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天然濕地凈水三部曲
濕地這個巨大的污水凈化器,是通過物理、化學(xué)和生物三種方法凈化污水的。
第一部:物理沉淀法
當污水進入濕地的時候,因為水體物理性質(zhì)的變化,原先懸浮的顆粒會聚合沉淀下來,就像河水中的泥沙在入??谔巺R聚沉下來形成沙洲一樣。此外,這些懸浮顆粒還會被濕地土壤或植物體吸附,像篩子一樣把清水過濾出去。就拿氮和磷這兩種造成水體富營養(yǎng)化的“罪首”元素來說吧,如果水里它們的含量過多,就會造成水中植物生長異常、魚類死亡等不良后果。因此,把污水排往水體之前,凈氮、凈磷是十分必要的,而相當一部分氮和磷就是通過這種物理降解的過程離開水體的。
第二部:化學(xué)溶解法
濕地水體會溶解土壤、河岸等地方的一些化學(xué)物質(zhì),當污水流進來時,這些化學(xué)物質(zhì)可以和污水中的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),也能起到一定的凈化作用。比如當濕地中含鈣離子(Ca2+)時,就可以和富磷污水中的磷酸根離子(PO43-)反應(yīng),生成難溶于水的磷酸鈣沉淀下來,這樣就進一步降低了水中磷元素的濃度。
第三部:生物轉(zhuǎn)換法
當然,在污水凈化中起到主要作用的,還要屬濕地中的各種生物了。其中,植物和微生物是去污好拍檔,它們的相互配合尤其令人嘆服――20世紀70年代,德國生態(tài)學(xué)家發(fā)現(xiàn),長在濕地中的挺水植物會用露在水面上的葉片吸收氧氣,把氧氣向下輸導(dǎo)到根部,于是在根系附近形成了富含氧氣的區(qū)域,適合喜歡氧氣的好氧菌的繁殖。在遠離植物根系的地方,又因為氧氣含量低,那些適應(yīng)缺氧環(huán)境的兼性菌和完全不喜歡氧氣的厭氧菌可以盡情繁衍。這樣,在濕地水體中就同時存在適合好氧菌、兼性菌和厭氧菌這三大類微生物生存的微環(huán)境,它們同時發(fā)力,在植物的配合下一起降解污染物,污水就這樣慢慢變干凈了。
舉例來說,相當一部分氮就是這樣被消除掉的―含氮有機物先是被微生物轉(zhuǎn)化為氨離子(NH4+),氨離子在好氧的硝化菌作用下轉(zhuǎn)化為亞硝酸根(NO2-)和硝酸根(NO3-)離子,它們又可以被兼性的反硝化菌轉(zhuǎn)化成氮氣(N2)。氨離子、亞硝酸根和硝酸根可以被濕地植物直接吸收,而氮氣可以離開水體釋放到空氣中。經(jīng)過這一番處理,留在水里面的氮就很少了。
“處理濕地”的凈化功能
雖然天然濕地具有這樣強的污水凈化功能,但人們還是不滿意,覺得效率有點低。為了加快污水的凈化速度,科學(xué)家們專門打造了人工的“污水凈化器”――人工“處理濕地”。
要想設(shè)計一塊理想的用于污水凈化的人工濕地,需要預(yù)先選定合適的基質(zhì)(包括土壤和人工介質(zhì))、水生植物和微生物,還要對其形態(tài)做細心的設(shè)計。比如,有時候需要讓水露天流動,這就是“表流濕地”,有時候需要讓水在土壤表層以下流動,這就是“潛流濕地”。當然,不管這些人工濕地最后建成什么樣子,目的都是要充分挖掘基質(zhì)、水生植物和微生物的潛力,讓它們相互配合,從物理、化學(xué)和生物三個方面一齊努力,實現(xiàn)把污水處理成無毒無害物質(zhì)的目標。
今天,無論是農(nóng)業(yè)污水、工業(yè)廢水、垃圾滲濾液還是地下管道污水,甚至是城市在陰濕天氣時產(chǎn)生的各種地面徑流(如機場、停車場等路面因為暴雨產(chǎn)生的短期徑流),都可以用人工處理濕地來凈化。比起專門的污水處理廠來,人工處理濕地的建造和運行費用更低,更易于維護,不會造成二次污染,還可以提供美化環(huán)境、野生動物棲息、娛樂休閑等附加功能呢。
