农村供水消毒技术及设备选择方法与标准

贾燕南，杨继富，赵 翠，丁昆仑

（中国水利水电科学研究院水利研究所，100048，北京）

水体污染加剧和水源保护不到位导致微生物污染，成为我国农村饮用水水源污染的主要类型。依靠现有的水处理措施，水源中微生物及有机物无法被有效去除，致使供水管网系统中生物不稳定性较高。必须经消毒灭菌，同时保留部分消毒剂余量，以防御出厂水在输配水管道中微生物再次繁殖。然而由于认识、技术、设备、管理等原因，消毒一直是农村供水的薄弱环节。

2011—2013年，笔者在我国华北、东部、华东、中南、西南、西北地区的6个省（自治区）80处，对农村供水工程的消毒技术及设备的选用和运行状况进行了深入调查。结果显示：配有消毒设备的工程53处，占66.2%；其中二氧化氯消毒设备45处，占84.9%，占绝大多数，属于复合型二氧化氯发生器的44处，占97.8%；其中发生器反应釜加热温度不达标的不合格品38处，占86.4%。也就是说，多数农村供水工程没有根据自身特点选用适宜的消毒技术及设备，而是普遍选购价格低、产品质量却不合格的复合型二氧化氯发生器。

由此可见，消毒技术及设备选择不当是目前农村供水工程消毒效果不佳的问题所在。分析原因：一是工程设计单位未对选用的消毒技术及设备类型进行充分论证；二是设备生产企业片面宣传和推销一定程度上误导了采购者；三是工程建设单位未掌握适宜农村供水的消毒技术，设备采购过程中未对消毒设备生产企业的资质、技术实力进行充分考察比选，不清楚消毒设备的产品标准和衡量设备优劣性的性能指标，缺乏入场设备的性能检验。

针对上述问题，本文简要介绍了适宜农村供水工程的消毒技术及设备的特点、使用条件，重点归纳总结了消毒技术及设备的选择方法与标准，为行业主管部门、工程建设和设计单位正确选用适宜、合格的消毒技术及设备提供技术依据和参考。

一、适宜农村供水消毒技术及设备

目前应用较为广泛的消毒技术有四类，包括：氯消毒（包括液氯、次氯酸钠、次氯酸钙等）、二氧化氯消毒、紫外线消毒和臭氧消毒。

1908年，美国首先将氯用于饮用水消毒，迄今液氯在美国、欧洲、日本和我国城市水厂中应用最为广泛，我国农村供水工程应用较少。由于液氯存储和运输的要求较高，次氯酸钠消毒应运而生，包括次氯酸钠现场发生器和直接投加成品次氯酸钠溶液。从我国上海城市水厂三年以上的运行效果看，次氯酸钠代替液氯消毒的消毒副产物含量有所降低，农村水厂也逐渐开始应用次氯酸钠消毒。传统粉末状次氯酸钙（包括漂白粉、漂粉精等）消毒剂有效氯含量低、废渣多、溶解困难，已逐渐被淘汰；以次氯酸钙为有效消毒成分的新型片状复配消毒剂有效氯含量高、易溶解、运输和储存方便，开始在饮用水消毒中应用。

由于氯消毒不能有效控制隐孢子虫和贾第虫，而且在原水有机物含量较高时易造成氯代消毒副产物超标，20世纪70年代，二氧化氯开始在饮用水消毒领域应用，一般是采用二氧化氯发生器。根据原料和产物不同分为高纯型和复合型二氧化氯发生器。欧洲、日本等发达国家通常采用高纯型二氧化氯发生器，包括二元法和三元法。近年来二元法高纯型二氧化氯发生器开始在我国城乡供水消毒中推广应用，其原料为亚氯酸钠和盐酸，产物主要是二氧化氯。如前所述，复合型二氧化氯发生器在我国农村供水中应用最多，其原料为氯酸钠和盐酸，其产物既有二氧化氯也有氯。

1965年紫外线消毒处理在客船饮水中得到认可。目前我国紫外线消毒技术主要用于单村供水和分散供水消毒。在小型供水工程应用最多的是过流压力式紫外线消毒设备，在单户或联户供水工程应用的是间歇式紫外线消毒设备。

臭氧消毒最早在荷兰应用，1987年美国有5个水厂采用臭氧氧化工艺，1993年臭氧作为水处理的预氧化在国内外广泛应用。我国农村供水工程中采用臭氧消毒的可见于北京、河北、江苏等地区的单村供水工程。臭氧消毒采用臭氧发生器现场制备，类型主要包括以空气或纯氧为原料的电晕放电法臭氧发生器和以纯水为原料的电解纯水法臭氧发生器，但后者产量较小、臭氧不易收集，工程应用中以前者为主。

