次氯 用海水或浓盐水作为材料 需要有次氯酸钠发生器和投配 酸钠 生产，可在污水厂现场生 设备 产并直接投配，使用方便， 投量可以直接控制
适用出水水 质好，排入 水体的水质 要求高的污 水处理厂
适用于中、 小型污水处 理厂
紫外 是紫外线照射和氯化共同 线 作用的物理化学方法，消 毒效率高
紫外线照射灯货源不足，电耗 能量多
加氯设备、加氯间和氯库
氯气气源间漏气有三处：（1）阀门泄漏；（2） 氯气瓶针形阀慢性泄漏；（3）氯气瓶表体泄漏。 解决的办法：在氯气间设置氯气吸收装置。 氯气吸收系统原理：将泄漏至厂房的氯气，用风 机送入吸收系统，经化学物质吸收而转化为其它 物质，避免氯气直接排入大气、污染环境。 经常使用的吸收剂为碱性强、吸收率高的NaOH。 Na与氯气的反应式为：
7.3.5 臭氧中间氧化
在常规净水工艺的沉后或滤后投加臭氧，可以氧 化常规工艺难以去除的微量有机污染物。 但是臭氧不可能将三卤甲烷前驱物彻底氧化破坏， 只是增加了可生化性，对水中已形成的三卤甲烷 几乎没有作用，一般要经过吸附工艺去除。 人们开发了臭氧－生物活性炭联用技术。
将臭氧化学氧化、活性炭物理化学吸附、生物氧 化降解合为一体的除污染工艺。
7.1.3 消毒与灭活
液氯的优缺点： 优点：消毒效果好，成本较低，可在管网中保持
一定余量；
缺点：氯与水中一些有机物作用产生对人体有害
的副产物
衡量消毒剂的消毒效果一般要确定所使用的消毒 剂对微生物的灭活速率，最终决定有效接触时间 及投加量。
消毒与灭活
（1）Chick定律
式中
N ——接触t时间后存活的微生物数量； N 0 ——初始微生物数量； 1 k ——速率常数，T ； t ——接触时间，s；
7.3.6 臭氧消毒
1. 作用：既是氧化剂，又是消毒剂，在水中投入臭氧 进行消毒或氧化通称臭氧化。 2. 臭氧消毒的特点：主要靠· OH的作用，它的氧化作 用极强（E0＝3.06V）。但作为消毒剂，由于臭氧在水 中不稳定，易散失，因此在O3消毒之后，往往需要投 加少量的氯等以维持水中剩余消毒剂。 3. 优点：消毒效果好，且剂量小、作用快，不会产生 三卤甲烷等有害物质，也可改善水的口感和感观性能。 4. 缺点：臭氧消毒生产设备复杂，投资较大，电耗也 较高 5. 饮用水的投加臭氧剂量一般为0.2~1.5mg/L。
2NaOH Cl2 NaClO NaCl H2O
7.3 臭氧氧化与消毒
7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.3.4 7.3.5 7.3.6 7.3.7 臭氧的物理化学性质 臭氧氧化作用机理 臭氧氧化有机物的特征 臭氧预氧化对水处理效果的影响 臭氧中间氧化 臭氧消毒 臭氧处理工艺系统
7.3.4 臭氧预氧化对水处理效果的影响
1. 除藻除味 臭氧预氧化具有良好的除藻、杀菌、除臭作用， 当臭氧投加量为2mg/L时，能使除藻效率提高10 ％～20％。 2. 控制氯化消毒副产物的作用 （1）臭氧预氧化对三卤甲烷（THM）的控制作用； （2）臭氧预氧化对其他氯化消毒副产物的作用； （3）氧化助凝作用； （4）臭氧氧化副产物。
7.3.1 臭氧的物理化学性质
臭氧的分子式为O3，一般为无色的气体，具有
特异的臭味，能够刺激口、鼻等器官的粘膜。 臭氧的氧化力较强，以氧化还原电位表示，在 酸性条件下为E＝2.07V，在碱性条件下为E＝ 1.24V。臭氧的沸点为-112℃，融点为-19.3℃。 臭氧溶于水，溶解度与水温呈反比关系。在常 温条件下，溶解量约为20mg／L。 臭氧在水中自行分解为氧，自行分解的速度由 水温和pH值所控制，高水温与高pH值能够促 进分解。
不同pH值和水温时水中HOCL和OCl的比例关系图
不同PH值和水温时水中HOCL和OCL的比例
100 100
80
80
HOCl（%）
40
40
20
20
0
4 5 6 7 8 9 10 11
0 pH 0.C 20.C
OCl(%)
60
60
（2）折点加氯法
加氯曲线 水中无任何微生物、有机物等， 加氯量＝余氯，如下图中的① 水中有机物较少时，需氯量满 足以后就是余氯，如下图中的 ②
7.3.3 臭氧氧化有机物的特征
（1）能够为臭氧氧化的有机物有：蛋白质、氨基酸、 木质素、腐殖酸、链式不饱和化合物和氰化物等。在 臭氧的作用下，不饱和化合物形成臭氧化物，臭氧化 物水解，不饱和化合物即行开裂。此外，臭氧对CHO-、 NH2-、SH-、OH-、NO-等官能团也有氧化作用。 （2）臭氧对有机物的氧化，难于达到形成CO2和H2O 的完全无机化阶段，只能进行部分氧化，形成中间产 物。 （3）用臭氧对二级处理水进行氧化处理，形成的中间 产物主要有：甲醛、丙酮酸、丙酮醛和乙酸。但是如 臭氧足够，氧化还会继续进行下去，除乙酸外，其他 物质都可能为臭氧所分解。
折点加氯法
