消毒剂及其发展
1897年英国首次使用氯气对给水管网消毒以来，氯气用于自来水消毒已经经历了100多年的历史。目前，我国大多数城市仍然采用氯气消毒法。氯加到水中后生成次氯酸HOCl和次氯酸根，其中次氯酸是很小的中性分子，容易扩散到带负电的细菌表面，并通过细菌壁到细菌内部，因氧化作用破坏了细菌的酶系统，从而使细菌死亡；次氯酸根也具有杀菌能力，但因带有负电，不容易接近带负电的细菌表面，杀菌能力比HOCl差得多。
氯消毒主要受到加氯量、氯与水的接触时间、水的浊度、水的pH值、水温、氨氮含量等因素的影响。
（1） 液氯消毒
采用氯瓶贮存液氯进行消毒，在常温下，当按规定打开 氯阀时，液态氯变成气态氯，氯气是一种氧化能力很强的黄绿色有毒气体，是一种具有特殊强烈刺鼻味的窒息性气体。 加氯气消毒的原理：
氯气易溶于水，与水结合生成次氯酸和盐酸，在整个消毒过程中起主要作用的是次氯酸。对产生臭味的无机物来说，它能将其彻底氧化消毒，对于有生命的天然物质，如水藻、细菌等，它能穿透细胞壁，氧化其酶系统（酶为生物催化剂），使其失去活性，让细菌的生命活动受到障碍而死亡。次氯酸本身呈电中性，容易接近细菌体而显示出良好的灭菌效果，次氯酸根离子也具有一定的消毒作用，但它带负电荷而难以接近细菌体（细菌体带负电荷），因而较之次氯酸，其灭菌效果要差得多，所以氯气消毒效果要比采用漂白粉消毒更佳。
当水中无氨氮存在时，起消毒作用的主要是次氯酸；当水中存在氨氮时，会生成氯胺，且随着加氯量的不断增加，氯胺的性质产生变化，分别生成一氯胺、二氯胺 、三氯胺。氯胺的消毒作用比次氯酸要慢的多。
（2） 次氯酸钠消毒
次氯酸钠内的有效氯，因容易受日光、温度的影响而分 解，所以采用次氯酸钠发生器就地制造、应用。次氯酸钠发生器利用钛阳极电解食盐水而产生次氯酸钠，反应式为：
NaCl+ H2O → NaClO +H2
次氯酸钠在水溶液中的反应式为： NaCIO +H2O → HOCl +Na++0H-
由发生器生产出的次氯酸钠，是淡黄色透明液体，次氯酸钠的灭菌原理主要是水解形成次氯酸进行消毒。
（3） 氯胺消毒
当原水有机物较多，含氨量高，给水管网中藻类和细菌有再生长的可能，要达到出厂水全部都是游离氯确实有困难，或者需要减轻或避免自来水中的氯酚臭味时，可以考虑使用氯胺消毒。氯胺消毒是同时向水中加氯和加氨，氨可以是液氨、硫酸铵或氯化铵溶液；一般重量比控制在氨：氯=1：3或1：6，在水温高时可取1：3，在水温低时取1：6；除了控制加氯量和加氨量外，还要注意投药的顺序，一般是 “先氯后氨”。氯和氨作用后生成氯胺，如果天然水中含有氨氮，也可和氯反应生成氯胺。氯胺消毒的杀菌持续时间长，所以当给水管和给水管网很长时，可防止细菌在管网中再度生长，但氯胺是逐渐放出次氯酸，其杀菌能力远比游离氯差，所以需要有2 h以上的接触时间。
（4） 漂白粉消毒
漂白粉是氯气和石灰加工而成，其组成复杂，含氯量为25％~30％，漂白精的分子式为Ca(OCl)2，含氯量为50％~60％，易受光、热和潮气作用而分解，含氯量随之降低，贮藏在干燥和通风处。漂白粉与水作用的反应式为：
Ca(OCl) 2 +2H2O- 2HOCl+Ca(OH)2 +CaCl2
消毒原理与氯相同。
（5） 二氧化氯
近年来， 自来水厂陆续采用了二氧化氯发生器，由发生器生产出的二氧化氯溶液对自来水进行消毒，二氧化氯是黄绿色气体有一种辛辣的气味，在水溶液中相当稳定，可作为消毒剂安全使用。它的水溶液颜色和浓度有关，低浓度时为黄绿色，高浓度时为桔红色。是一种高效氧化剂，有强大的去色和漂白能力。 二氧化氯发生器，是一种运行成本很低、药物投加准确、消毒效果极佳的设备，不含制氯厂出品的那些复杂甚至有害的成份，使用氯酸钠与盐酸定量滴定，控制反应生成量的办法来实现，其总反应表达如下：
NaClO + 2HCl- NaCl+Cl2 + 0.5ClO2+ 2H2O
对经水传播的病原微生物，包括病毒、牙孢及水路系统中的异养菌、硫酸盐还原菌和真菌均有很好的消毒效果。它主要的作用是对细胞壁有较好的吸附和透过性，可有效地氧化细胞内含基的酶，并可快速地控制微生物蛋白质的合成。二氧化氯先同水发生反应产生亚氯酸HClO2 ，亚氯酸是一种相当弱的弱酸，具有氧化漂白作用。
二氧化氯被认为是氯消毒剂的理想替代品。二氧化氯的消毒机理主要是通过吸附、渗透作用，进入细胞体，氧化细胞内酶系统和生物大分子，较好地杀灭细菌、病毒，且不对动、植物产生损伤，杀菌作用持续时间长，受PH影响不敏感。二氧化氯与水中有机物的反应为氧化作用，而氯则以取代反应为主。
（6） 臭氧
臭氧一种强氧化剂，可自动分解为氧气，属易燃易爆品。臭氧常用空气作为原料制备，空气须先经过净化和干燥处理以提高臭氧生产率，防止设备积垢和降低能量消耗。臭氧在水中的溶解度有限，必须有臭氧和水的接触室，以及尾气回收利用和处置设备，才能提高使用效率。但由于臭氧制取设备复杂，投资大，运行费用高，一直没有得到普遍推广。
臭氧的消毒机理包括直接氧化和产生自由基的间接氧化，与氯和二氧化氯一样，通过氧化来破坏微生物的结构，达到消毒的目的。因此消毒效果与其氧化还原电位直接相关。由于臭氧分子不稳定，易自行分解，在水中保留时间很短，因此不能维持管网持续的消毒效率，而且臭氧消毒产生溴酸盐、醛、酮等副产物，其中溴酸盐在水质标准中有规定，醛、酮等副产物部分是有害健康的化合物，部分使管网水生物稳定性下降，因此臭氧消毒在使用中受到一定的限制。对于大、中型管网系统，采用臭氧消毒时必须依靠氯来维持管网中持续的消毒效果。
（7） 紫外线
氯、二氧化氯和臭氧消毒是化学法消毒，而紫外线则是物理消毒，紫外线是指电磁波波长处于200~380 nm的光波，紫外线消毒机理与其它氧化剂不同，是利用波长254 nm及其附近波长区域对微生物DNA的破坏，阻止蛋白质合成而使细菌不能繁殖。由于紫外线对隐孢子虫的高效杀灭作用和不产生副产物，紫外线消毒在给水处理中显示了很好的市场潜力。
因为氯消毒不能有效杀灭隐孢子虫卵囊，而紫外线对隐孢子虫卵囊有很好杀灭效果。而且在常规消毒剂量范围内紫外线消毒不产生有害副产物，但紫外线消毒不能维持管网内持续的消毒效果，在大型水厂的应用必须跟氯结合，其使用目前还受到一定限制。
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