医疗废水常见杀菌消毒方式及原理
  •        医疗废水的治理一直以来都受到国家的重视,因其含有大量的病原细菌和病毒,而这些病原微生物具有空间污染、急性传染和潜伏性传染的特征,若不进行杀菌消毒等无害化处理,直接排入城市下水道,往往会造成水、土壤的污染,严重时则会引发各种疾病,导致传染病的暴发流行。

           随着本次疫情的爆发,新型冠状病毒污染的医疗废水更是成为关注的焦点,国家生态环境部发布了《关于做好新型冠状病毒感染的肺炎疫情医疗污水和城镇污水监管工作的通知》和《新型冠状病毒污染的医疗污水应急处理技术方案》,规范了此次疫情医疗废水的治理要求。该方案提出“接收肺炎患者或疑似患者诊疗的定点医疗机构(医院、卫生院等)以及相关单位,采用液氯、二氧化氯、氯酸钠、漂****或漂白精消毒时,参考有效氯投加量为50mg/L。消毒接触池的接触时间≥1.5小时,余氯量大于6.5mg/L(以游离氯计)”,与原来《医院污水处理工程技术规范》中提到的“消毒接触池接触时间≥1小时,接触池出口总余氯为3-10mg/L(以游离氯计)”相比,疫情之下的医疗废水在杀菌消毒处理需求上更为强烈。


    一、常见的杀菌消毒方式

    1、臭氧

           臭氧是一种高效消毒剂,能够脱色除味,也能氧化降解有机物。由3个氧原子构成的臭氧分子,由于其不稳定的性状特征,在溶于水之后会分解产生性质十分活泼、具有强氧化性的新生态原子氧,能够迅速分解水中微生物和有机物,单原子氧与水结合生成羟基自由基,具有强氧化性和催化性,能充分降解水中有机物,其反应如下:

    O3→O2+[O]

    [O]+H2O→2[OH]

           因为臭氧拥有很高的还原电位,能够破坏分解细菌的细胞壁、细胞膜、组织结构的蛋白质、核糖核酸等,最终杀死细胞。此外,臭氧还能有效除藻杀菌,经过研究表明,传统的氯化消毒对水中有些致病菌,如隐孢子虫和贾第鞭毛虫等的灭活效果较差,而臭氧的灭活效果较好。臭氧消毒接触时间短、效率高,受pH值、氨氮、温度等因素影响小。但是其工艺缺点也很明显,臭氧的半衰期较短,无法维持管网中的消毒效果;消毒后的水中的生物可同化有机碳(AOC)上升,细菌可能再度繁殖;臭氧不易储存,通常现场制取使用,设备投资及运行成本高;能够与水中溴化物和碘化物反应,产生对人体有害的溴酸和碘酸盐。


    隐孢子虫

               贾第鞭毛虫

    臭氧杀菌原理


    2、紫外线

           研究表明紫外光在UVC(280-200m)的波段具有良好的杀菌效果,在260mm附近具有最高的杀菌效率。其原理是通过紫外线光子的能量破坏水体中各种细菌、病毒以及其他致病微生物的遗传物质DNA、RNA,光子的能量可以使得DNA中各种结构键断裂或发生化学聚合反应,从而达到使其失去活性,丧失继续复制转录的能力,达到消毒的目的。因此紫外线消毒法是一种物理消毒法,无需任何化学药剂,也避免了化学残留和副产物的二次污染问题。紫外线消毒法优点如下:快速高效,占地面积小,安全性高,易于管理维护,使用中无需添加任何药剂,无消毒副产物残留;广谱杀毒,对病毒、细菌等病原体微生物均有效果,与化学法相比,受到环境影响小,性能稳定,投资小,运行费用低,维护简便。但其缺点也很明显,不具有持续的消毒能力,当水体离开紫外照射区域后,残存细菌可能再度繁殖污染水体;当水中悬浮物过多,要吸收紫外线能量,消毒效果难以保障,抗水力负荷能力弱,辐射能力难以调节,接触时间变短,消毒效果差。


    紫外线杀菌原理


    3、二氧化氯

           二氧化氯作为被世界卫生组织(WHO)列为A1级安全高效消毒剂,是含氯消毒剂中的唯一高效消毒剂。其消毒机理是利用水中分子态的二氧化氯,其中性的特点可轻易穿透微生物的细胞壁,能够氧化微生物中的蛋白质,使酶丧失活性,破坏蛋白质合成,最终杀死细菌。

           二氧化氯与其他试剂相比,其氧化还原电位较高,仅次于臭氧,相较于传统的液氯消毒,虽然投资更多,运行费用高,但产生三卤甲烷等消毒副产物较少,且二氧化氯的有效氯含量为263%,其氧化性是液氯的2.6倍,杀菌效果明显高于液氯。此外,二氧化氯除对一般细菌有杀灭作用外,对芽孢、病毒、藻类、铁细菌、硫酸盐还原菌和真菌均有很好的杀灭作用。二氧化氯消毒对处理水环境的适应性较强,受到的pH值影响较小,在含氨废水的消毒是不会同水中氨发生反应,消毒效果不受影响,并且,由于其副作用较少,同时可以持久地存在于水体中,更适合作为长效的消毒手段。