表1 适宜农村供水消毒技术及设备的比较

总之，氯消毒和二氧化氯消毒已在国内外饮用水消毒中广泛应用，技术已经成熟。紫外线和臭氧消毒技术开始应用，但技术工艺的成熟性、经济性有待进一步研究和完善。

基于对国内外饮用水消毒技术及设备的研究分析，结合对我国农村供水工程消毒技术及设备应用情况的调研评价与示范应用，本文推荐4种适宜农村供水工程消毒技术，即次氯酸钠、二氧化氯、紫外线和臭氧消毒技术。有关4种消毒技术及设备的适用条件、要求及设备性能、特点对比等，具体见表1。

二、农村供水工程中消毒技术及设备的选择

1.农村供水工程消毒技术及设备的选择

（1）消毒技术及设备选择需要考虑的主要因素

农村供水工程在选择消毒技术及设备时应重点考虑的因素包括以下五点：①制取工艺是否简单方便，原料购置是否方便。②是否具备好的消毒效果，能适应一定的水质条件变化，且有一定持续消毒能力。③消毒设备及运行成本是否可接受。④消毒剂投加量是否易控制，消毒剂余量是否易检测以评判消毒效果。⑤原料及产物的运输、储存是否安全。

事实上，目前尚无任何一种消毒技术在以上五方面同时具备优势。这就需要结合供水工程特点 （水源类型、原水水质特点、供水规模、管网条件、管理水平等）和各种消毒技术的适用条件和优缺点（原料购买方便程度、运行成本等），进行技术经济综合比较，客观评价筛选适宜的消毒技术及设备。

（2）消毒技术及设备类型选择建议

①适度规模 （供水规模200 m3/d以上）的农村集中供水工程优先选择次氯酸钠或二氧化氯消毒技术及设备，以保证管网末梢消毒效果达标。

表2 水泵（或管道）最大流量与紫外灯功率选择的关系

原水水质较好、pH值不超过8.0时，可选择次氯酸钠消毒技术，优先选用现场发生制取次氯酸钠溶液的次氯酸钠发生器，其原料是食盐，价格低，采购方便，且运行成本低。

原水pH值超过8.0，或水质较差、需要氧化处理时，可选择二氧化氯消毒技术。设备类型建议，中小型农村供水工程优先选用二元法高纯型二氧化氯发生器，主要具有设备内部结构简单、反应无需加热、产物纯度高的优点；对于规模较大的农村供水工程，可选用产品性能好、运行成本相对较低的复合型二氧化氯发生器或三元法高纯型二氧化氯发生器。建议购置消毒设备时由供应厂家向供水工程提供原料或稳定可靠的原料采购渠道。

②供水管网较短的农村小型集中供水及分散供水工程可选择紫外线、臭氧消毒，或成品消毒剂（次氯酸钠、次氯酸钙等）投加方式消毒。

a.当供水规模不大（200m3/d以下）时，如能采购到符合《次氯酸钠溶液》（GB 19106）标准的商品次氯酸钠溶液，可优先采用次氯酸钠溶液投加装置，简便实用。

b.边远山区、管理条件差的水厂，可优先选用次氯酸钙及其投加装置。

c.供水管网最远端末梢距离水厂不超过1.2km时，可优先选用紫外线消毒设备，例如农村学校等。但由于紫外线消毒对于原水水质要求高，且无持续消毒效果，建议选用前对原水的透光率和可生物同化有机碳AOC进行测试，建议原水透光率较高（90%以上），AOC 较低（180μg/L 以下）时选用。

d.原水溴离子浓度较低、pH值较低、管网较短、采用塑料管材、能接受较高运行成本的单村供水工程可选用臭氧消毒设备。选用前对原水的溴离子和耗氧量指标进行检测：当溴离子浓度＞20 μg/L时，建议先进行臭氧投加试验检测副产物溴酸盐生成情况；当耗氧量＞3 mg/L，应注意检测溴代有机消毒副产物。

2.农村供水工程消毒设备选择与购置

（1）消毒设备规格确定

农村供水工程选用次氯酸钠、二氧化氯或臭氧消毒设备时，可根据日供水量、日供水时间、供水时变化系数、消毒剂投加量计算所需设备的产量，选择合适规格的消毒设备。计算公式为：

式中，L为所需设备产量（g/h），Q为设计日供水量 （m3/d），T为日供水时间（h），A为消毒剂投加量（g/m3），ε 为供水时变化系数。

消毒剂投加量A应根据入清水池水的消毒剂消耗试验结果来确定。在供水工程设计阶段，可按如下情况进行取值：如为次氯酸钠发生器，取1～2mg/L；如为二氧化氯发生器，取1 mg/L；如为臭氧发生器，取0.3～0.6 mg/L；当水源水质较好时，取低值，当水源水质较差时，取高值，具体可参照类似水厂的经验确定。

农村供水工程选用紫外线消毒设备规格时，应先确定水泵（或管道）的最大流量，然后可按表2选择紫外灯功率，确保过流水中紫外线有效剂量不低于40mJ/cm2。

（2）消毒设备采购程序和标准

确定设备的类型及规格后，需要选择合格的产品，注意事项包括：①消毒设备采购应遵循招标投标程序，选择技术实力强、产品性能佳、售后服务好的设备生产厂家。②现场发生的消毒设备应取得涉水产品卫生许可批件，优先选用行业主管部门推荐或经过水利行业产品认证的产品。③有质量监督部门的质量检测报告，产品或其关键部件符合相关技术标准要求。④设备类型及规格、性能标识清楚，产品说明书、操作规程及维护要点等配套齐全。

