城市污水消毒技术研究进展

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1、2016年 8 月城市污水消毒技术研究进展43城市污水消毒技术研究进展叶 强1程永辉2 余巍伟2(1.江西洪城水业股份有限公司， 江 西 南 昌 330025 ;2.南昌大学科学技术学院， 江 西 南 昌 330029)摘 要 :摘 要 : 污水再生利用是解决我国目前水资源紧缺的重要途径， 而消毒是保证污水回 收利用安全的技术关键。综述了国内外液氯、 二氧化氯、 臭氧、 紫外线等污水回收利用杀 菌消毒技术的作用机理、 技术特点以及研究和应用现状， 在此基础上提出了进一步探索适 合污水消毒技术的建议， 为污水消毒技术的研究和应用提供一定的参考。关键关键词 :污 水 回 收 利 用 消 毒 技 术

2、1引言1引言随着社会经济发展和水体污染的加剧， 人类对于 水环境质量要求日益增高， 污水再生利用和污水处理 后出水的安全问题引起人们的广泛关注。当前城市污 水经过二级处理后， 水质已经有了明显的改观， 但细菌 的绝对数量仍然存在， 并伴有病原菌的可能， 除掉这些 微生物是污水排放和再利用的重点关键， 因此污水处 理厂的尾水消毒已经成为污水处理中的重要工序， 而 相对应的消毒方式也成为了决定最后消毒效果的决定 因素。2污水消毒技术发展趋势2污水消毒技术发展趋势液氯长期以来作为一种成熟的消毒剂应用已有百 年历史， 液氯的消毒效果是得到人们所公认的， 同时， 液氯消毒所产生的危害也越来越被人们所认识

3、1。随 着对氯消毒产生的副产物的分析研究， 发现氯与水中 某些有机物如腐植酸、 富里酸等反应， 会产生大量的卤 代烷和氯化有机物， 使得处理后的污水中各类氯化有 机物有不同程度的提高， 易造成二次污染12。因此， 臭氧、 紫外线和二氧化氯这三种消毒技术被认为是替 代氯的较佳消毒技术。长期以来， 人们对这三种消毒 方法进行了大量的应用研究。二氧化氯具有快速杀菌能力， 且杀菌持效时间长， 更为重要的是二氧化氯不是通过氯化作用进行杀菌， 因此不会产生诸如三氯甲烷之类的致癌物1。在许多 发达国家，C102在饮用水中的应用已很普遍。近年来， 北美已有1家左右的自来水厂使用C102， 在欧洲使 用C102

4、则更为流行。从 2 0 世 纪 9 0 年代开始， 二氧化 氯在我国一些中、 小型水厂中开始应用。通过水世界 网发起的一个调查结果表明， 使 用C102消毒的城市数 量仅次于液氯消毒。在国内， 虽然二氧化氯的研制开 发与应用起步较晚， 但发展很快， 近几年二氧化氯已成 为取代液氯消毒杀菌、 灭藻和漂白的“ 新星” ， 目前C102 的开发和应用在我国也正成方兴未艾之势。同时二氧化氯在生活污水、 工业废水、 工业循环水和医院污水中 的应用也越来越普遍。无色、 有轻微臭气味的臭氧是一种强氧化剂， 有非 常强的消毒和杀菌功效， 消毒产生的副产物少， 被称为 “ 绿色消毒剂” ， 已被广泛应用在饮用水

5、、 游泳池等中进 行消毒。如北京九水厂、 上海周家渡水厂、 昆明五水厂 以及常州、 大庆、 深圳等地的水厂。同时， 在我国一千 多家矿泉水、 纯净水水厂中， 其中约6 0 % 以上均采用臭 氧消毒3。由于臭氧的制备能耗较大、 处理成本较高、 且缺乏持续杀菌能力， 近几年对于臭氧的消毒应用研 究相对较少4。在国内， 臭氧工艺在市政污水处理领 域尚处于起步阶段， 还缺乏足够的工程实践经验， 其中 无锡城北污水处理厂臭氧处理技术的实施可作为一个 试点工程。物理消毒技术中紫外线消毒不会产生消毒副产 物， 且具有广谱杀菌能力和无二次污染。经 过 2 0 多年 的发展， 紫外线消毒技术已经成为成熟、 可靠

