净水技术 | “微观治水”——陈国光教授经验谈（消毒篇）
陈国光，上海市供水调度监测中心教授级高级工程师，早年奋战在供水行业科研和运行第一线，积累了丰富的理论和实践经验。随后陈教授作为政府部门从事水质检测和监管工作，对上海自来水的水质保障做出了突出的贡献。经过数十年的积累，陈教授对于水厂的运行和管理已然形成了一套独到的经验和观点，并提出了“以前是宏观治水，现在应当是微观治水”的精细化水厂运行管理观点。经陈教授口述，《净水技术》杂志社将大量宝贵的干货分篇后，借此系列文与广大供水同行分享。
自来水厂的消毒工艺起源于一百余年前。1898年，法国首先使用臭氧消毒工艺；1905年，英国率先使用氯消毒；1909年，法国引入了紫外消毒技术……
消毒工艺的意义究竟何在？
陈教授：消毒工艺的初衷，是有效杀灭各种病原体，能够确保饮用水微生物指标合格的重要手段。从消毒的绝对效果来说，可以大致给出O3>Cl2>HOCl>OCl->NHCl>NH2Cl的对比。但是不同消毒剂的作用机理略有不同，例如氯消毒和次氯酸消毒均为可持续杀菌，可以长时间作用于饮用水中进行杀菌和抑菌，而臭氧和紫外的可持续杀菌能力较弱，只能作为制水工艺某一过程中的消毒措施。
消毒工艺仅仅是考虑病原体杀灭效果吗？
陈教授：1974年，美国首次报道了在自来水中发现可疑的致癌物质，也就是我们如今所熟知的消毒副产物。消毒副产物目前已知已有几百种，在饮用水中被重点关注的主要是卤代消毒副产物，如三氯甲烷、溴酸盐等。控制消毒副产物的产生需要控制消毒副产物的前体物，一是有机物，二就是消毒剂，所以消毒剂的投加量也绝非是越多越好。所以通过这么多年的研究以来，我们对于消毒的认识，已从“有效杀灭各种病原体”，进一步优化到“在确保饮用水微生物指标合格的情况下尽可能控制降低消毒副产物”，这也对消毒工艺提出了更高的要求。
水厂目前为什么常用氯消毒？如何正确选用游离氯和化合氯？
陈教授：目前我们常说的所谓氯消毒，主要是游离氯和化合氯两种。但是需要强调的是，这两种消毒方式本身并没有优劣之分，他们各自所具有的消毒特性决定了他们适用于什么样的原水水质。所以说，没有更好的氯消毒方式，只有更合适的氯消毒方式。
游离氯和化合氯各有优缺点。游离氯的优点在于消毒时间短，出水余氯低，但缺点在于所产生的消毒副产物三氯甲烷含量会偏高；化合氯的缺点在于消毒时间长，色度不易被改善，和游离氯相比消毒效果略差，但是优点在于所产生的消毒副产物含量较低。
结合两者的优缺点就不难得出一个经验性的结论，对于COD较低的原水（COD<2mg/L），推荐使用游离氯消毒，二对于COD较高的原水，则推荐使用化合氯消毒。反之，如果对高COD原水使用游离氯，则三氯甲烷超标风险很大；而对低COD原水使用化合氯，则消毒剂的用量可能会增加。
既保证消毒效果又要控制消毒副产物，消毒剂投加量应当如何控制？
陈教授：消毒剂投加的浓度和消毒的效果相关，和消毒副产物产生的风险也相关，同时，也受到季节、原水水质，以及水厂前序工艺运行情况等综合原因的影响。对于水厂工艺而言，大约90%左右的细菌都可以在混凝沉淀过程中被去除，所以“水越清则消毒越易”，如果前序工艺效果理想，不但可以大大降低消毒的难度，减少消毒剂的投加，也可以降低消毒副产物产生的风险。有研究也证明了，深度处理工艺和常规工艺相比，由于小分子量有机物被生物活性炭滤池所吸附和降解，三氯甲烷的生成量明显降低，降低率可高达69%。
综合考虑消毒效果、管网水保质等问题，经过多年实践，我们认为游离氯消毒的水厂，沉淀池出口余氯量不应低于0.3mg/L，化合氯消毒的水厂，沉淀池出口余氯量不应低于1.0mg/L，据于此，来考虑消毒剂的投加量。这里还需要特别说明的是，当消毒剂浓度在0.7~0.8mg/L时，对致嗅物质的氧化能力较强，所以对于嗅味较为突出的原水，消毒剂的用量不应小于此范围。而对于氯胺化合氯消毒的情况，一般可以先加氨0.2~0.3mg/L，再加氯到1.0mg/L浓度，使混合消毒剂中游离氯和化合氯的浓度比为1:4.1左右，最为有效。
为什么化合氯对消毒副产物的抑制效果明显？
陈教授：三氯甲烷的形成，从化学反应上进行分析，是自由氯和有机物直接作用的结果。如果采取某种化学手段，对自由氯起到“屏蔽”作用，使之无法直接接触有机物，则可以有效降低消毒副产物的产生。所以对于化合氯的投加方式上，我们建议先加氨，后加氯的方式，是一部分自由氯被氨结合，形成自由氯：化合氯大约为1:4.1的情况，效果明显。对于深度处理工艺而言，同样可以在后臭氧前添加0.2~0.3mg/L的氨，同样也可以抑制溴酸盐的生成。
对于消毒工艺，还有一种被普遍使用的消毒剂——二氧化氯，它应当如何被正确应用？
陈教授：二氧化氯以前之所以也是消毒工艺的一个主要消毒剂，是由于以前的相关研究以及标准中尚未发现或尚未对亚氯酸盐、氯酸盐等物质限值。近年来随着检测水平的不断提高，我们发现二氧化氯虽然具有消毒副产物产生量较少的优点，但是易生成对亚氯酸盐、氯酸盐等物质，且转化率高达60%~70%。但这并不代表二氧化氯就不再适用于水厂消毒工艺。经过研究发现，我们可以通过先投加二氧化氯，再投加次氯酸钠的消毒方式，也可以达到较好的消毒效果。
对于消毒而言，虽然看似简单，但是内含巨大的学问。陈教授具有良好的化学学科基础，从理论的角度出发，对于消毒效果、消毒副产物的限值有很好的理论依据，经过多年的实践和反复论证，形成了一套可靠、复制度高的工程经验，使人有听君一席话，胜读十年书之感。陈教授认为，供水行业的青年人，无论是科研人员还是水质检测人员，都应该去生产一线历练，能够对自己手中的科研成果和水质检测数据有更为感性的认知，才能帮助青年人在专业能力上更好的提升。
推荐参考
仝重臣,员建,苑宏英,孙力平,崔月娟. 饮用水处理中氯化消毒副产物三卤甲烷和卤代乙酸研究进展[J].净水技术, 2012, 31(2):6-11.
严烈,徐斌,高乃云,夏圣骥,梁闯,李伟.饮用水中典型氯化消毒副产物生成模型的研究进展[J].净水技术,2010,29(1):16-22.
吴思宇,卢小艳,刘丽君,张金松. 二氧化氯及与次氯酸钠联用的消毒方式对消毒副产物的控制[J].净水技术,2016,35(2):38-42.