次氯酸钠在自来水消毒中的应用效果及影响因素研究

引言：为保证城市供水安全，做好公共卫生管理要努力做到把好水质最后一道防线，在管网规模与末端水质不断变化时，在保证能够获得连续有效的微生物控制的同时减少消毒副产物，成为了目前关注的重点问题。次氯酸钠由于具有缓释特性、良好的杀菌效果、低廉的成本等特点被应用于自来水消毒中。研究较多是对单一因素对灭菌性能的影响的研究，而较少对全流程消毒效果及各因素协同影响的总结性研究。

一、次氯酸钠在自来水消毒中的应用效果

1、微生物灭活速率与动力学特征

作为一种高效消毒剂，次氯酸钠的杀菌作用主要是由水中的次氯酸分子所起到的作用。具有强烈的氧化性，次氯酸能通过穿破细菌、病毒及原虫等病原体的细胞壁或包膜而使它们失去活性，从而达到彻底杀灭的目的。同时还能将胞内蛋白酶、DNA 酶等重要酶类氧化失活以及破坏胞内 DNA 等遗传物质功能，致使微生物发生不可逆地损伤和死亡。常使用加氯浓度 (0.5～1.0mg/L) ，在 30s时可以达到 99.999% 以上的灭活率，并且存在明显浓度 - 时间关系。其次氯酸钠对不同种类的不同形态结构的微生物，比如无包膜病毒（噬菌体）、肠杆菌属沙门氏菌都具有高效的灭活能力。但是由于次氯酸钠本身的不稳定性和受消毒时间以及投加量的影响，灭活动力学从开始灭活时的对数线性方程转变为多个动力学方程，即在一定的范围内可能产生一些耐药或者有保护作用的微生物亚群。

2、余氯稳定性与管网持效性

保持一定浓度的游离余氯是抑制管网微生物再生以及管网二次污染的前提条件，在管网中添加次氯酸钠之后形成的游离次氯酸与水中腐殖质、铁锈、管道生物膜等多种物质发生化学反应，最后导致余氯衰减。实验表明，在水管内流动时以流速大于 0.3m/s 的速度继续输送，经过 50 公里管道输送到用户的管道末端余氯可以维持在 60% 以上。但如果该管道处于静水区或者速度低于流速的死角，则余氯迅速耗尽而小于检测下限，成为管网死角。余氯衰减不仅受到水力影响，而且和水温有关。水温越低，次氯酸的分解及反应速率就越慢，余氯就越稳定，从而达到改善输配端水质的效果。针对以上情况，现代给水系统的投放点不是固定的单一来源点，而是变身为采用多点分段投加方式与在线监测方式相结合的方式来分别进行投放，并根据采样结果及时做出定量或定位上的调整。

3、有机物降解与消毒副产物生成

自来水中有天然有机物，这些天然有机物经过次氯酸钠消毒之后会产生消毒副产物。因为次氯酸钠可以氧化天然有机物，会使一些复杂的有机物被断开，或者重新组合形成，如三氯甲烷、溴酸盐等潜在危害物质。实验表明，投加浓度和接触时间都会影响消毒副产物形成量，在投加浓度 <0.5mg/L 并且接触时间较短的条件时，即可满足杀灭微生物的要求并能使三氯甲烷浓度维持在 20μg/ L 以下；投加浓度 >1.2mg/L 后，消毒副产物生成量急剧上升，多数指标超过安全限值，并且会增加居民的暴露风险。同时不同水源中天然有机物组成存在较大差异，芳香族和卤素含量高的水更容易产生消毒副产物 , 采用先进预滤技术和间歇投加技术均能够减少有效氯和NOM 接触，从而减缓消毒副产物积累。

4、末梢水感官与安全性评价

次氯酸钠用作自来水消毒剂时，末梢水中感官指标表现良好，合理控制余氯在 ⩾0.05mg/L 范围，末梢水色度一般小于 5 度，浑浊度小于 0.5NTU, 符合GB/T5750-2023 水质国家卫生标准。感官评价结果表明 90% 以上的人群不能感觉到水中有明显的氯味，能够达到饮用水的口感要求。由于次氯酸钠有相对稳定的释放性能以及适当的余氯量可以抑制水中氯味物质产生等原因，因此，经次氯酸钠消毒后即使不能做到色、嗅、味全部合格，但是可以减轻水质对人的生理上的刺激程度。大量的长期毒理学研究表明，只要按照规定投加量，游离氯残留量不会产生致癌或慢性毒性危害。同时供水系统会通过自动化在线检测仪器定时采集末端水余氯、浊度、微生物等各项指标，及时反映水质状况变化并反馈调控，使得整个消毒过程实现了智能化管理，确保居民饮水安全、稳定。