關(guān)鍵詞:污水處理;氨氮;懸浮物;色度
收稿日期:2011-08-29
作者簡介:張小華(1976―),女,黑龍江人,碩士,講師,主要從事環(huán)境微生物的研究。
中圖分類號:X172 文獻標識碼:A 文章編號:1674-9944(2011)09-0107-03
1 引言
城市河道和小區(qū)等景觀水體是城市人居環(huán)境中重要的組成部分,由于生活污水、雨水及垃圾等原因,導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化,造成水體缺氧而呈黑臭狀態(tài)[1,2]。目前用于河水凈化的主要方法是超濾和滲析,但去除有機污染物的能力較差[3],為此決定探索其它改善河水水質(zhì)方法。
通過實驗篩選了各種細菌,對污染河水進行處理,再采用重鉻酸鉀法、納試試劑比色法、重量法及稀釋倍數(shù)法分別對水中的COD、氨氮、懸浮物和色度進行測定,得到處理效果最較好的菌種,
2 材料與方法
材料選用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基[4],污水檢測所用試劑均為分析純試劑。實驗所用水樣取自江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院南門河,泥樣取自學(xué)院南門河的淤泥。
2.1 菌種的篩選
將0.5g泥樣轉(zhuǎn)入裝有4.5mL無菌生理鹽水的試管中,混勻后,靜止10min,上清液即為10-1稀釋液;將0.5mL 10-1稀釋液轉(zhuǎn)入裝有4.5mL無菌生理鹽水的試管中,即為10-2稀釋液,以此類推。分別將10-3、10-4、10-53個濃度的稀釋液各0.1mL涂布在牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基中,放入37℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)2d。將形態(tài)、顏色不同的菌落,分別進行劃線分離培養(yǎng),直至菌種純化為止。
2.2 菌液的處理
將已純化好的單菌落接入裝有5mL牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基的試管中,在37℃,120r/min的搖床上培養(yǎng)2d。將培養(yǎng)好的菌液在4 500r/min條件下離心10min,去上清液,用無菌生理鹽水混勻菌體沉淀,再離心。如此反復(fù)3次,直至將殘留的液體培養(yǎng)基去除。
2.3 水樣的處理
在33個250mL三角瓶中,分別裝入100mL水樣,121℃滅菌20min,冷卻后備用。測定污水的COD、氨氮、SS和色度。將處理的10個菌種懸液(OD600nm1.65)按1%的接種量分別加入上述三角瓶中,每個菌種設(shè)3個平行,另設(shè)3個對照(不接菌)。所有樣品在37℃,120r/min條件下培養(yǎng)5d,取出后,測其COD、氨氮、SS和色度。
2.4 樣品測定
2.4.1 COD的測定
采用重鉻酸鉀法,參照文獻,根據(jù)公式可得水樣中COD含量。
COD(mg?L-1)。
式中C為硫酸亞鐵銨標準滴定溶液的濃度(mol?L-1);V1為空白試驗所消耗的硫酸亞鐵銨標準滴定溶液的體積(mL);V2為試料測定所消耗的硫酸亞鐵銨標準滴定溶液的體積(mL);8為氧(1/2 O)摩爾質(zhì)量(g?mol-1);V0為試料的體積(mL)。
2.4.2 氨氮的測定
采用納氏試劑比色法,先繪制標準曲線,再將水樣測得的吸光度減去空白實驗(以無氨水代替水樣)的吸光度,根據(jù)標準曲線查得氨氮含量m,根據(jù)下式可得水樣中氨氮含量。
