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1、1生水用于地下回灌的加氯消毒研究摘要：针对城市污水厂二级出水用于地下回灌的两种深度处理工艺，确定了达到消毒要求的加氯量，并且研究了加氯消毒对有关水质参数DOC、AOX、CHCl3、CCl4、UV254 等的影响。研究发现，有效氯投加量在 8 mg/L左右时，水中细菌总数与总大肠菌群数均能达到我国饮用水卫生标准。加氯后水的 DOC 值变化不大，AOX 值则有较明显的增大，CHCl3 浓度略有增加，CCl4 基本维持在加氯前的水平，UV254 值也较加氯前有所增大。研究结果还表明，粒状活性炭处理工艺在污水深度处理流程中对去除消毒副产物(AOX)及其前驱物发挥着重要的作用。 关键词：加氯消毒 地下回
2、灌 细菌总数 总大肠菌群数 Study on Chlorination of Reclaimed Wastewater Used for Artificial Groundwater Recharge ZHANG Li-ping, YE Yu-cai, WU Tian-bao, YUN Gui-chun (Institute of Nuclear Energy and Tech.,Tsinghua Univ.,Beijing 100084,China)Abstract：To enable the secondary effluent to be used for groundwater rec
3、harge,chlorine dosages for two advanced treatment processes were determined to meet the disinfection requirement.The effects of chlorination on organic parameters such as DOC,AOX,CHCl3,CCl4,UV254 were also studied. The results show that an available chlorine dosage of about 8 mg/L can make the total
4、 count of bacteria and the total coliforms meet the national sanitation standard for drinking water.After disinfection with chlorine,DOC changes very little,AOX increases significantly;CHCl3 increases a little,CCl4 almost does not change,and UV254 also increases.The result also shows that the granul
5、ar activated carbon plays a very important role in the removal of disinfection by-product-AOX and its precursors.Keywords:chlorine disinfection;groundwater recharge;total count of bacteria;total coliforms2再生水地下回灌是解决地区性水资源短缺、缓解地下水位下降、防止地面沉降以及海水入侵等问题的有效手段。为防止污染地下水，污水厂二级处理出水需经过深度处理使回灌水达到一定的水质要求，消毒则是防止将
6、病原菌带入地下水的重要措施。加氯消毒是目前世界上应用最广泛的水处理消毒方法，其特点是杀菌效果好，价格便宜，因此多年来一直在水处理消毒中占有主导地位。笔者对城市污水经深度处理回灌地下之前的加氯消毒进行了研究。1 试验方法城市污水深度处理后用于人工地下回灌的中试以北京市某污水处理厂的二沉池出水为原水，采用两种深度处理工艺，DGB 吸附工艺(是一种新型吸附剂，吸附性能好，价格便宜)和 DGB活性炭工艺(后文简称活性炭工艺)如图 1、2 所示。两种工艺出水的 pH 均为 7 左右，水温则随外界气温而有所变化。由于目前还没有制定地下回灌的水质标准，只能遵照我国现行饮用水水质标准中对微生物指标的要求，即细
7、菌总数100 个/mL，总大肠菌群数3 个/L。氯消毒剂采用次氯酸钠(分析纯)溶液，试验前将其稀释到一定浓度作为储备消毒液。试验时首先取水样分别投加不同剂量的消毒液进行消毒，然后测定原水样及消毒水样的细菌总数与总大肠菌群数，从而确定氯的合适投加量。同时测定水样加氯后其他水质参数的变化情况，以确定加氯消毒在达到卫生学要求的同时对水质的影响，所测参数包括 DOC、AOX、CHCl3、CCl4、UV254 等。2 试验结果及分析32.1 加氯消毒对微生物的影响向 DGB 工艺的砂滤出水分别投加不同剂量的氯消毒剂(以当量有效氯表示)，测定消毒前后水样中的细菌总数和总大肠菌群数。试验结果见表 1。表 1
8、 DGB 工艺出水的加氯消毒结果时间加氯量(mg/L)0 2 4 6 8 10 12 152000-01-12细菌总数(个/mL)1.9104 5.3102 4.0102 4 4 9总大肠菌群(个/L)18 9 3 9432000-05-11细菌总大肠菌群(个/L)1.4104 20 7 3 4 6 7 4总数(个/mL)2.3105 42 21 15 3 3 0 02000-05-24细菌总数(个/mL)8.21040 2 2 0总大肠菌群(个/L)5.410453 0 3 0从表 1 可以看出，水样消毒前细菌总数大约在 104 个/mL 的数量级，总大肠菌群数大约在 104105 个/L