H：峰点 B：折点 OA段：水中杂质把氯消耗光。 AH段：氯与氨反应，有余氯存在， 有一定消毒效果，但余氯为化合性氯， 其主要成分是一氯氨。 HB段：仍然是化合性余氯，加氯量 继续增加，氯氨被氧化成不起消毒作用 的化合物，余氯反而减少。 BC段：B点以后，出现自由性余氯。 加氯量超过折点需要量：折点氯化 当原水游离氨<0.3mg/L时→→加氯量控 制在折点后； 当原水游离氨>0.5mg/L时→→加氯量控 制在峰点前。
起消毒作用的主要是HOCl。
7.2.2 氯消毒过程
（1）氯消毒机理 氯化作用（chlorination）常用作消毒的同义词。 易溶于水中，在清水中，发生下列反应： Cl2 + H2O HOCl + H+ + ClHOCl H+ + OCl HOCl和OCl-的比例与水中温度和pH有关。 pH高时，OCl-较多； pH>9，OCl-接近100%； pH<6，HOCl接近100%； pH=7.54, [HOCl]=[OCl-]
三、消毒机理
消毒主要有以下几个方面的作用： （1） 破坏细胞壁； （2） 改变细胞通透性； （3） 改变微生物的DNA或RNA； （4） 抑制酶的活性。
四、常见的氧化剂
氯； 臭氧； 二氧化氯； 过氧化氢； 高锰酸盐； 高铁酸盐等。

五、消毒的优缺点及工艺选择
加氯点 加氯设备、加氯间和氯库
7.2.1 氯的性质
氯气是一种黄色气体，密度为3.2 kg / m3 ，极易被 压缩成琥珀色的液氯。 氯气容易溶解于水，在20℃和98kPa时，溶解度为 7160mg/L。 氯溶解在水中很快发生的反应：
Cl2 H 2O HOCl HCl HOCl H OCl
臭氧氧化有机物的特征
（4）污水用臭氧进行处理，BOD／COD比值随
反应时间延长而提高，说明污水的可生化性得到 改善。
（5）臭氧对二级处理水进行处理，COD去除率与
pH值有关，pH值上升去除率也显著提高，在高
pH值的条件下，臭氧自行分解进行非常显著，在
其分解过程中生成活性很强的OH· ，在OH· 的作用 下，COD得到很高的去除率。
名 称 优 点 缺 点 使用条件
效果可靠，投配设备简单， 氯化形成的余氯及某些含氯化 适用于大、 合物低浓度时对水生生物有害， 中型污水处 液氯 投量准确，价格便宜 理场 当污水含工业废水比例大时， 氯化可能生成致癌物质
消毒效率高并能有效降解 投资大、成本高、投资管理较 臭氧 水中残留有机物、色、味 复杂 等；污水PH及温度对消毒 影响很小，不产生难处理 或生物积累性残余物
7.3.2 臭氧氧化作用机理
1. 臭氧与无机物作用 臭氧能氧化大部分无机物，例如在预臭氧化中， 臭氧可有效地将水中溶解性铁、锰等无机离子转 化为难溶解性氧化物，使其从水中沉淀出来。 2. 臭氧与有机物作用机理 作用途径有二： （1）臭氧分子与有机污染物间的直接氧化作用； 这是缓慢且有明显选择性的反应； （2）臭氧被分解后产生羟基自由基，间接地与水 中有机污染物作用，这一反应速率快，且没有选 择性。
第7章 氧化还原与消毒
7.1 概述 7.2 氯氧化与消毒 7.3 臭氧氧化与消毒 7.4 其它氧化与消毒方法 7.5 高级氧化概述
7.1 概述
7.1.1 氧化剂和消毒方法 7.1.2 化学氧化
7.1.3 消毒与灭活
7.1.1 氧化剂和消毒方法
一、消毒定义 二、消毒方法 三、消毒机理 四、常见的氧化剂 五、消毒的优缺点及工艺选择
适用于小型 污水处理厂
7.1.2 化学氧化
化学氧化的分类：按化学药剂在水处理过程中 的投加点不同和产生的作用不同，分为预氧化、 中间氧化和后氧化，如下图所示：
化学氧化的作用
化学预氧化对水中藻类、浮游生物、色度、臭、 味、有机物、铁、锰等具有显著的去除作用，同 时可破坏氯化消毒副产物的前驱物质。 中间氧化通常设在常规处理工艺的沉淀之后或过 滤之后，作为水的深度处理手段，通过与颗粒活 性炭（GAC）或生物活性炭（BAC）联用，利用 活性炭的良好吸附性能和生物降解功能将氧化后 的形成的可生化性较高的小分子有机物、有毒、 有害中间产物及消毒副产物等进一步去除。 后氧化是保证饮用水卫生安全的最后一道屏障， 其主要目的是消毒，即灭活水中致病微生物。
7.2.4 加氯点
滤后加氯
滤前加氯——混凝剂投加时加氯，提高混
凝效果。
管网中途加氯 ——一般设在加压泵站或水
库泵站内
7.2.5 加氯设备、加氯间和氯库
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。因此，必须 严格防止水和潮气进入氯瓶。 人工操作加氯设备：加氯机（手动）、氯瓶和校核 氯瓶重量的磅秤等；缺点是：加氯量调节滞后，余 氯不稳定。 自动加氯设备：加氯机（自动）、氯瓶、自动检测 和自动控制装置。优点：能随着流量、氯压等变化 调节加氯量。 正压加氯存在的问题：多处漏氯和加氯不稳定，严 重影响余氯合格率，且设备腐蚀较快，经常跑氯。 普遍采用真空加氯机