趙 翠，楊繼富，賈燕南，孫文海

（中國水利水電科學研究院水利研究所，100048，北京）

2005年以來全國開展了大規(guī)模農村飲水安全工程建設，“十一五”期間全國新建集中供水工程22.1萬處，解決了2.21億農村居民飲水安全問題。根據(jù)正在實施的《全國農村飲水安全工程“十二五”規(guī)劃》，“十二五”期間將解決2.98億農村居民和11.4萬所農村學校飲水安全問題，新建集中供水工程20多萬處。由于各地農村飲水安全工程建設任務重、時間緊，普遍存在“重建設、輕管理”問題，其中包括消毒設備運行管理不規(guī)范、檢測評價不正常，不能保證消毒設備正常運行和消毒效果達標，直接影響供水水質微生物指標合格。

2011—2013年，水利部科技推廣計劃重點項目，在東北、華北、華東、中南、西南、西北地區(qū)選取6個省，建成了6個農村供水消毒技術示范縣，包括105處集中供水和分散供水工程。據(jù)調查，在105處工程中，地表水水源工程36處，占34.3%，地下水水源工程69處，占65.7%。其中采用二氧化氯消毒32處 （高純法20處，復合法12處）、次氯酸鈉消毒22處、紫外線消毒31處，臭氧消毒9處，次氯酸鈣消毒6處，液氯消毒的4處，其他方法1處。為保證這些工程消毒設備正常運行、實現(xiàn)消毒效果達標，筆者編制了《農村供水消毒設備運行管理操作規(guī)程》《農村供水消毒技術工程運行監(jiān)測方案》，用于指導示范縣和示范工程應用。在應用過程中，及時發(fā)現(xiàn)問題、聽取意見、修改完善，最終形成了適合農村供水特點、實用性強的消毒設備運行管理與監(jiān)測評價方法。本文簡要介紹四種農村供水常用消毒設備組成和原理，主要總結了農村供水消毒設備運行操作方法及環(huán)境條件要求，提出了消毒效果評價指標、檢測方法和頻率，以期實現(xiàn)農村供水消毒設備正常運行和消毒效果達標。

一、農村供水消毒設備組成與原理

1.次氯酸鈉（鈣）消毒設備

包括次氯酸鈉發(fā)生器、次氯酸鈉溶液投加裝置和次氯酸鈣消毒設備。

（1）次氯酸鈉發(fā)生器

以精制無碘食鹽為原料，主要由鹽水配水裝置、發(fā)生裝置、存儲裝置和投加裝置組成。工作原理：采用無碘食鹽，通過鹽水配制裝置形成飽和食鹽水；然后經軟化水稀釋形成濃度為3%～3.5%的食鹽水，進入電解槽；經電解生成產物濃度為0.7%～0.8%的次氯酸鈉溶液及尾氣氫氣；次氯酸鈉溶液進入存儲裝置，通過投加系統(tǒng)實現(xiàn)定量投加。

（2）次氯酸鈉溶液投加裝置

由溶液存儲裝置和投加裝置組成。存儲裝置用于存放溶液，一般為市售的濃度為10%次氯酸鈉溶液；投加裝置一般由投加泵和計量控制系統(tǒng)組成，能夠實現(xiàn)消毒劑的定量或變量投加。

（3）次氯酸鈣消毒設備

由溶藥裝置和投加裝置組成。溶藥裝置放置固態(tài)次氯酸鈣，經過水緩釋溶解生成次氯酸鈣溶液；投加裝置實現(xiàn)消毒劑定量或變量投加。

2.二氧化氯消毒設備

以化學法現(xiàn)場發(fā)生器最為常用，包括高純型二氧化氯發(fā)生器和復合型二氧化氯發(fā)生器兩種。

（1）高純型二氧化氯發(fā)生器

國內通常采用亞氯酸鈉和鹽酸為原料，主要由原料供給系統(tǒng)、反應系統(tǒng)、吸收裝置、投加裝置和控制系統(tǒng)組成。工作原理：通過供給系統(tǒng)將濃度7.5%的亞氯酸鈉和9%的工業(yè)鹽酸按1∶1的比例送入反應系統(tǒng)，在常溫條件下發(fā)生化學反應，生成氣態(tài)二氧化氯；氣態(tài)二氧化氯由水射器組成的吸收裝置進行吸收后，通過高壓水流負載實現(xiàn)消毒劑的定量投加。

