农村供水消毒设备运行管理与检测评价方法

赵 翠，杨继富，贾燕南，孙文海

（中国水利水电科学研究院水利研究所，100048，北京）

2005年以来全国开展了大规模农村饮水安全工程建设，“十一五”期间全国新建集中供水工程22.1万处，解决了2.21亿农村居民饮水安全问题。根据正在实施的《全国农村饮水安全工程“十二五”规划》，“十二五”期间将解决2.98亿农村居民和11.4万所农村学校饮水安全问题，新建集中供水工程20多万处。由于各地农村饮水安全工程建设任务重、时间紧，普遍存在“重建设、轻管理”问题，其中包括消毒设备运行管理不规范、检测评价不正常，不能保证消毒设备正常运行和消毒效果达标，直接影响供水水质微生物指标合格。

2011—2013年，水利部科技推广计划重点项目，在东北、华北、华东、中南、西南、西北地区选取6个省，建成了6个农村供水消毒技术示范县，包括105处集中供水和分散供水工程。据调查，在105处工程中，地表水水源工程36处，占34.3%，地下水水源工程69处，占65.7%。其中采用二氧化氯消毒32处 （高纯法20处，复合法12处）、次氯酸钠消毒22处、紫外线消毒31处，臭氧消毒9处，次氯酸钙消毒6处，液氯消毒的4处，其他方法1处。为保证这些工程消毒设备正常运行、实现消毒效果达标，笔者编制了《农村供水消毒设备运行管理操作规程》《农村供水消毒技术工程运行监测方案》，用于指导示范县和示范工程应用。在应用过程中，及时发现问题、听取意见、修改完善，最终形成了适合农村供水特点、实用性强的消毒设备运行管理与监测评价方法。本文简要介绍四种农村供水常用消毒设备组成和原理，主要总结了农村供水消毒设备运行操作方法及环境条件要求，提出了消毒效果评价指标、检测方法和频率，以期实现农村供水消毒设备正常运行和消毒效果达标。

一、农村供水消毒设备组成与原理

1.次氯酸钠（钙）消毒设备

包括次氯酸钠发生器、次氯酸钠溶液投加装置和次氯酸钙消毒设备。

（1）次氯酸钠发生器

以精制无碘食盐为原料，主要由盐水配水装置、发生装置、存储装置和投加装置组成。工作原理：采用无碘食盐，通过盐水配制装置形成饱和食盐水；然后经软化水稀释形成浓度为3%～3.5%的食盐水，进入电解槽；经电解生成产物浓度为0.7%～0.8%的次氯酸钠溶液及尾气氢气；次氯酸钠溶液进入存储装置，通过投加系统实现定量投加。

（2）次氯酸钠溶液投加装置

由溶液存储装置和投加装置组成。存储装置用于存放溶液，一般为市售的浓度为10%次氯酸钠溶液；投加装置一般由投加泵和计量控制系统组成，能够实现消毒剂的定量或变量投加。

（3）次氯酸钙消毒设备

由溶药装置和投加装置组成。溶药装置放置固态次氯酸钙，经过水缓释溶解生成次氯酸钙溶液；投加装置实现消毒剂定量或变量投加。

2.二氧化氯消毒设备

以化学法现场发生器最为常用，包括高纯型二氧化氯发生器和复合型二氧化氯发生器两种。

（1）高纯型二氧化氯发生器

国内通常采用亚氯酸钠和盐酸为原料，主要由原料供给系统、反应系统、吸收装置、投加装置和控制系统组成。工作原理：通过供给系统将浓度7.5%的亚氯酸钠和9%的工业盐酸按1∶1的比例送入反应系统，在常温条件下发生化学反应，生成气态二氧化氯；气态二氧化氯由水射器组成的吸收装置进行吸收后，通过高压水流负载实现消毒剂的定量投加。