6、、 高效、 环 保的消毒技术5。北美的加拿大、 美国和澳洲等许多 国家已在90年代分别修改了环境立法， 在废水处理后 的消毒， 以及饮用水的消毒， 推荐采用紫外线消毒技 术6。我国对紫外线消毒技术了解的较晚， 在污水处 理消毒中的应用也较少， 但 从 2000年后， 随着我国对 污水消毒的日趋重视和运行管理经验的不断积累， 紫 外线消毒技术得到了推广和应用， 可能成为取代传统 氯消毒技术的主流消毒方法。据统计目前新建的污水 处理厂大约有60% 7 0 % 都是采用紫外线进行消毒。 从国内外污水厂普遍采用的消毒技术可以发现， 氯消 毒在相当长的一段时间里仍然为主流消毒技术， 尤其 是在国内。但随

7、着紫外线和二氧化氯等消毒技术应用 和研究的成熟， 污水消毒采用紫外线和二氧化氯也成 为一种趋势。除了这些常规的消毒技术外，一些环境 友好型的组合工艺和新型消毒工艺的研究也越来越 多。有理由相信这些新型消毒工艺在不久将会在实际44江西化工2016年第4 期生产中应用。总体来说， 污水消毒技术将会从简单、 单 纯的化学消毒转向环境友好型的组合及新型的消毒技 术。 3污水消毒原水水质特点污水消毒原水水质特点“ 污水消毒原水” 指的是在经过消毒设备前已经过 特定工艺处理过且达到一定水质要求的水。同饮用水 相比， 污水消毒原水的水质有以下特点7:(1) 不同污水厂和同一污水厂不同时间段的消毒 原水水质差

8、异很大；(2) 污水厂进出水病原微生物种类繁多， 数量大， 同时含有多种病原微生物（ 寄生虫、 病原菌、 病毒等） ， 另外如隐孢子虫等致病性原生动物很难被杀死；(3) 消毒原水中的悬浮物(SS)浓度较高， 且变化幅 度大,悬浮物(SS)会影响消毒剂的消毒效果；(4) 污水消毒原水的BOD和COD浓度同饮用水 相比很高， 且污水消毒原水有机污染物的种类复杂；(5) 氨氮等还原性无机污染物浓度高、 变化大；(6) 溶解性总固体的浓度高、 成分复杂7。由于污水消毒原水有着这样的特点， 所以各种消毒技术在不同地区和不同水质条件下， 所需要的消毒 剂量和投加量差异较大。因此在选择采用哪种消毒技 术时,

9、应根据自身的出水水质情况， 进行合理的选择。 4常规污水消毒技术常规污水消毒技术消毒方法大体上可分为物理方法和化学方法。物 理方法主要是利用加热、 冷冻、 辐照等方法对微生物的 遗传物质核酸的破坏而达到消毒的目的， 在工程中主 要有紫外线消毒法等;化学方法是利用消毒剂的强氧 化性来破坏微生物的结构而达到消毒的目的， 在工程 中常用的化学消毒方法有氯消毒、 二氧化氯消毒、 臭氧 消毒等。 4 . 1氯消毒氯消毒是国内外最主要的消毒技术， 也是最早采 用的消毒技术， 由于其杀菌能力强， 价格低廉， 消毒可 靠 ， 是目前应用最广泛的消毒方式。其消毒机理是利 用氯溶解于水生成次氯酸和盐酸， 次氯酸扩

10、散到细菌 表面并穿过细胞壁到达细胞内部， 在内部利用氯原子 的氧化作用破坏细菌的酶系统使其死亡8。而氯对病 毒的作用， 主要是对核酸破坏的致死性作用。向水中 加人液氯或次氯酸盐溶液消毒时， 在水中发生的反应 如下：ci2 +h2o = hoci + h+ + c r o c r +h2o = hoci + o h_H0C1、 0C1-之和称作有效自由氯， 其中以HOCl消 毒效果最好。排人水体时， 氯会和水中的氨氮、 有机氮 反应生成消毒效果较差的无机氯胺和氯胺， 称作化合 氯。总余氯是指有效自由氯和有效化合氯之和。加氯消毒是目前城市污水最为经济有效和应用最广泛的消毒工艺。通常生活污水二级出水

11、采用氯消毒 时的投药量为5mL 20mL， 反应接触时间一般为 30 60分钟， 氯消毒常用的是液氯法和次氯酸法， 其中 以液氯法最为普遍。调查表明， 北美洲的20000座城市 污水处理厂中有接近6 0 % 是采用液氯消毒9， 而在国 内,广州猎德污水厂尾水在采用液氯消毒法进行杀菌 的情况下， 保证了充分的接触时间和液氯投加量， 最终 尾水中的大肠菌群数和粪大肠菌群数都比较稳定， 能 够达到污水厂排放标准中的一级标准 1 ， 这也充分说 明了这种消毒方式的效果可靠。国内关于氯消毒的相 关研究主要集中在不同水质对消毒效果的影响和消毒 后水质的变化情况。同时研究了氯消毒后一些常规的 副产物生成情况