（2）復合型二氧化氯發(fā)生器

國內通常采用氯酸鈉和鹽酸為原料；設備組成與高純型二氧化氯發(fā)生器基本相同，不同點是反應系統(tǒng)需要加熱，使反應釜內溫度達到68℃以上，才能使保證氯酸鈉和鹽酸充分反應。工作原理：通過供給系統(tǒng)將濃度33%的氯酸鈉和31%的工業(yè)鹽酸按1∶1比例送入反應系統(tǒng)，在加熱條件下反應生成氣態(tài)二氧化氯和氯氣；氣態(tài)產物由水射器組成的吸收裝置進行吸收后，通過高壓水流負載實現(xiàn)消毒劑的定量投加。

3.紫外線消毒設備

包括過流壓力式紫外線消毒設備、明渠式紫外線消毒設備、間歇式紫外線消毒設備。

目前農村小型集中供水和聯(lián)戶供水多用過流壓力式，單戶供水多用間歇式紫外線消毒設備。其中過流壓力式紫外線消毒設備，主要由反應系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。反應系統(tǒng)的核心是紫外燈管及其石英套管，常用低壓高強度紫外燈，利用波長253.7 nm的紫外線光波進行殺菌；控制系統(tǒng)主要由電子整流器和時間繼電器等組成。

4.臭氧消毒設備

包括電暈放電法、電解純水法和紫外線照射法臭氧發(fā)生器設備，其中電暈放電法最為常用。

電暈放電法臭氧發(fā)生器主要由制氧系統(tǒng)/儲氣系統(tǒng)、放電系統(tǒng)、汽水混合裝置、投加裝置及控制系統(tǒng)和尾氣排放系統(tǒng)組成。其核心是放電系統(tǒng)，由兩個平行的高壓電極組成，之間平行放入介電體（通常采用硬質玻璃或陶瓷），并保持一定放電間隙。工作原理：當在兩高壓電極間通入高壓交流電時，在放電間隙產生藍紫色電暈放電；當空氣或氧氣通過放電間隙時，氧分子受到電子激發(fā)獲得能量相互發(fā)生碰撞，聚合生成臭氧分子；臭氧氣體經高壓水吸收后，通過投加裝置進行定量投加。

二、農村供水消毒設備操作使用方法與管理

1.消毒設備操作使用方法

正確操作使用消毒設備是保證設備正常運行和消毒效果達標的重要環(huán)節(jié)。為此，要求操作人員要仔細閱讀產品說明書和操作規(guī)程，全面掌握消毒設備的結構和工作原理；在設備啟動前，深入檢查設備是否正常、環(huán)境條件是否滿足運行要求，如電壓、電流、設備進水壓力、液流流量、水泵的沖程和頻率等；設備啟動和運行過程中，應嚴格按照操作規(guī)程步驟和要求，密切關注運行狀況；設備關機或停止運行較長時間時，應按要求進行必要的清洗養(yǎng)護。下面具體介紹幾種消毒設備操作使用方法及注意事項：

（1）氯消毒設備

①次氯酸鈉發(fā)生器配制的鹽水濃度應穩(wěn)定保持在3%～3.5%，以保證穩(wěn)定的電流和生產效率，降低電耗，延長電極使用壽命。

②發(fā)生器進水溫度不應低于10℃，否則影響生產效率和電極壽命。

③發(fā)生器整流器切忌空轉，即電解槽內未注入鹽水時不可開啟整流器，避免高熱損壞電解槽；應經常檢查電解液和冷卻水的流動是否順暢；當電解槽結垢導致槽電壓上升，應及時或定期用稀HCl酸洗，一般為每周1～2次。

④發(fā)生器產物中NaClO溶液具有強氧化性，嚴禁直接接觸；發(fā)生器產物中H2具有易燃易爆性，電解槽及排氣口嚴禁明火。

⑤外購或在用的次氯酸鈉溶液應避光保存，環(huán)境溫度控制在5～40℃。

⑥使用次氯酸鈣投加設備時，應定期檢查溶藥箱內是否有結塊，避免投加器堵塞。

⑦經常檢查與消毒設備連接的各管道接頭的漏液現(xiàn)象，及時進行保養(yǎng)或更換。

（2）二氧化氯消毒設備

①原料應單獨分開存放，如氯酸鈉和鹽酸、亞氯酸鈉和鹽酸均應分開存放，避免發(fā)生接觸和化學反應；氯酸鈉和亞氯酸鈉應放在干燥、通風、避光處，嚴禁與易燃物品混放，嚴禁擠壓、碰撞。