供水工程建设单位在采购消毒设备时，需要注意各种类型的消毒设备应符合的技术标准和要求，具体如下。

①次氯酸钠发生器。应符合《环境保护产品技术要求电解法次氯酸钠发生器》（HJ/T258—2006）、《次氯酸钠发生器安全卫生标准》（GB 28233—2011）的要求。

发生器阳极不得采用石墨电极和二氧化铅涂层，阳极寿命强化试验失效时间应≥15 h。每生产1 kg有效氯，交流电耗≤7kWh，盐耗≤4kg。次氯酸钠溶液储液箱的有效容积应大于设备满负荷运行4 h所产生的次氯酸钠溶液体积。储药箱中的次氯酸钠溶液有效氯浓度应达到0.7%～0.8%；重金属铅（Pb）≤0.05 mg/L、铜（Cu）含量≤1.0mg/L、镉（Cd）≤0.01mg/L。

②二氧化氯发生器。应符合《二氧化氯消毒剂发生器安全与卫生标准》（GB 28931—2012），复合型二氧化氯发生器还应遵循《化学法复合二氧化氯发生器》（GB/T 20621—2006）、《化学法二氧化氯消毒剂发生器》（HJ/T 272—2006）的要求。

复合型二氧化氯发生器反应釜应采用聚四氟乙烯或钛材，不能采用PVC、UPVC等材料，反应釜加热温度应能达到70℃，设备具有残液分离功能，出口溶液中二氧化氯与氯气的质量比值应≥0.9，二氧化氯收率应≥0.55。高纯型二氧化氯发生器出口溶液中二氧化氯纯度应≥85%，二氧化氯收率应≥0.7。

③紫外线消毒设备。应符合《生活饮用水紫外线消毒器》(CJ/T 204—2000)，《城市给排水紫外线消毒设备》（GB/T 19857—2005）的要求；此外，紫外灯及整流器应分别符合《紫外线杀菌灯》（GB 19258—2003）、《管型荧光灯用交流电子整流器一般要求和安全要求》（GB 15143—1994）。

紫外线灯管和套管都应是以天然水晶为原料的石英玻璃，不能是普通高硼砂玻璃，紫外灯管平均寿命≥5 000 h，紫外线 C（波长 253.7 nm）穿透率应≥0.85。设备的控制应与供水水泵机组联动，最好能对石英套管进行清洗、记录累计开机时间。

④臭氧消毒设备。应符合《水处理用臭氧发生器》（CJ/T 322—2010）、《环境保护产品技术要求—臭氧发生器》（HJ/T264—2006）、《臭氧发生器安全卫生标准》（GB28232—2011）的要求。

发生器的出气浓度≥8 mg/L，放电方式最好是间隙放电式而非开放式，冷却剂最好是水而非空气，每生产1 kg臭氧的冷却水消耗量≤1.5×103kg。发生器寿命≥20 000 h；无故障工作时间累计≥8000h。发生器尾气不得直接排放，处理后排放臭氧浓度≤0.16 mg/m3。

（3）消毒设备到货验收

验收人员首先应检查设备铭牌、标识及产品说明信息是否规范、齐全：次氯酸钠发生器应标明有效氯产量，二氧化氯发生器应标明类型（复合型还是高纯型）、产量、原料要求等，紫外线消毒设备应标明处理水量、紫外灯管使用寿命等。臭氧消毒设备应标明类型 （电晕法还是电解法）、产量等。所有产品都应配有产品说明、操作规程（包括日常维护及安全使用注意事项）、售后服务承诺等。

其次，验收人员应要求厂家技术人员尽快到达现场进行安装调试，检测出厂水、末梢水的消毒剂余量、微生物指标，确保符合生活饮用水卫生标准的要求。

供水规模较大、管理条件较好的供水工程具备条件时，可对消毒设备性能进行验证。如采用次氯酸钠发生器，观察次氯酸钠溶液储药箱中的次氯酸钠溶液是否清澈透明，检测有效氯浓度是否能达到0.7%～0.8%。如采用复合型二氧化氯发生器，检测发生器出口溶液中二氧化氯与氯气的质量比值是否能达到0.9以上。

三、结 语

农村供水工程选择适宜的消毒技术及设备并非易事，在消毒技术选择和产品质量方面严格把关非常重要。选择适宜农村供水工程实际条件的消毒技术及设备，是确保消毒设备能够正常运行、消毒效果达标的先决条件。本文结合多地农村供水工程的实践经验，总结分析了其中的方法与标准，并在水利部科技推广计划项目“农村饮水安全工程消毒集成技术的推广应用”所在示范工程中，进行了初步应用探索，取得了较好的效果，可供各级水行政主管部门及供水工程管理单位参考借鉴。

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