二、次氯酸钠自来水消毒效果的影响因素分析

1、水质理化参数

水体中理化性质对次氯酸钠的消毒效果有很大影响， pH 值的变化会直接影响游离次氯酸与次氯酸根离子的比例。pH 越小，游离次氯酸所占比例越大，其氧化、杀菌能力就越强；而当 pH 值较高时，次氯酸根离子占优势，而它的活性比较差，因此消毒效果相对较差。如果浊度过大，就有可能形成悬浮物或胶体粒子等物理屏障阻碍游离次氯酸和微生物之间的直接接触，从而影响到杀菌速度。溶解有机碳还可以消耗一定量的有效氯并形成氯化有机物，降低能用于杀菌的有效氯含量。温度对反应的动力学有很大影响，温度越高会越有利于游离次氯酸与有机物的氧化反应以及余氯的衰减。

2、管网水力条件

管网中的水力环境对次氯酸钠的输送、余氯的保持都有影响，对于流速快的区域，由于湍流促进自由氯和水中微生物的接触，加快了消毒反应，降低消毒产物中的余氯滞留在管壁上的概率，提高了消毒持效性；对于流速低或者静水区产生死角的现象，则会造成余氯局部迅速消耗，增加微生物滋生的机会，产生消毒死角。并且管径不是线性的均匀分布，特别是有的管线为支线且管径较小、管网布局比较复杂的区域，会造成管网水质不均匀，药剂输送的均匀性和补氯的效果也会随之变差。

3、投加工艺参数

次氯酸钠的投加方法会影响到次氯酸自由基的在水体内的分散均匀性以及消毒效果。连续投加适用于用药量、用水量相对固定的区域，在水质水量变化较大的情况下可采用间歇投加方式，能根据水量、水质变化及时调整投加量。投加点选择较靠近管网前端将更有利于维持管网末端消毒剂浓度；同时多个投加点设置有利于将投加点靠近管网前端并且减少消毒副产物与管网反应后产生的流失现象。使用效果较好的静、动混合器可以大大提高 HOCl 的均匀性，促进杀菌反应速率，并且能有效地抑制消毒副产物。

4、原水水源类型

不同水源类型的消毒效果是不同的，比如河水的浊度高、含有大量的悬浮物以及微生物底物，游离次氯酸容易被消耗，余氯衰减的速度比较快。湖库水中的有机物分子量比较大，结构也更复杂，更容易和游离次氯酸发生反应，活性氯损耗明显增加。而地下水里面有机物少于地表水，但是因为它的 pH 值大和矿物质含量大都会对游离次氯酸的反应动力学造成影响，这样就会降低消毒的效果。水源的物理性质和化学性质的不同也会造成消毒时 HOCl 或者活性氯保持的时间长短不一以及杀菌灭毒效果的不同，是影响水质安全的要素之一。

三、结语

次氯酸钠具有高效、广谱、便捷的杀菌性能，具有优异的管网持效性，在自来水消毒上具有广泛应用前景；但其消毒效果受水质的理化参数、管网水力条件、投加工艺以及水源种类等因素影响十分复杂。准确理解并科学掌握各影响因素，可以使我们更好地做好投加方案的设计，实现余氯的均匀、持久分布，确保末梢水水质安全稳定；并控制好消毒副产物生成量，提高末梢水感官质量和安全性，保证人民群众身体健康。

参考文献：

[1] 张君君 . 自来水厂中次氯酸钠消毒的应用分析 [J]. 黑龙江水利科技 ,2022,50(10):140-142.

[2] 王琦 . 次氯酸钠消毒在自来水厂中的应用 [J]. 建材与装饰 ,2020,(05):130-131.

[3] 王英明 . 次氯酸钠用于自来水消毒效果分析 [J]. 资源节约与环保 ,2019,(01):140.