污水厂消毒系统的应用研究

吴顺勇，尚玉

（合肥通用机械研究院，合肥230000）

污水厂消毒系统的应用研究

吴顺勇，尚玉

（合肥通用机械研究院，合肥230000）

污水处理厂常用消毒系统工作原理，对紫外消毒、臭氧、次氯酸钠系统做工程设计和运行结果分析，结合污水处理厂消毒系统存在的问题，给出优化方案。

污水处理；消毒；优化方案

0 前言

城市生活污水经前端一级、二级生化处理后，污水中的主要污染物能够显著降低并达到国家排放标准，然而，出水中的细菌、病原菌仍具有相当规模[1]。根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准，尾水中粪大肠杆菌群数≤1000个/L。尾水经过消毒工序，病原菌微生物被灭活后，才可以安全地排入水体或循环再用。目前常见的消毒工艺有液氯消毒、二氧化氯消毒、次氯酸钠消毒、紫外线消毒和臭氧消毒等。基于污水处理尾水消毒的重要性和必要性，很多学者对此做了大量研究工作，王荣生等[2]阐明了液氯消毒的效果以及消毒后脱氯工艺的必要性，提出对于我国城市污水厂消毒工艺的建议。张宝祥等[3]介绍了以二氧化氯作为大型城市污水处理厂出水消毒剂的生产性应用情况，评估了二氧化氯作为污水处理厂出水消毒剂的优势，以及对出水水质的改善效果。张慧华[4]研究了次氯酸钠做为污水处理厂消毒工艺时投加量和接触时间对消毒效果的影响，得出最佳投加量。李东等[5]结合污水处理厂的紫外消毒系统，介绍了在选型时应注意的问题。王祥勇[6]等人对臭氧用于污水消毒的机理、影响因素，并论述了臭氧消毒的持效性和臭氧消毒副产物，为污水回用中臭氧消毒的应用提供参考。

1 消毒方式

（1）紫外消毒。紫外光通过改变细菌、病毒和其他微生物细胞的遗传物（DNA），使其不再繁殖而达到对水和废水进行消毒的目的。紫外灯的杀菌速度快、效果好，不改变水的物理性质、化学性质，不增加水的臭味，也不会产生污染。紫外光杀菌波段主要介于200～310 nm的波谱区。微生物被紫外光灭活是由于光化学反应破坏了其体内核酸物质的结果。这一过程有效地阻止了细胞和病毒的繁殖，从而导致细胞的死亡。

（2）液氯。向水中加入液氯时消毒时，在水中反应式为：Cl2+ H2O=HOCl+H++Cl-；OCl-+H2O=HOCl+OH-。HOCl，OCl-称作有效自由氯，其中以HOCl消毒效果最好。排入水体时，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有机氯胺，称作化合氯。总余氯是指有效自由氯和有效化合氯之和。氯的消毒效果受接触时间、投加量、水质（含氮化合物浓度、SS浓度）、温度、pH以及控制系统的影响[7]。

（3）二氧化氯。二氧化氯是一种黄绿色气体，易溶于水，具有与氯相似的刺激性气味。由于二氧化氯与水中有机物的反应为氧化反应，故其用于饮用水消毒时不与有机物产生三氯甲烷等致癌物质，也不会对口腔粘膜，皮肤产生损伤。二氧化氯是一种强力杀菌消毒剂，其杀菌作用主要是通过渗人细菌细胞内，将核酸（RNA或DNA）氧化，从而阻止细胞的合成代谢，并使细菌死亡。同时二氧化氯的有效含量是氯气的2.63倍，故其杀菌效果更好。

（4）次氯酸钠。次氯酸钠属于强碱弱酸盐类，能够完全溶解于水，分子式为NaOCl。次氯酸钠杀毒消菌原理主要是水解形成次氯酸和次氯酸根，次氯酸再进一步分解形成氧原子，其具有极强氧化性能够破坏菌体和病毒的蛋白质等酶系统，水解化学式为NaOCl+H2O→HClO+NaOH；HClO→HCl+[O]。次氯酸再杀菌、杀病毒的过程中，不仅可以作用于细胞壁、病毒外壳，而且因次氯酸分子小，不带电荷，可渗透入病毒（菌）体内与蛋白、核酸、酶等发生氧化反应，从而杀死病原微生物。