12、， 也从急性毒性和遗传毒性分析了副 产物和剩余消毒剂的危害。在余氯的排放问题上没有 明确的规定。氯消毒作为一种技术成熟、 效果可靠的消毒方式 被人们所接受， 但是在实际运用中它的一些弊端还是 显现出来:易产生 三致 物质， 存在二次污染， 对病毒 芽孢杀除效果较差等。尤其是 三致 物质的生成， 这 些都成为人们讨论和关注的热点。 4.2二氧化氯消毒二氧化氯是国际公认的含氯消毒剂中唯一的高效 消毒剂， 大量研究表明， 二氧化氯能够有效杀灭细菌繁 殖体、 细菌芽孢、 真菌、 病毒、 原生动物、 藻类和浮游生 物等有害微生物,并在实际应用中表现出了比氯更为 理想的效果。同时， 二氧化氯可以去除还原性

13、无机物 和部分致色、 致臭和致突变的有机物。对其杀菌消毒 机理可描述为:二氧化氯对细胞壁有较强的穿透能力， 可有效的氧化细胞内的酶， 还可以通过快速的抑制微 生物蛋白质的合成最终达到破坏微生物的目的11。关 于二氧化氯的应用和研究主要集中在给水方面， 在污 水消毒中的应用研究相对较少。研究的重点主要在其 消毒的效果及影响因素等方面。同时使用二氧化氯产 生的副产物的研究也越来越多。主要是考察02 _和 CIO厂的毒性危害这方面的研究， 结果表明二氧化氯消 毒后的毒性是很小的， 不会产生明显的负面效应。事实表明， 二氧化氯作为强氧化剂， 可将水中的少 量S2_、S032_ 、Sn022_等还原性酸

14、性根氧化除去， 也可 将Fe2+、Mn2+、Ni2+等金属离子及它们与酚类、CN_形 成的络合物除去。因此， 二氧化氯可广泛用于含氯、 酚、 硫、 有机物、 金属离子等工业废水处理以及医院、 生 活污水杀菌消毒和生活污水的净化处理等12。黄君礼 等13对国内大庆东风水厂采用二氧化氯消毒后， 进行 水中有机富集物的分析实验， 经过分析后得出水中未 显示出致突变性， 出水效果达标。与液氯相同， 二氧化氯消毒也存在一些制约条件。 因为它极不稳定， 运输中很容易发生爆炸事故,故不能2016年 8 月城市污水消毒技术研究进展45长距离运输， 只有依靠现场制备;国内较为常见的现场 制备方法是厂家采用稀盐酸

15、进行定量控制滴加氯酸钾 的方法生成二氧化氯， 由于需要使用氯酸钾或者是氯 酸钠， 所以运行成本很高;而且通常二氧化氯的利用率 不高， 仅有2 0 % 的二氧化氯在消毒过程中被利用等等， 所以目前仅适用于较小规模的污水处理厂。4 . 3 臭氧消毒臭氧是氧的同素异形体， 具有很大的氧化能力， 能 氧化大部分有机物。研究表明， 臭氧是通过物理化学 生物等多个方面综合作用来杀灭细菌和病毒的。其消 毒机理可以阐述为14:利用臭氧分解时放出的新生态表 1杀灭不同捐表 1杀灭不同捐氧， 通过氧的强氧化能力， 氧化分解细菌内部的葡萄糖 氧化酶， 也可以直接与细菌、 病毒发生作用， 破坏其细 胞器， 分 解DN

16、A、RNA等大分子聚合物， 使细菌的物质 代谢和繁殖过程遭到破坏。因此， 臭氧所具有的强氧 化性和易于通过微生物细胞膜的性能， 使其具有强大 的杀藻和灭菌能力， 能杀死水中细菌、 大肠杆菌、 隐孢 子虫、 病毒等。通常对于杀毒剂的效果可以采用CT值来衡量， 其 值越低， 表示消毒效果越好15。表 1 给出了 4 种常用 消毒剂杀灭不同微生物时的CT值 ， 浓度单位为mL， 时间单位为min,杀灭率为9 9 % 。匆消毒剂的匆消毒剂的CT值值微生物i毒剂种类自由氯氯胺二氧化氯臭氧大肠杆菌0.9 -2.7113(pH=9)0.480.006-0.02(1脊髓灰质炎病毒1420(pH=9)0.2 6.70.2甲肝病毒1.85921.7兰伯氏甲第虫胞囊83 1700.53尖刺甲第虫包囊150 10121000(15C)10.71.94由表可知， 臭 氧 的CT值远远小于氯。因此， 臭氧 杀灭病原体所需要的时间更短， 效率更高而且不产生 有毒有害的副产物。同时通过北