（2）复合型二氧化氯发生器

国内通常采用氯酸钠和盐酸为原料；设备组成与高纯型二氧化氯发生器基本相同，不同点是反应系统需要加热，使反应釜内温度达到68℃以上，才能使保证氯酸钠和盐酸充分反应。工作原理：通过供给系统将浓度33%的氯酸钠和31%的工业盐酸按1∶1比例送入反应系统，在加热条件下反应生成气态二氧化氯和氯气；气态产物由水射器组成的吸收装置进行吸收后，通过高压水流负载实现消毒剂的定量投加。

3.紫外线消毒设备

包括过流压力式紫外线消毒设备、明渠式紫外线消毒设备、间歇式紫外线消毒设备。

目前农村小型集中供水和联户供水多用过流压力式，单户供水多用间歇式紫外线消毒设备。其中过流压力式紫外线消毒设备，主要由反应系统和控制系统组成。反应系统的核心是紫外灯管及其石英套管，常用低压高强度紫外灯，利用波长253.7 nm的紫外线光波进行杀菌；控制系统主要由电子整流器和时间继电器等组成。

4.臭氧消毒设备

包括电晕放电法、电解纯水法和紫外线照射法臭氧发生器设备，其中电晕放电法最为常用。

电晕放电法臭氧发生器主要由制氧系统/储气系统、放电系统、汽水混合装置、投加装置及控制系统和尾气排放系统组成。其核心是放电系统，由两个平行的高压电极组成，之间平行放入介电体（通常采用硬质玻璃或陶瓷），并保持一定放电间隙。工作原理：当在两高压电极间通入高压交流电时，在放电间隙产生蓝紫色电晕放电；当空气或氧气通过放电间隙时，氧分子受到电子激发获得能量相互发生碰撞，聚合生成臭氧分子；臭氧气体经高压水吸收后，通过投加装置进行定量投加。

二、农村供水消毒设备操作使用方法与管理

1.消毒设备操作使用方法

正确操作使用消毒设备是保证设备正常运行和消毒效果达标的重要环节。为此，要求操作人员要仔细阅读产品说明书和操作规程，全面掌握消毒设备的结构和工作原理；在设备启动前，深入检查设备是否正常、环境条件是否满足运行要求，如电压、电流、设备进水压力、液流流量、水泵的冲程和频率等；设备启动和运行过程中，应严格按照操作规程步骤和要求，密切关注运行状况；设备关机或停止运行较长时间时，应按要求进行必要的清洗养护。下面具体介绍几种消毒设备操作使用方法及注意事项：

（1）氯消毒设备

①次氯酸钠发生器配制的盐水浓度应稳定保持在3%～3.5%，以保证稳定的电流和生产效率，降低电耗，延长电极使用寿命。

②发生器进水温度不应低于10℃，否则影响生产效率和电极寿命。

③发生器整流器切忌空转，即电解槽内未注入盐水时不可开启整流器，避免高热损坏电解槽；应经常检查电解液和冷却水的流动是否顺畅；当电解槽结垢导致槽电压上升，应及时或定期用稀HCl酸洗，一般为每周1～2次。

④发生器产物中NaClO溶液具有强氧化性，严禁直接接触；发生器产物中H2具有易燃易爆性，电解槽及排气口严禁明火。

⑤外购或在用的次氯酸钠溶液应避光保存，环境温度控制在5～40℃。

⑥使用次氯酸钙投加设备时，应定期检查溶药箱内是否有结块，避免投加器堵塞。

⑦经常检查与消毒设备连接的各管道接头的漏液现象，及时进行保养或更换。

（2）二氧化氯消毒设备

①原料应单独分开存放，如氯酸钠和盐酸、亚氯酸钠和盐酸均应分开存放，避免发生接触和化学反应；氯酸钠和亚氯酸钠应放在干燥、通风、避光处，严禁与易燃物品混放，严禁挤压、碰撞。