2 污水厂主要消毒系统应用设计

2.1 紫外消毒

项目建设规模：平均处理量20万吨/d，变化系数1.45。前端工艺为改良型氧化沟+反硝化深床滤池或活性砂滤池，尾端采用紫外线消毒。

（1）紫外消毒系统进水水质。平均流量290 000 m3/d，变化系数1.45，峰值流量12 083.3 m3/h，悬浮物最大值15 mg/L，平均固体颗粒尺寸30 μm，紫外穿透率（@253.7 nm）65%，消毒指标为出水粪大肠杆菌群＜1000个/L。明渠安装方式。

（2）出水水质。在峰值流量下，紫外透光率≥65%，系统在灯管寿命终点所能实现的有效紫外剂量大于25 000 μWs/cm2，此剂量计算结果经独立公证实验室以生物剂量法核实正确。设备正常运行时，经过紫外系统消毒后的污水，粪大肠菌群数≤1000个/L，粪大肠菌群指标能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）中的一级A排放标准。

（3）使用设备。紫外消毒系统完整配套，包括紫外灯模块组（包括紫外灯管、石英套管、电子镇流器、模块机架等）、模块支架、紫外系统控制中心、自动清洗系统、清洗驱动系统及水位控制系统、导流板等全套设备。能完成所有正常消毒运行、监测及控制、所有连接控制柜到模块间电缆和支架、紧固件等功能。

（4）计算。设备灯管总数（N）540支；总处理流量290 000m3/ d（按峰值流量计201 388.9 L/min），q=201 388.9/N=372.9（Lpm/根）

（5）运行结果分析。对经紫外消毒系统处理后的出水进行为期13天的连续检测分析，其中水量20万吨/天。出水大肠杆菌检测结果如图1所示，从图中可以看出，出水大肠杆菌刚开始维持在较低的水平，后来急剧上升，未能达标排放，推断可能有以下2个原因：①连续检测期间，进水悬浮物明显增多，在紫外消毒剂量不变的情况下，出水粪大肠菌群数自然会增多。此外，水中的悬浮物会造成灯管结垢，抑制紫外线的透射，影响消毒效果；②此次连续检测取水点位于紫外系统出水口10～20 m处，且接触阳光，一些被紫外线杀伤的微生物在光复活机制下会修复损伤的DNA，使细菌呈指数再生。

图1 紫外消毒处理后的出水大肠杆菌个数

3 优化方案设计

2.2 次氯酸钠消毒

（1）工艺概况。加氯系统应用于某污水处理厂深度处理后端再生水处理单元，处理水量10万吨/天。

（2）使用设备。由次氯酸钠储罐系统、次氯酸钠加药系统组成，以适用污水厂加氯的整体要求，可控制投加次氯酸钠溶液定量至各投加点。整套装置综合完成次氯酸钠溶液的制备、投加、输送至投加点等工序。其中次氯酸钠储罐系统包含卧式次氯酸钠储罐、防腐磁翻板液位计、卸料泵系统、投加管、控制阀等安全运行所必须的附件。次氯酸钠加药系统包含米顿罗计量泵、流量校正柱、Y形过滤器、安全阀、背压阀、脉动阻尼器、防震隔膜压力表、电磁流量计、投加管、控制阀等，电气控制系统等安全运行所必须的附件。

（3）卧式次氯酸钠储罐。型式为卧式钢衬塑储罐，容积30 m3，储存介质10%次氯酸钠溶液，罐体材料为钢衬塑（钢罐厚8 mm；内衬聚乙烯16 mm），数量2座。

（4）次氯酸钠加药系统。3台（2用1备）米顿罗计量泵型号GM0240P，工作介质次氯酸钠溶液，介质温度为常温，流量235 L/h，工作压力0.7 MPa（7BAR），液端材料过流部件PVC，隔膜材料PTFE，进出口连接1/2英寸NPT螺纹接口，电机配置0.37 kW-380 V-50 HZ-3 PH，IP55，F，手动冲程调节及变频调节。