氨氮(N,mg?L-1)m×1 000/V。
式中m為由校準曲線查得樣品管的氨氮含量(mg);V為水樣體積(mL)。
2.4.3 SS的測定
采用重量法,將經(jīng)蒸餾水洗滌后的濾紙放在干燥的稱量瓶中,105℃烘干2h后冷卻,稱重為A;取50mL混勻的水樣,用干燥過的濾紙過濾,用少量蒸餾水沖洗,再放入原稱量瓶中,105℃烘干2h后冷卻,稱重為B,根據(jù)下式可得水樣中SS含量。
SS(mg?L-1)(B-A)×1 000×1 000/V。
式中A為濾紙+稱量瓶(g);B為濾紙+濾渣+稱量瓶(g);V為水樣體積(mL)。
2.4.4 色度的測定方法
取每一處理過的水樣10mL,置于比色管中,用蒸餾水稀釋至50mL;以白色瓷板為背景,由上向下觀察稀釋后水樣的顏色,并與等量蒸餾水相比較,直至澄清度一致,記錄稀釋倍數(shù)[9]。
3 實驗結(jié)果與分析
3.1 菌種篩選
3.1.1 平板菌落形態(tài)
通過劃線分離、純化,共篩選出10種形態(tài)各異的菌株,見圖1。
3.1.2 形態(tài)特征
通過對培養(yǎng)基上菌落形態(tài)觀察及革蘭氏染色,結(jié)果見表1。
表1 10種細菌的形態(tài)特征
3.2 COD的測定
由圖2可知,與原水樣中的COD(197.76mg?L-1)相比較,菌種A、B、D、E、F、G、H、I對污水的降解率均為40%以上,B和I兩菌種的處理效果相對較好,尤其菌株B對污水的降解率為48.33%。然而,經(jīng)過5d培養(yǎng)的對照水樣,其COD降解到135.96mg?L-1,水體的自然降解率達31.25%,菌株B與對照相比,其降解率僅為24.84%。
3.3 氨氮的測定
3.3.1 標準曲線
將測得的數(shù)據(jù)繪制標準曲線見圖3。
3.3.2 氨氮的測定結(jié)果
經(jīng)菌種處理后的污水測得吸光度值見表2。
將表2中吸光度帶入氨氮標準曲線,得各處理樣品試管中的氨氮含量,經(jīng)計算水樣中氨氮的含量見圖4。
表2 污水經(jīng)菌種處理后的吸光度值
在自然情況下污水中氨氮值為83.18mg?L-1,對照組培養(yǎng)5d之后,水體中的氨氮量為73.50mg?L-1,降解率為11.64%。菌種B、C、D、F、H對污水的處理能力相對較強,尤以菌種F處理效果最佳,經(jīng)菌種F處理后,水體中氨氮的含量為28.24mg?L-1,與原水樣相比,其降解率達66.05%,與對照相比,其降解率為61.58%。
3.4 SS的測定
如圖5所示,10種細菌對污水處理5d后,菌種D和I所產(chǎn)生的懸浮物較多。經(jīng)培養(yǎng),在接菌種D的三角瓶中可發(fā)現(xiàn)明顯的絮凝及團狀懸浮物,經(jīng)烘干稱重,計算出SS的重量為204mg?L-1;接菌種I的污水中,SS的重量為198mg?L-1,與對照組的SS重量(114mg?L-1)相比,懸浮物分別增加了78.95%和73.68%。
3.5 色度的測定 由表3可知,樣品處理前后沒有一定的規(guī)律可循,有的菌體使水體色度增加,可能是由于加入菌體后使水體中的懸浮物增加導(dǎo)致的。但從實驗結(jié)果可以看出,菌株D對水體色度處理效果相對比較好,處理后只需稀釋40倍即可。
4 結(jié)語
通過分離純化,篩選出10種細菌A~J,采用重鉻酸鹽氧化法、納氏試劑比色法、過濾和稀釋倍數(shù)法,對污水的COD,氨氮,懸浮物和色度進行了測定和分析。污水經(jīng)過菌株B處理之后,COD由135.96 mg?L-1降低到102.176mg?L-1,降解率為24.84%;經(jīng)過菌株F處理,氨氮值由73.50mg?L-1降解到28.24mg?L-1,降解率達61.58%;經(jīng)菌株D和I處理后,所測水體的懸浮物的質(zhì)量分別為204mg?L-1、198mg?L-1,懸浮物分別增加了78.95%和73.68%;菌株D對色度的處理效果較好,由處理前的100倍降到了40倍。
