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污水杀菌消毒的作用是消灭水中的病原微生物。水中含有大量的微生物，自来水需要消毒，而污水来源复杂，水中病原很多，经过处理后有所减少但仍需要进行消毒后再排放。消毒方法分为物理法、化学法，物理法有加热、冷冻、超声波、紫外线、过滤等，化学法有臭氧、加氯等，污水处理中常用的有紫外线消毒、臭氧消毒及加氯消毒。
污水杀菌紫外线消毒是利用紫外线对细菌、病毒的杀灭作用进行消毒，波长为2000～2950A的紫外线对细菌有明显的杀灭作用，但由于紫外线穿透力弱，需要设计专门的消毒池且要求水质色度、悬浮物要低。此外，紫外线并无持续消毒能力，自来水不宜用其消毒。
污水杀菌臭氧氧化能力强，对病原有很强的杀伤力，采用臭氧消毒不仅能有效杀灭病菌，还能降低色度、COD，但是采用臭氧消毒成本较高。
污水杀菌中最常用是消毒方式为加氯消毒，常用的含氯药剂有液氯、漂白粉、氯气、次氯酸钠、二氧化氯等，一般市政污水厂采用二氧化氯发生器制备二氧化氯进行消毒，小型污水处理设施有的直接投加液态次氯酸钠进行消毒。
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