②药液的配置应称量，按规定比例和浓度配置。配制过程必须先加水，然后再缓慢加入原料；禁止使用金属容器搅拌，当原料洒落地上时务必用清水冲洗干净。

③配药时，房间须通风，操作人员须戴手套、防护眼镜和防护面具。如有大量刺激性气体产生，务必立即离开现场，待气体挥散后再操作。

④设备运行期间应经常察看储药罐（桶）的液位和计量泵的工作状况，避免两种药液不同步注入；复合型二氧化氯发生器还应经常查看反应釜的温度是否保持在68℃以上。

（3）紫外线消毒设备

①工作电压为220V，切勿接工业用电，以免电压过大烧毁灯管；工作水压应保持在0.6 MPa以下，若压力过大时需停机，采取降压措施。

②电控箱应防水防雨，室内温度要求在5℃以上。设备的进水口、出水口分别采用法兰与供水管路连通，并设旁通管路，同时安装截止阀和放空阀，便于维修保养；应备有同型号的紫外线灯管，以保证出现故障或达到使用寿命时及时更换。

③应保持紫外线灯管表面清洁，一般每月用适量清洗剂 （稀盐酸、柠檬酸）擦拭一次；擦拭时应停机，避免紫外线直接照射对人体造成伤害。

④设备停止运行后，应立即放空设备中的水，避免冰冻造成灯管毁坏。

（4）臭氧消毒设备

①在设备运行中，应经常检查与设备连接的各种管道的汽水通畅性、阀门启闭灵活性，检查反应器的指示灯、电压、电流是否正常。

②须经常用专用量测仪器检测室内和水中的臭氧浓度（空气中臭氧浓度为1～50mg/L，水中臭氧浓度为0.01～1.0mg/L），一旦发现空气中臭氧浓度过高和水中臭氧浓度过低时应停机检修。

③消毒间应保持干燥，利于散热；发生器有高压危险，切勿水冲。

2.消毒设备运行环境条件与管理

（1）操作人员应经过专业培训，持证上岗

要有一定专业知识，熟练掌握消毒设备性能、工作原理和正确操作使用方法，要定期开展技术培训与考核。同时要固定操作人员，制定交接班制度，做到有章可循。

（2）水处理达标是消毒的前提条件

消毒的主要目的是去除水中病原性微生物，如果水处理不合格，则直接影响消毒效果，也很难实现出厂水达标。如浑浊度反映水中微生物、悬浮物等微粒态污染物的多少，其中悬浮物既是微生物附着生长的载体，也是其免受消毒剂灭活的保护体；耗氧量反映水体中还原性物质的多少，还原性物质过多会大量消耗消毒剂，削弱灭菌能力。因此应保证消毒前水质除微生物学指标和消毒剂指标外全部合格，否则应改进和完善水处理措施。

（3）除紫外线消毒设备外，其他类型消毒设备均应单独设置消毒间，位置靠近投加点

消毒间应有观察窗、门，处理后的来水有畅通的排水；有照明、通风设施，开关应设置在室外；因消毒剂的密度比空气大，应在房间下方设置通风孔，并安装8～12次/h的通风设备。为保证消毒设备正常运行，消毒间室内温度应控制在5～40℃。寒冷地区应配备采暖或保温措施，但要远离消毒剂制取、投加装置及管道部分，严禁使用火炉等明火。

（4）清水池可为消毒剂与处理水混合创造有利条件

根据《村镇供水工程规范技术》（SL 310—2004），清水池的有效容积一般为供水规模的20%～40%。当清水池容积过小时，不能保证消毒剂与水充分混合时间，需要扩容或新建；清水池容积过大，会使定量投加的消毒剂在池中停留时间过长，消耗增大，致使出厂水消毒剂余量不达标，可采取分格或降低运行水位的方式解决。