表3 污水處理前后稀釋倍數(shù)
污水中氨氮的凈化主要通過植物吸收、微生物凈化和沉淀作用3條途徑[10]。通過數(shù)據(jù)比較,可以看出,水體本身具有很好的自凈能力,可能是通過水體本身所含有的化合物,促進水體中顆粒物的絮凝,導(dǎo)致沉降;同時,通過菌株F的作用,使水體中氨氮的降解率較高。
本實驗只對單個菌種進行單因素實驗,在今后的研究中,應(yīng)進行正交試驗,發(fā)現(xiàn)最佳組合,為城市富營養(yǎng)化河水的凈化提供理論依據(jù)。
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Characteristic Study on Separation and Purification of Purification Bacteria
in Eutrophic Water
Zhang Xiaohua,Wang Huarong,Lu Jianlan
(Department of Bioengineering,Jiangsu Polytechnic College of Agriculture and Forestry,
Jurong 212400,China)
關(guān)鍵詞:水處理 微渦流 沉淀 纖維過濾
1 水質(zhì)凈化技術(shù)的重要性
隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,水資源短缺和水環(huán)境的污染問題愈加嚴重,但生產(chǎn)、生活對水質(zhì)的要求卻日益提高,水質(zhì)標準也不斷的提高。在這樣的水環(huán)境政策法規(guī)背景下,凈水工藝的處理要求大大地提高。出水水質(zhì)不僅要在感觀性和一般理化性指標方面達到標準,而且還要在微生物學(xué)指標、毒理性有機物、無機物指標和放射性指標等等方面達標。目前在大多數(shù)水廠應(yīng)用的常規(guī)的水處理工藝:混凝一沉淀一砂濾一投氯消毒工藝已不能完全滿足當今的水處理要求,他們對澄清水質(zhì)消除水中病原菌十分有效,但是對于去除現(xiàn)存于水體中大量增加的有機物,效果平平,不能夠進行有效處理和降解。
2 水廠凈水工藝的現(xiàn)狀和發(fā)展
給水處理的主要任務(wù)和目的就是通過必要的處理方法去除水中的雜質(zhì),以價格合理、水質(zhì)優(yōu)良的水供給人們使用,并提供符合質(zhì)量要求的水用于工業(yè)。常規(guī)的工藝主要包括混凝、沉淀、過濾和消毒四大部分。給水工程技術(shù)人員面臨的主要問題是工程的投資效益,即如何以最低的工程總投資來完成簡單的處理目標。因此,在這段時間里,研究出了許多比較經(jīng)濟的凈水技術(shù)和工藝,這些研究包括改進沉淀池設(shè)計,出現(xiàn)了斜管沉淀池、斜板沉淀池和氣浮池等快速澄清工藝,還有快速過濾工藝和將絮凝、沉淀和過濾工藝組合在一起的專用集成設(shè)備。
3 凈水工藝的內(nèi)容
3.1微渦流混凝工藝
在水處理工藝中,混凝和絮凝是否完全是決定工藝效果的一個重要因素,它們決定了礬花的形態(tài)和質(zhì)量,直接影響后續(xù)沉淀工藝和過濾工藝。在實際工藝中,混凝和絮凝的效果完全由絮凝的設(shè)備來決定,主要有水力攪拌和機械攪拌兩種。由于在運行中,機械攪拌能量難以均勻分配,能量利用率低,而且?guī)頇C械設(shè)備維修方面等繁瑣的問題,水廠需要在設(shè)備維修方面支配大量人力和財力,因此在我國大多數(shù)凈水工藝主要采用水力攪拌的方式,具體有折板、隔板、網(wǎng)格等,折板、隔板等絮凝設(shè)備在凈水工藝應(yīng)用歷史較長。