②藥液的配置應稱量，按規(guī)定比例和濃度配置。配制過程必須先加水，然后再緩慢加入原料；禁止使用金屬容器攪拌，當原料灑落地上時務必用清水沖洗干凈。

③配藥時，房間須通風，操作人員須戴手套、防護眼鏡和防護面具。如有大量刺激性氣體產生，務必立即離開現(xiàn)場，待氣體揮散后再操作。

④設備運行期間應經常察看儲藥罐（桶）的液位和計量泵的工作狀況，避免兩種藥液不同步注入；復合型二氧化氯發(fā)生器還應經常查看反應釜的溫度是否保持在68℃以上。

（3）紫外線消毒設備

①工作電壓為220V，切勿接工業(yè)用電，以免電壓過大燒毀燈管；工作水壓應保持在0.6 MPa以下，若壓力過大時需停機，采取降壓措施。

②電控箱應防水防雨，室內溫度要求在5℃以上。設備的進水口、出水口分別采用法蘭與供水管路連通，并設旁通管路，同時安裝截止閥和放空閥，便于維修保養(yǎng)；應備有同型號的紫外線燈管，以保證出現(xiàn)故障或達到使用壽命時及時更換。

③應保持紫外線燈管表面清潔，一般每月用適量清洗劑 （稀鹽酸、檸檬酸）擦拭一次；擦拭時應停機，避免紫外線直接照射對人體造成傷害。

④設備停止運行后，應立即放空設備中的水，避免冰凍造成燈管毀壞。

（4）臭氧消毒設備

①在設備運行中，應經常檢查與設備連接的各種管道的汽水通暢性、閥門啟閉靈活性，檢查反應器的指示燈、電壓、電流是否正常。

②須經常用專用量測儀器檢測室內和水中的臭氧濃度（空氣中臭氧濃度為1～50mg/L，水中臭氧濃度為0.01～1.0mg/L），一旦發(fā)現(xiàn)空氣中臭氧濃度過高和水中臭氧濃度過低時應停機檢修。

③消毒間應保持干燥，利于散熱；發(fā)生器有高壓危險，切勿水沖。

2.消毒設備運行環(huán)境條件與管理

（1）操作人員應經過專業(yè)培訓，持證上崗

要有一定專業(yè)知識，熟練掌握消毒設備性能、工作原理和正確操作使用方法，要定期開展技術培訓與考核。同時要固定操作人員，制定交接班制度，做到有章可循。

（2）水處理達標是消毒的前提條件

消毒的主要目的是去除水中病原性微生物，如果水處理不合格，則直接影響消毒效果，也很難實現(xiàn)出廠水達標。如渾濁度反映水中微生物、懸浮物等微粒態(tài)污染物的多少，其中懸浮物既是微生物附著生長的載體，也是其免受消毒劑滅活的保護體；耗氧量反映水體中還原性物質的多少，還原性物質過多會大量消耗消毒劑，削弱滅菌能力。因此應保證消毒前水質除微生物學指標和消毒劑指標外全部合格，否則應改進和完善水處理措施。

（3）除紫外線消毒設備外，其他類型消毒設備均應單獨設置消毒間，位置靠近投加點

消毒間應有觀察窗、門，處理后的來水有暢通的排水；有照明、通風設施，開關應設置在室外；因消毒劑的密度比空氣大，應在房間下方設置通風孔，并安裝8～12次/h的通風設備。為保證消毒設備正常運行，消毒間室內溫度應控制在5～40℃。寒冷地區(qū)應配備采暖或保溫措施，但要遠離消毒劑制取、投加裝置及管道部分，嚴禁使用火爐等明火。

（4）清水池可為消毒劑與處理水混合創(chuàng)造有利條件

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程規(guī)范技術》（SL 310—2004），清水池的有效容積一般為供水規(guī)模的20%～40%。當清水池容積過小時，不能保證消毒劑與水充分混合時間，需要擴容或新建；清水池容積過大，會使定量投加的消毒劑在池中停留時間過長，消耗增大，致使出廠水消毒劑余量不達標，可采取分格或降低運行水位的方式解決。