投加计量泵配置流量校正柱、Y形过滤器、背压阀、安全阀、脉冲阻尼器、防震隔膜压力表等附件，以满足投加系统需要，确保投加系统的安全可靠。投加泵将次氯酸溶液投加液经管路输送至各个投加点。

（5）运行结果分析

对经次氯酸钠系统处理后的出水进行为期13天的连续检测分析，水量10万吨/d。出水大肠杆菌检测结果如图2所示，从图中可以看出，随着时间的推移，出水大肠杆菌数量急剧下降，并稳定保持在临界水平。

图2 次氯酸钠消毒处理后的出水大肠杆菌个数

对某规模为10万吨/天的污水处理厂消毒系统进行优化设计，采用紫外消毒系统和次氯酸钠相结合的消毒方式，使整个消毒过程无有毒副产物产生，同时能够解决单独使用紫外消毒无持续杀菌的能力，保证系统的稳定运行。

3.1 概况

平均流量Q=10万m3/d，总变化系数1.30，高峰流量Qmax= 5417 m3/h，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准中大肠杆菌≤1000个/L。

3.2 系统介绍

经反硝化深床滤池处理后的污水，先经过次氯酸钠接触池（次氯酸钠溶液储存在储罐中，经过计量泵投加至接触池），再经过紫外消毒系统，出水达标排放。工艺流程见图3。

3.3 紫外消毒系统

配置2套紫外线消毒模块，功率45 kW，紫外线消毒系统安装在2条明渠中，整个系统的包括紫外灯模块、紫外线灯管、系统控制中心、UV探测系统、UV配电中心以及水位控制器等。

图3 污水厂消毒工艺系统流程

3.4 次氯酸钠消毒系统

（1）次氯酸钠消毒剂储罐。储罐采用钢板内衬丁基橡胶材料制造，为成套设备，含人孔、快速接口、透气管、液位计等安全运行必需的设备组件。罐直径1800 mm；有效容积5 m3；数量1套。

（2）隔膜计量泵机组。机组内含2台隔膜计量泵、连接管路和阀门系统及不锈钢泵安装平台，并配有手动流量调节装置。总流量0～200 L/h，扬程0.7 MPa（7 bar），单台功率，0.55 kW，数量1套（2台）。

4 结论

从以上工程实例应用及运行结果可以看出，紫外消毒系统虽具有高效性、广谱性、无二次污染、运行可靠安全、运行维护费用低、可连续大水量消毒等特点，但大肠杆菌在光复活机制下具有自我修复的能力，使得出水不能长久有效的达标排放，造成资源的浪费和环境污染。次氯酸钠投加系统具有初始投资小、运营成本低、操作方便、易于维护以及不会产生有毒有害物质的等特点，但是消毒效果不及二氧化氯以及液氯。基于对污水厂消毒的安全性以及高效性考虑，建议使用紫外消毒系统与次氯酸钠消毒相结合的消毒方式，减少消毒系统占地面积，提高在运行维护过程中的安全性以及出水大肠杆菌的稳定达标。此外，此类消毒方式尤其适用于地埋式污水处理厂等土地面积有限的污水消毒系统，具有广泛的社会效益和环境效益。

［1］陈婉如，李益洪，周兆浓，等.污水处理厂出水消毒方式的探讨[J].广东工业大学学报，2006，23（3）：36-39.

［2］王荣生，黄翔峰.城市污水厂尾水氯消毒及其余氯控制技术[J].广州环境科学，2003，18（4）8-11.

［3］张宝祥，赵曦.二氧化氯对污水厂出水的消毒及综合影响研究[J].中国给水排水，2009，25（23）：69-71.

［4］张慧华.污水处理厂利用次氯酸钠消毒实验研究[J].广东化工，2012，12（39）：118-119.

［5］李东，张春敏.北碚污水处理厂的紫外消毒系统[J].中国给水排水，2003，19（1）：68-69.

［6］王祥勇，王荣生，阮久丽.污水和再生水臭氧消毒的研究和应用[J].水处理技术，2010，36（4）：19-23.

［7］ManarK．Fayyad，AhmadM．A1一Sheikh．DeterminationofNChloramines in As—Samra Chlorinated Wastewater and Their Efect on the Disinfection Process．Water Resea rch．2001，35（5）：1304～1310

〔编辑李波〕

X703

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.50