3.1.1微渦流混凝機理
從絮凝動力學(xué)角度對絮體凝聚機理的研究可以知道,紊流中稍大于顆粒尺寸的渦旋對絮體之間的碰撞極有利,在渦旋中產(chǎn)生的渦旋剪切力和慣性離心力為顆粒的碰撞提供了必要的條件,而絮體凝聚的效率主要取決于水中膠體脫穩(wěn)的程度和碰撞的機率,在微渦流反應(yīng)器中形成的微渦旋流動,為顆粒的碰撞提供了很好的環(huán)境條件,能夠有效地促進水中微粒的擴散和碰撞。這是因為一方面,混凝劑水解形成膠體,在微渦流作用下快速擴散并與水中膠體充分碰撞,使水中膠體快速脫穩(wěn);另一方面,水中脫穩(wěn)膠體在微渦流作用下具有更多碰撞機會,渦流的作用使流層之問產(chǎn)生較大的流速差,造成了流層中攜帶微粒的相對運動,從而增加了微粒的碰撞機率。
3.1.2實際應(yīng)用條件
微渦流混凝反應(yīng)的核心是渦流反應(yīng)器。渦流反應(yīng)器采用空心殼體,球形結(jié)構(gòu),表面開有大量的小孔,ABS塑料注塑而成,內(nèi)外表面均打毛。渦流反應(yīng)器沒有方向性,可直接投入水中使用,相互堆積不會堵塞壁孔。在應(yīng)用時,盡量將水流組織成豎向流,即垂直于水平面向上或向下的水流,因為渦流反應(yīng)器必須置于豎向流水中,否則會在反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生絮體沉積。水流的過程可以是“上一下,下一上,上一下”,也可以是“下一上,上一下,下一上”,這樣的水流使渦流反應(yīng)器上下均能夠受到水流的作用,從而減小泥在反應(yīng)器內(nèi)沉積過長時間。而且各段的水流速度逐步降低或基本保持不變,水流通過各段的總停留時間不少于5~8分鐘。關(guān)于泥渣問題,需要合理的設(shè)置排泥區(qū),在混凝池內(nèi)可能產(chǎn)生泥渣的地方設(shè)置排泥斗,這樣每天可以將在混凝區(qū)產(chǎn)生的大量泥渣排出池外,由于渦流反應(yīng)器內(nèi)含有懸浮泥渣,這樣有利于與水流中已形成的絮體進行接觸絮凝,因此可以將反應(yīng)器內(nèi)懸浮泥渣之外的泥排出干凈。
3.2沉淀技術(shù)
斜板沉淀池根據(jù)水流方向可分為逆向流(上向流)、側(cè)向流及同向流(下向流)三種。在同向流斜板沉淀池中,水流方向和顆粒沉降方向相同,積泥容易滑落至污泥斗,同逆向流(側(cè)向流)相比,可以有更小的傾角、更大的板問流速和投影面積,大大提高了沉淀池的表面負荷。但以往的同向流沉淀池,清水與污泥混合而使得清水收集成為一個難題,但現(xiàn)在應(yīng)用了新型的清水收集方式,消除了以往同向流集水管容易堵塞的缺陷,使得同向流沉淀池的優(yōu)勢發(fā)揮至最大。
如上圖所示,進水通過配水孔進入配水池,然后自上而下流入斜板區(qū),在斜板末端是滑泥段,在滑泥段斜板部分,每兩塊板之間又增加了一塊斜板,在增加的斜板上添加了兩板形成的“人字型”結(jié)構(gòu),水從此實現(xiàn)泥水分離,清水自人字型板上端流入清水渠,而污泥則通過斜板滑入污泥區(qū),這就是該工藝突出的泥水分離特點,它取消了傳統(tǒng)同向流沉淀池的清水收集系統(tǒng),避免了用集水管收集清水時容易出現(xiàn)集水孔被污泥堵塞的問題。
3.3高效纖維濾池
采用軟填料――纖維束作為濾元,其濾料單絲直徑可以達到幾十微米甚至幾微米,屬微米級濾料(而砂濾料屬毫米級),所以纖維束濾料具有巨大的比表面積,而且過濾阻力小,打破了濾料的過濾精度由于濾料粒徑不能進一步縮小的限制。