（5）為及時掌握消毒設備運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，需要做好設備運行觀測和記錄

每天最少進行2次以上的設備運行情況檢查，包括設備運行是否正常、消毒藥劑是否需要添加、設備與管道的接口、閥門等處是否有滲漏、是否需要維修養(yǎng)護等；設備儀器儀表應按檢定周期進行計量檢定。為評價設備性能、核算消毒成本，還應做好日供水量即消毒水量、耗電量、運行時間、消毒劑投加量、消毒材料用量記錄，以及設備維修養(yǎng)護耗用人工、時間、費用等記錄。

三、農村供水消毒設備運行效果檢測與評價

飲用水消毒的根本目的是殺滅水中的病原菌、預防介水傳染病。因此評價消毒設備運行效果即消毒效果的首要指標是水中微生物指標。消毒劑余量指標用于評價消毒劑投加量合理性，但不是消毒效果好壞的決定指標。此外消毒副產物指標是用于評價消毒的安全性。因此，為全面掌握消毒設備運行效果及其安全性，為指導設備運行和消毒劑量投加，需要對消毒后水中的微生物指標、消毒劑余量和消毒副產物進行檢測和評價。

1.檢測指標

（1）微生物指標

根據(jù) 《生活飲用水標準》（GB 5749—2006），該指標包括菌落總數(shù)、總大腸菌群、耐熱大腸菌群和大腸埃希氏菌。其中菌落總數(shù)表征水質清潔程度，總大腸菌群、耐熱大腸菌群和大腸埃希氏菌指示腸道致病微生物的含量。

（2）消毒劑余量

采用次氯酸鈉和次氯酸鈣消毒時，消毒劑余量檢測余氯含量；采用高純型二氧化氯消毒時檢測二氧化氯余量；采用復合型二氧化氯消毒時，同時檢測二氧化氯余量及余氯含量；采用臭氧消毒時，檢測臭氧余量。紫外線消毒沒有消毒劑余量，只檢測微生物學指標。

（3）消毒副產物

次氯酸鈉（鈣）消毒檢測三鹵甲烷、鹵乙酸；高純型二氧化氯消毒檢測亞氯酸鹽含量；復合型二氧化氯消毒檢測亞氯酸鹽、氯酸鹽和氯消毒副產物；采用臭氧消毒檢測溴酸鹽和甲醛；紫外線消毒副產物未知。按消毒副產物生成情況及危害程度，四種消毒的排序為紫外線＜臭氧≈二氧化氯＜氯。

2.檢測方法

微生物指標、消毒劑余量和副產物指標的檢測方法執(zhí)行《生活飲用水標準檢驗方法》（GB 5750—2006），部分指標可現(xiàn)場檢測。表1給出了實驗室檢測和現(xiàn)場檢測所需主要儀器，用于指導檢測儀器配備。

3.檢測頻率

根據(jù) 《村鎮(zhèn)供水工程技術規(guī)范》（SL 310—2004），消毒效果檢測包括水源水、出廠水和末梢水，各項指標檢測頻率如表2，可根據(jù)供水規(guī)模合理選擇。

根據(jù)上述檢測指標、方法和頻率對消毒效果進行檢測和評價。當檢測結果不合格時，應從消毒設備是否合格、使用操作方法是否正確、運行環(huán)境條件是否具備等方面查找問題和原因，并采取相應措施。

四、展 望

目前全國農村飲水安全工作已進入“建管并重”階段，迫切需要加強消毒設備使用和管理，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，以保證消毒設備正常運行和消毒效果達標，為提高水質合格率、推動和促進供水安全發(fā)揮應有的作用。本文總結形成的農村供水消毒設備運行管理與評價方法已在水利部科技推廣計劃重點項目“農村飲水安全消毒集成技術的推廣應用”示范工程中應用，可有效提高農村供水消毒設備運行管理水平，顯著提高水質合格率。

表1 水質檢測方法及主要儀器表

表2 水質指標檢驗頻率

[1]國家發(fā)展改革委，水利部，衛(wèi)生部，環(huán)境保護部．全國農村飲水安全工程“十二五”規(guī)劃 [R]．2012.

[2]馮廣志，鞠茂森，張漢松，等.村鎮(zhèn)水廠運行管理 [M]．北京：中國水利水電出版社，2014.

[3] 金銀龍，鄂學禮，張嵐．GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》釋義[M]．北京：中國標準出版社，2007.

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