    二氧化氯杀菌原理


    4、三氯异氰尿酸

           三氯异氰尿酸属于氯代异氰尿酸类化合物,是较重要的漂白剂、氯化剂和消毒剂。它与传统氯化剂(如液氯、漂****、漂粉精)相比,具有有效氯含量高,贮运稳定,成型和使用方便,杀菌和漂白力高,在水中释放有效氯时间长,安全无毒等特点,广泛用于食品加工、饮用水消毒、养蚕业和水稻种子的消毒,几乎对所有的真菌、细菌、病毒、芽孢都有杀灭作用,对杀灭甲肝、乙肝病毒具有特效,对性病毒和艾滋病毒也具有良好的消毒效果,使用安全方便,三氯异氰尿酸现已广泛应用在医疗废水消菌处。


    三氯异氰尿酸溶于水生成次氯酸


    次氯酸杀菌原理


    5、次氯酸钠

           次氯酸钠是种强氧化剂,它能进入生物体内,破坏蛋白酶,有很强的灭菌和漂白作用,常常用于医疗含菌污水的消毒处理。其原理是利用次氯酸根与水反应生成弱电解质的HOC1,其消毒机理与液氯消毒相同,通常次氯酸钠的获取方法有两种,一种是直接购买次氯酸钠消毒剂,另一种是利用次氨酸钠发生器通过电解氯化钠溶液现场制备次氯酸钠,其电解反应式如下:

    阳极2C1--2e-=Cl2

    阴极2H++2e-=H2

    二次反应: Cl2+2NaOH=NaClO+NaCl+H2O

           利用次氯酸钠发生器制备次氯酸钠,可确保消毒液的浓度和杀菌能力,同时解决了消毒剂容易变质不易保存的问题,减少了运输和存储成本。



    电解NaCl溶液


    6、过硫酸氢钾复合盐

           过硫酸氢钾复合盐是种非氯氧化消毒剂,其水溶液接近中性,溶解于水后产生各种高能量、高活性的小分子的自由基、活性氧衔生物等过氧化氢的衍生物,干扰病原体DNA、RNA合成,使病原体蛋白质变性凝固,从而杀灭病原体。过硫酸氢复合盐成分复杂,主要包括过硫酸氢钾、硫酸氢二钾和硫酸钾等形式复合物,属于以硫酸根自由基为基础的强氧化火星杀菌成分。过硫酸氢钾复合盐易溶于水,一旦溶于水中即产生丰富的活性氧,羟基自由基等高能量、高活性的小分子物质,能对各种微生物进行破坏甚至杀灭。过硫酸氢钾复合盐作为水处理消毒剂具有很强的氧化能力,可以杀灭水中微生物,去除污水中的有机物。



    单过硫酸氢钾反应机理


    二、几种消毒方法的比较:

    方法

    优点

    缺点

    消毒效果

    臭氧

    有强氧化能力,接触时间短;不产生有机氯化物;不受pH影响;能增加水中溶解氧

    臭氧运行、管理有一定的危险性;操作复杂;制取臭氧的产率低;电能消耗大;基建投资较大;运行成本高

    杀菌和杀灭病毒的效果均很好

    紫外线

    无有害的残余物质;无臭味;操作简单,易实现自动化;运行管理和维修费用低

    电耗大;紫外灯管与石英套管需定期更换;对处理水的水质要求较高;无后续杀菌作用

    效果好,但对悬浮物浓度有要求

    二氧化氯

    具有强烈的氧化作用,不产生有机氯化物(THMs);投放简单方便;不受pH影响。

    运行、管理有一定的危险性;只能就地生产,就地使用;制取设备复杂;操作管理要求高

    Cl2杀菌效果好

    三氯异氰尿酸

    有效氯含量高,贮运稳定,成型和使用方便,杀菌和漂白力高,在水中释放有效氯时间长,安全无毒

    产生具致癌、致畸作用的有机氯化物(THMs);使水的pH值降低

    杀菌和消灭病毒效果均很好

    次氯酸钠

    无毒,运行、管理无危险性

    产生具致癌、致畸作用的有机氯化物(THMs);使水的pH值升高

    Cl2杀菌效果相同

    过硫酸氢钾复合盐

    氧化能力强;作用持久;设备方便操作,易于维护;安全无毒

     

    强于普通氯消毒剂

           综上所述,以上几种杀菌消毒的方法均能达到医疗废水的排放标准,满足技术规范的要求,其中过硫酸氢钾复合盐是常见几种消毒方式中较为推荐的,它不会产生二次污染物,在低浓度下就可以达到较强的消毒效果,对于多种病菌及病毒都有灭活的作用,更适用于医疗废水的杀菌消毒。


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