3.3.1囊調(diào)節(jié)式過濾器工作原理
由纖維濾料組成的過濾器,在過濾的時候要求纖維處于壓實狀態(tài);而在清洗的時候要求纖維處于完全松散狀態(tài)。在這樣的前提條件下就產(chǎn)生了囊調(diào)節(jié)式過濾器。在纖維濾層內(nèi)部或安置一個或幾個不透水的柔性材料制成的囊,此囊將濾層空間分隔成可通水的過濾室及壓縮纖維的加壓室。過濾時,在加壓囊內(nèi)注入一定體積的水,使濾層被不斷地均勻壓實。
3.3.2自助力式過濾器工作原理
在過濾設(shè)備內(nèi)部設(shè)黃自助力式纖維密度調(diào)節(jié)裝置,該裝置不需額外動力和附加操作,僅在正常過濾操作和反洗操作過程中通過水力完成對纖維濾層的壓縮和放松。在過濾操作時,隨著進水量的增加,密度調(diào)節(jié)裝置將濾層壓縮至所需狀態(tài),而且絕不損傷纖維,也不會導(dǎo)致靠近活動支撐裝置的纖維密度大于濾層主體密度的不利層態(tài)。在反洗操作時,無論濾層積泥量有多大,濾層被壓縮得多緊密,在氣、水的沖洗的作用下均能將濾層徹底放松,達到清洗的最佳狀態(tài)。
4 結(jié)語
因此全球的水資源都是非常寶貴的,而在我國水資源的珍貴性就更為明顯。盡管一方面水資源匱乏,水環(huán)境惡化,但另一方面用水需求不斷增加,水質(zhì)標準也在不斷地提高。隨著科技水平的迅猛發(fā)展,中國飲用水的處理技術(shù),檢測水平有很大的進步,越來越多的污染物質(zhì)被檢測出來,現(xiàn)行的水質(zhì)標準再也不能滿足人們的要求和當前的原水實際狀況,水質(zhì)標準在不斷地提高。
5 參考文獻
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自然課上,施老師神秘地說:“你們信不信,我會變魔術(shù),能把一杯很臟很臟的水變得干干凈凈?”同學(xué)們直搖頭,我半信半疑。
正說著,只見施老師拿出一只燒杯,灌了點水,又往水里撒了點土和木屑之類的臟物,輕輕搖晃了幾下,那水就變得又黑又臟。
施老師風(fēng)趣地說:“你們仔細看著,老師開始變魔術(shù)了,這魔術(shù)的名稱叫‘水的凈化’,現(xiàn)在開始第一步——‘沉淀’?!笔├蠋煱褵€(wěn)穩(wěn)當當?shù)胤旁谧烂嫔?。我們不敢有絲毫放松,瞪大眼睛緊盯著燒杯,觀察著水的變化。燒杯里的水正在發(fā)生著微妙的變化,悄悄地進行著兩極分化,只見泥土之類的臟物向杯底下沉,木屑之類的臟物向水面上浮。大約過了十分鐘,臟物完全走向了兩極,中間的水變清澈了。這時施老師小心翼翼地把燒杯里的水倒入另一只燒杯。
我嘟噥著:“真可惜,只除掉了沉在下面的臟物,浮在水面上的怎么就除不掉呢?”施老師接著我的話茬說:“這位同學(xué)說得對,‘沉淀’不是萬能的,它只能除掉那些像泥土之類可以沉在水底的臟物,木屑之類浮在水面的臟物,它就愛莫能助了。請看水的凈化第二步——過濾!”
施老師那鏗鏘有力的話語使我們精神為之一振。只見施老師一邊拿出一張圓形紙片,一邊說:“這可不是一張普通的紙,這是一張濾紙,它神奇得很呢!”聽施老師這么一說,我們更不能懈怠了,我擦了擦眼睛像小貓盯著魚兒似的瞅著老師。只見施老師把濾紙窩成了漏斗形,插入漏斗里并使濾紙緊貼漏斗內(nèi)壁。施老師小心地把燒杯里的水沿著玻璃棒慢慢地倒入漏斗,滲過濾紙流入另一只燒杯的水竟然變得清澈無比?!罢娴暮蒙衿嫜剑 蔽覀凅@訝不已,這時施老師從漏斗里拿出那張濾紙,原來臟物都被濾紙截住了。
