭氧進入水體中后，可生成單原子氧、羥基自由基等。前者可在段時間內將水中有機物、微生物、細菌、無機物等氧化分解。而后者能夠作用于水體中有機物，將細菌殺滅。臭氧可用于預處理，其能夠與鐵錳產生反應，并且其生產物在助凝方面作用顯著，可有效提高水質。但是其缺點在于活性較強，因此，長時間消毒效果得不到保證。此外，消毒成本過高也是其應用廣泛性較差的原因之一。

1.2 物理消毒法

1.2.1紫外線消毒法

紫外線消毒法在水體消毒中十分常見。一般情況下，紫外線波長在240nm左右時，水中微生物蛋白活性將會降低，進而導致其核酸被破壞，影響其正常生育、繁殖[6]。與化學消毒法相比較而言，該種消毒方式不會產生副產物，因此，安全性能夠得到保證。同時，紫外線消毒不會使飲用水中的物質成分發生改變，對管道設備不具有腐蝕性。但是水體渾濁程度、氨氮含量等會對照射結果產生影響。此外，紫外線燈管內存在金屬汞，當其泄露后，水體會被污染。

1.2.2TiO2光催化消毒法

TiO2光催化消毒法主要借助于光的作用，生成羥基自由基，進而將水中單分子有機物分解。現階段，該技術為水體消毒的研究熱點所在，這主要與其不會對水體造成污染、不存在毒害性、運輸、儲存便捷相關[7]。

1.3 聯合消毒法

無論是化學消毒技術，還是物理消毒技術，其在單獨使用時，均存在一定的弊端，不利于提升水體質量。為此，可聯合多種消毒技術，做到取長補短。氯-氯胺聯合消毒法、氯-二氧化氯聯合消毒法較為常見，其作用時間較短，并且在減少消毒副產物含量方面作用較為突出[8]。此外，該種消毒方法穩定性、持續性較強。氯/氯胺-紫外線聯合消毒法可在短時間內將水體中微生物含量降低，并且能耗較小，消毒效果理想。

2 飲用水消毒技術發展趨勢

隨著科學技術水平不斷提升，飲用水消毒技術水平也越來越高。其未來發展方向更加強調預處理，關注消毒劑與水體中相關物質反應情況，同時研發環保效果優異的消毒劑。

2.1 消除副產物前體物

在氯消毒過程中，水中腐殖酸、藻類等與其能夠產生化學反應，生產物即為氯化消毒副產物。氯化消毒副產物具有潛在致癌風險，常見物質包括鹵乙酸、三鹵甲烷等。鹵乙酸屬于致癌物質，并且經過多項實驗證實。在所有消毒副產物中，其致癌風險可達到30%以上。影響其生成的因素與水溫升高相關[9]。在此情況下，氯化消毒劑使用將會增加，致使水體pH值下降，影響腐殖酸濃度，當其升高后，鹵乙酸生成將會增多。值得注意的是，鹵乙酸對生殖功能具有一定的毒性，存在誘發癌癥的可能性。相關研究顯示，高劑量二氯乙酸可導致哺乳動物神經功能異常，同時還會損傷其DNA，最終影響遺傳。為此，飲用水消毒中，需要對水體進行預處理，采用混凝過濾工藝，進而將水體中的副產物前體物含量降至最低。

2.2 消毒預處理

水體中常見消毒副產物前體物質為藻類，其在水中多處于懸浮狀態，具有較低的密度，因此，可采用混凝工藝難以將其去除。這就需要在消毒前對水體進行預處理，進而將水中微生物含量降至最低。在水體消毒前，可將氯化劑投放其中。通過該種方式，藻類表面電性能夠發生改變，進而發揮出其助凝作用。但是相關研究顯示，如果水體中藻類含量較高，則采用該種方式會導致藻類被破壞，蘊藏其內部的有機物質可被釋放出來，致使水中有機物含量升高[10]。臭氧方式也可對水體進行消毒預處理，雖然其在降低方面價值突出，但是會導致三鹵甲烷含量升高。現階段，高錳酸鉀預氧化方式在處理水中含有較多藻類時，效果較為理想，不僅能夠對消毒副產物生成起到抑制作用，還能過促使水質提高。

2.3 磁化法

磁化法具有處理量大、節約能源、停留時間短的優點，能夠作為飲用水殺菌的全新模式。該種方式方式根據磁產生的電流，借助于其所能夠達到的閾值，破壞水體中細菌的細胞，同時還能轉變離子通過細胞膜的渠道，進而改變蛋白質性質，抑制核酸活性[11]。

綜上所述，物理消毒技術、化學消毒技術等在飲用水消毒中均存在一定的優點與缺點，為提升水質消毒效果，可聯合多種消毒技術，進而減少水體中有害物質，確保居民飲用水安全。