9、的数量级。加氯量为 68 mg/L 时，消毒效果可达我国饮用水的卫生要求，即细菌总数100 个/mL，总大肠菌群数3 个/L。将活性炭工艺出水分别投加不同剂量的氯消毒剂，测定消毒前后水样中的细菌总数和总大肠菌群数。试验结果见表 2。表 2 活性炭工艺出水的加氯消毒结果 时间加氯量(mg/L)0 2 4 6 8 10 12 152000-05-17细菌总数(个/mL)5.8103 40 2 2 0 062总大肠菌群(个/L)9.5104 40 15 21 3 0 02000-05-24细菌总数(个/mL)3.61045 8 4 5总大肠菌群(个/L)2.51056 0 0 3从表 2 可以看出，
10、在 DGB 吸附与粒状活性炭过滤联用的活性炭工艺出水中，细菌总数和总大肠菌群数与 DGB 工艺大约在相同的数量级。在加氯量大约 8 mg/L 时，基本可以达到我国饮用水的卫生要求。72.2 加氯消毒对有机物去除的影响DOC。图 3 是加氯对两种工艺出水 DOC 值的影响曲线，其中 DGB 工艺出水 1 与 DGB 工艺出水 2 是在不同时间对 DGB 出水取样所测的 DOC 值，因而水质有所不同。从图 3 可见，对两种工艺出水，加氯量15 mg/L 时，水的 DOC 值没有明显的变化趋势，可以认为加氯量在此范围内对两种工艺出水的 DOC 值影响不大。由于氯的氧化性比较弱，所以对水中溶解性有机物
11、浓度没有明显的影响。DGB 工艺出水 2 与活性炭工艺出水两条曲线所代表的取样时间相同，二者的原水水质相同，后者相当于前者再经过活性炭过滤后的出水。比较两条曲线可以看出，活性炭床对 DOC 有一定的去除效果。粒状活性炭是一种很好的吸附剂，可以通过吸附作用去除水中的部分非极性和弱极性有机物。AOX。图 4 为两种工艺出水加氯前后的 AOX 变化情况。从图 4 中可以看出，两种水样在加氯后 AOX 值都有明显的增大趋势，加氯量越大，AOX 值增大得越多。DGB 工艺出水在加氯后 AOX 值显著增大，加氯量为 8 mg/L 时，使 AOX 由25.6 g/L 增加到 136 g/L，增加了 4 倍多
12、。据报道1，城市污水有很强的 AOX生成势，对某一污水厂的城市污水投加 1.34 mmol/L 的 NaClO(相当于有效氯 93 mg/L)，在 0.5 h 后 AOX 即达到其最大值 1 500 g/L，比原水增加了 20 多倍。不同水质的 AOX 生成速度和生成势是不同的，并且受 pH 的影响。参照发达国家的有关规定和研究成果，研究者认为，我国以土壤渗滤方式进行人工回灌的回灌水中AOX 浓度应30 g/L。因此，DGB 工艺的砂滤出水因为在加氯消毒后 AOX 含量8太高而不能直接用于地下回灌。活性炭工艺出水加氯后 AOX 值也有所增大，但即使加氯量达到 10 mg/L，AOX 值也只有
13、13.4 g/L，也就是说，活性炭出水在加氯消毒后的 AOX 值能满足地下回灌的要求。对比两种工艺出水加氯前后的 AOX 值可以看出，粒状活性炭对 AOX 及其前驱物有很好的去除效果。试验时，活性炭大约运行了 750 个床体积后还比较新，随着运行时间的增加，对 AOX 的去除效果会逐渐下降，当出水达到 4 500 个床体积时，活性炭出水的 AOX 约为 10 g/L。为了研究活性炭对加氯后水中 AOX 的去除效果，将活性炭工艺的加氯消毒放在砂滤之后，活性炭床之前，亦即先消毒，后活性炭吸附。当加氯量为 8 mg/L 时，砂滤出水的 AOX 值为 173 g/L，经过活性炭之后 AOX 降为 5.
14、9 g/L，可见在 AOX 值较高时，活性炭对其去除效果也很好(此时活性炭大约运行了 800 个床体积)。对活性炭工艺来说，将加氯消毒放在活性炭之前和之后都能使 AOX 值满足地下回灌的要求。但是如果将加氯消毒放在活性炭之前，经过活性炭之后水中的微生物数量又会上升，因此应该将加氯消毒放在活性炭之后，利用活性炭对 AOX 前驱物的去除效果控制 AOX。CHCl3、CCl4。图 5 表示了两种工艺出水在加氯前后的 CHCl3 浓度变化情况。从图 5 可以看出，加氯后水中 CHCl3 浓度略有增加，并且 DGB 工艺出水比活性炭工艺出水的增幅略大，可见加氯消毒能形成少量的 CHCl3。对比两种处理工
15、艺可以发现，CHCl3 浓度在加氯前后都相差不大，可见活性炭对 CHCl3 及其前驱物的去除作用不明显。CHCl3 是极性有机物，而粒状活性炭优先吸附非极性和弱极性的有机物，对极性有机物的吸附作用则较弱，所以对CHCl3 几乎没有去除作用。两种工艺出水在加氯消毒前后 CHCl3 浓度都能达到9我国饮用水的要求。图 6 是两种工艺出水在加氯前后水中 CCl4 浓度的变化情况图。从图 6 中可以看出，加氯后两种工艺水的 CCl4 浓度略有波动，但变化不明显，可以认为这种数值上的波动在测量误差范围内，也就是说，加氯对两种工艺出水的 CCl4 值没有明显影响。活性炭工艺出水的 CCl4 值较 DGB
16、工艺出水有所降低，亦即粒状活性炭对 CCl4 及其前驱物有一定的去除作用，此时活性炭大约运行了3 000 个床体积。两种工艺出水在加氯消毒前后的 CCl4 浓度都低于我国饮用水标准中规定的 3 g/L。UV254。图 7 是加氯前后两种工艺出水的 UV254 值的变化情况图。可以看出，两种工艺出水的 UV254 值在加氯后都有所增大，DGB 工艺出水比活性炭工艺出水的 UV254 值大约高一倍，加氯后的增大量也大约高一倍。UV254值反映的是水中天然存在的腐殖质类大分子有机物以及含 C=C 双键和 C=O 双键的芳香族化合物的多少。Reckhow 和 Singer 等人研究发现 UV254 值可以表征有机卤化物前驱物的多少，它与 CHCl3 的生成势之间有很好的相关性。加氯后水的UV254 值增大说明水中含 C=C 双键和 C=O 双键的芳香族化合物增多，可能的解释是，氯将水中的某些大分子有机物氧化为可表现为 UV254 值的物质，即含 C=C双键和 C=O 双键的芳香族化合物。活性炭吸附去除