“施老師,這水好干凈呢?讓我喝一口吧!”我情不自禁地說。施老師直搖頭說:“不,不,這水表面看起來似乎很干凈,但還有細菌等有害物質(zhì),就得進行水的凈化的第三步——消毒。我們生活中最常用的消毒方法就是把水煮沸,當水溫達到攝氏一百度時絕大部分的有害細菌就會被殺死,那水我們也就可以大膽地喝了?!?/p>
這次實驗,我受益匪淺。我想我們既然能凈化一杯水,那么一定能凈化一桶水、一江水,也一定能凈化整個地球上的水,但愿我們地球上所有的水都干凈起來。
指導(dǎo)教師:黃惠娟
水是人類生活的命脈,城市生活離不開城市供水,飲用水質(zhì)量的好壞關(guān)系著一個國家國民身體的健康,更對國家的發(fā)展有著深遠的影響。隨著時代的不斷進步,人們對飲用水水質(zhì)的要求也在不斷地提高,為適應(yīng)凈水事業(yè)的發(fā)展,有關(guān)部門進行大量科研工作,取得了喜人的成果。但是另一方面,隨著水源污染的日益嚴重,飲用水的凈化問題也成為國家面臨的一項嚴峻的考驗。傳統(tǒng)的液氯消毒雖然投資少,但液氯與水體中的某些天然有機物易形成危害人類健康的鹵化物,因此,尋求替代氯的高效消毒劑成為一段時期來水務(wù)科技工作者的當務(wù)之急,而在眾多的消毒劑中,二氧化氯具有廣譜殺菌能力,具有很強的反應(yīng)活性和氧化能力且其消毒效果不受PH值得影響,并且在凈化過程中基本不生成有害的鹵化物,在發(fā)達國家早已經(jīng)有了普遍的應(yīng)用。我國從九十年代開始在一些中小型水廠相繼實施二氧化氯消毒法,至今已有數(shù)百家水廠實施。
二?二氧化氯的消毒機理
二氧化氯是一種廣譜性的消毒劑,它對微生物的滅活機理原則上與一般氧化劑類消毒劑相同。首先它進入微生物體內(nèi),破壞微生物體內(nèi)的酶和蛋白質(zhì)以達到滅活微生物的目的,但二氧化氯的消毒機理的獨特之處在于:首先,二氧化氯對細胞壁有較強的吸附和穿透能力,特別是在低濃度時更加突出,因此它比一般的消毒劑更易進入微生物體內(nèi),即在同等條件下它對微生物的滅活機會增加;其次,二氧化氯的共軛結(jié)構(gòu)及其獨特的電子轉(zhuǎn)移機制導(dǎo)致它具有較強的氧化能力。
二氧化氯通過兩種機理滅活微生物。一是二氧化氯與微生物體內(nèi)的生物分子反應(yīng),氧化,破壞微生物蛋白質(zhì)中的部分氨基酸,從而通過快速的抑制微生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成來破壞微生物,最終導(dǎo)致微生物的滅活或者死亡。由于細菌、病毒、真菌都是單細胞的低級微生物,其酶系分布于細胞表面,易于受到二氧化氯的攻擊而失活。而人和動物細胞中,酶系位于細胞質(zhì)中,受到外部系統(tǒng)的保護,二氧化氯難以和酶直接接觸,故對人和的危害較小。二是影響微生物的生理功能,破壞微生物的外部細胞膜。最近的文獻報道,二氧化氯明顯改變了微生物外部細胞膜的蛋白質(zhì)和油脂,從而增大了細胞膜的滲透性。
三?二氧化氯凈化飲用水的優(yōu)勢
二氧化氯對病毒和細菌的滅活能力非常好,其殺菌效果不受細胞表面負電性的影響。有研究表明,二氧化氯可能通過單純擴散的方式透過細胞膜,不需要載體蛋白參與,因此二氧化氯的殺菌作用不受細菌的代謝活力影響,這一特點導(dǎo)致二氧化氯幾乎對一切會導(dǎo)致水介傳染病的病原微生物均有很好的滅活效果。
二氧化氯在凈化飲用水時幾乎不產(chǎn)生鹵代消毒副產(chǎn)物。二氧化氯與有機物的反應(yīng)特性導(dǎo)致它與有機物的反應(yīng)類型是氧化而不是取代。盡管二氧化氯在消毒過程中會產(chǎn)生一定的亞氯酸鹽和氯酸鹽,但通常用于消毒的二氧化氯投加量比較低,并且目前也已經(jīng)有控制副產(chǎn)物生成的有效措施,因此二氧化氯的安全性被世界安全組織(WHO)定為AI級。