（5）为及时掌握消毒设备运行状况，及时发现问题和解决问题，需要做好设备运行观测和记录

每天最少进行2次以上的设备运行情况检查，包括设备运行是否正常、消毒药剂是否需要添加、设备与管道的接口、阀门等处是否有渗漏、是否需要维修养护等；设备仪器仪表应按检定周期进行计量检定。为评价设备性能、核算消毒成本，还应做好日供水量即消毒水量、耗电量、运行时间、消毒剂投加量、消毒材料用量记录，以及设备维修养护耗用人工、时间、费用等记录。

三、农村供水消毒设备运行效果检测与评价

饮用水消毒的根本目的是杀灭水中的病原菌、预防介水传染病。因此评价消毒设备运行效果即消毒效果的首要指标是水中微生物指标。消毒剂余量指标用于评价消毒剂投加量合理性，但不是消毒效果好坏的决定指标。此外消毒副产物指标是用于评价消毒的安全性。因此，为全面掌握消毒设备运行效果及其安全性，为指导设备运行和消毒剂量投加，需要对消毒后水中的微生物指标、消毒剂余量和消毒副产物进行检测和评价。

1.检测指标

（1）微生物指标

根据 《生活饮用水标准》（GB 5749—2006），该指标包括菌落总数、总大肠菌群、耐热大肠菌群和大肠埃希氏菌。其中菌落总数表征水质清洁程度，总大肠菌群、耐热大肠菌群和大肠埃希氏菌指示肠道致病微生物的含量。

（2）消毒剂余量

采用次氯酸钠和次氯酸钙消毒时，消毒剂余量检测余氯含量；采用高纯型二氧化氯消毒时检测二氧化氯余量；采用复合型二氧化氯消毒时，同时检测二氧化氯余量及余氯含量；采用臭氧消毒时，检测臭氧余量。紫外线消毒没有消毒剂余量，只检测微生物学指标。

（3）消毒副产物

次氯酸钠（钙）消毒检测三卤甲烷、卤乙酸；高纯型二氧化氯消毒检测亚氯酸盐含量；复合型二氧化氯消毒检测亚氯酸盐、氯酸盐和氯消毒副产物；采用臭氧消毒检测溴酸盐和甲醛；紫外线消毒副产物未知。按消毒副产物生成情况及危害程度，四种消毒的排序为紫外线＜臭氧≈二氧化氯＜氯。

2.检测方法

微生物指标、消毒剂余量和副产物指标的检测方法执行《生活饮用水标准检验方法》（GB 5750—2006），部分指标可现场检测。表1给出了实验室检测和现场检测所需主要仪器，用于指导检测仪器配备。

3.检测频率

根据 《村镇供水工程技术规范》（SL 310—2004），消毒效果检测包括水源水、出厂水和末梢水，各项指标检测频率如表2，可根据供水规模合理选择。

根据上述检测指标、方法和频率对消毒效果进行检测和评价。当检测结果不合格时，应从消毒设备是否合格、使用操作方法是否正确、运行环境条件是否具备等方面查找问题和原因，并采取相应措施。

四、展 望

目前全国农村饮水安全工作已进入“建管并重”阶段，迫切需要加强消毒设备使用和管理，及时发现和解决问题，以保证消毒设备正常运行和消毒效果达标，为提高水质合格率、推动和促进供水安全发挥应有的作用。本文总结形成的农村供水消毒设备运行管理与评价方法已在水利部科技推广计划重点项目“农村饮水安全消毒集成技术的推广应用”示范工程中应用，可有效提高农村供水消毒设备运行管理水平，显著提高水质合格率。

表1 水质检测方法及主要仪器表

表2 水质指标检验频率

[1]国家发展改革委，水利部，卫生部，环境保护部．全国农村饮水安全工程“十二五”规划 [R]．2012.

[2]冯广志，鞠茂森，张汉松，等.村镇水厂运行管理 [M]．北京：中国水利水电出版社，2014.

[3] 金银龙，鄂学礼，张岚．GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》释义[M]．北京：中国标准出版社，2007.

[4]胡孟，等.村镇供水工程管理规程[S]．北京：中国水利水电出版社，2013.