二氧化氯能氧化去除鐵、錳、硫化物等,提高混凝效果,并且去除率比其他的氧化劑高。在原水含錳量0.60~0.72mg/L、濁度3.30~5.20 NTU、PH值7.0~8.0的條件下,當二氧化氯和液氯的投加量均為6.0 mg/L,它們分別在投加混凝劑的同時、之前10 min、之后20 min投加時發(fā),前者濾后水錳的去除率分別比后者高40.3%、20.37%、2.33%。
二氧化氯可以有效去除由藻類或腐敗生物引起的嗅、味、色,有效去除致臭的氯酚類化合物,除臭效果比氯要好。并且其消毒效果基本不受PH值和氨氮的影響,在黑暗條件下具有較好的穩(wěn)定性,可以保持持續(xù)消毒能力。
四?二氧化氯凈化飲用水的主要問題
研究表明,二氧化氯在凈水過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物主要包括兩部分:一是被其氧化生成的有機副產(chǎn)物,二是本身被還原產(chǎn)生的無機副產(chǎn)物。其中亞氯酸鹽和氯酸鹽為最大的弊病,其中以亞氯酸鹽作用最強。研究人員認為二氧化氯及其副產(chǎn)物的不利影響主要在于它的強氧化性和對人體神經(jīng)系統(tǒng)的毒害作用。并且二氧化氯的發(fā)生器優(yōu)化運行控制有一定的難度,運行不佳時容易導(dǎo)致原料如氯、亞氯酸鹽。氯酸鹽等進入水體,并由此引起更多副產(chǎn)物的形成。
二氧化氯制作成本高,相關(guān)的實驗分析手段還不夠完善。
五?二氧化氯凈化飲用水的研究方向
目前對二氧化氯凈化飲用水技術(shù)的研究主要在三個方面:1、二氧化氯預(yù)氧化技術(shù)。二氧化氯預(yù)氧化可從一定程度上破壞原水的膠體、氧化分解有機物和藻類,減少它們對絮凝過程的干擾,在一定程度上提高常規(guī)處理工藝對污染物質(zhì)的去除效果,在去除水中的天然有機物和其他微污染物質(zhì)上有獨有的功效。2、二氧化氯消毒技術(shù)。早在20世紀40年代,一些學(xué)者就對二氧化氯的滅菌效率進行過探討,但二氧化氯消毒真正被重視和普遍應(yīng)用是在20世紀70年代,人們已經(jīng)認識到氯消毒的自來水中存在的有機鹵代物及其危害性。二氧化氯對絕大多數(shù)細菌和病原微生物的高效率滅活作用和其低危害性值得我們更加深入的研究和開發(fā)。3、二氧化氯有害副產(chǎn)物的生成抑制和去除。二氧化氯凈化飲用水的副產(chǎn)物中由于有機副產(chǎn)物很少,毒害作用小,所以我們應(yīng)當把更多的注意力放在無機副產(chǎn)物上。無論哪種二氧化氯的發(fā)生方法,都不可避免的產(chǎn)生亞氯酸鹽、氯酸鹽等副產(chǎn)物。而隨著對二氧化氯研究的深入,二氧化氯發(fā)生器性能不斷提高,發(fā)生方法不斷改善,二氧化氯的純度在不斷地增加,從而有效的減少了投加二氧化氯產(chǎn)生的有害副產(chǎn)物量。其次是對低濃度二氧化氯及其相關(guān)成分檢測手段還不夠完善,應(yīng)對這方面進行研究與學(xué)習(xí)。
結(jié)語
二氧化氯作為一種新型飲用水消毒劑已越來越受到國家和科研工作者的關(guān)注,它與傳統(tǒng)的消毒劑液氯相比具有一系列的優(yōu)越性。無論是從技術(shù)上還是經(jīng)濟上都是可行的,它在飲用水凈化處理方面的潛力巨大。盡管在發(fā)生和消毒過程中還存在著許多的問題,但是它的優(yōu)勢也不可否認,我們要在將來的研究中降低二氧化氯的發(fā)生成本,減少其副產(chǎn)物的危害,使二氧化氯在飲用水處理中得到廣泛的應(yīng)用
參考文獻:
[1]飲用水二氧化氯凈化技術(shù).張金松.尤作亮.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.12