广州某污水处理厂消毒工艺论证
2016-08-11杨磊三广东省建筑设计研究院广东广州510010
杨磊三（广东省建筑设计研究院，广东广州510010）
广州某污水处理厂消毒工艺论证
杨磊三（广东省建筑设计研究院，广东广州510010）
本文对污水处理厂常用的各种消毒工艺进行分析，针对广州某污水处理厂设计水量、水质特点及出水水质要求，结合液氯、二氧化氯、臭氧、紫外线等消毒工艺的经济、技术综合比选，提出适于该污水处理厂的消毒工艺。
污水处理厂；消毒；二氧化氯；一级A
1 引语
消毒是污水处理中的必要组成部分，科技部、原国家环境保护总局及住房和城乡建设部在2000年6月5日联合颁布了 “关于印发 《城市污水处理及污染防治技术政策》（建城［2000］124号）的通知”，通知要求城市污水处理设施应设置消毒设施。根据《室外排水设计规模》（GB50014-2006，2014版），城镇污水处理应设置消毒设施。以上政策、标准颁布实施后，污水处理厂需根据设计规模、进出水水质，选择适当消毒工艺，杀灭污水中病菌，满足尾水排放的卫生学要求。
2 设计水量、水质特点及出水水质要求
2.1设计水量
广州市某污水处理厂规划总规模30万m3/d，一期工程已建规模15万m3/d，本工程为二期工程，规模为15万 m3/d，属于大型市政污水处理厂。
2.2进水水质特点及出水水质要求
广州市某污水处理厂二期工程出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A水质标准和广东省地方标准《广东省地方污染物排放标准》（DB44/26-2001）第二时段城镇二级污水处理厂一级标准中的高值，出水粪大肠菌群数要求为1×103个/L。结合该污水处理厂一期工程一年的实测进水水质，本工程进水水质特点及出水水质要求如表1所示。
表1 实测进水水质特点及出水水质要求
3 常见的污水消毒工艺
3.1液氯消毒工艺
18世纪初，人们已开始采用液氯消毒，是污水消毒应用较早的消毒剂之一，积累了丰富的实践经验。液氯是一种强氧化剂，具备操作简便、经济高效、杀菌能力强等优点。
3.1.1氯消毒优点
成本低、工艺成熟、效果稳定可靠。
3.1.2氯消毒缺点
20世纪70年代以来，研究人员重新评估和研究了液氯消毒在水处理上的应用，发现氯气消毒具有以下缺点：
（1）接触时间需大于30min，占地面积大，土建费用高；
（2）氯气属于剧毒危险品，安全性要求高，需存储氯气的钢瓶中，钢瓶属于高压容器，有较大的潜在风险；
（3）水中腐殖酸类物质会与氯反应形成致癌的卤代烃（TH Ms）；
国外污水采用液氯消毒往往是应急措施。鉴于此，人们对其他的代用消毒剂产生了很大的兴趣并进行了广泛的研究，其中二氧化氯在最近几年更是引起了人们的极大关注。
3.2二氧化氯消毒工艺
二氧化氯于1944年开始在水处理中应用，在Niagara Falls水厂，首先使用二氧化氯控制水中藻类繁殖与酚污染所产生的气味，获得成功。目前，在欧洲和北美洲地区，已在水厂中广泛使用二氧化氯作为消毒剂。
二氧化氯化学性质不稳定，45～50℃时会发生剧烈分解，二氧化氯气体在空气中浓度达到10%，便有可能发生爆炸。在温度较高，并有光照射时，二氧化氯水溶液会分解为 ClO2-与ClO3-，因此二氧化氯的存储条件为低温、避光。
研究人员研究发现，在碳酸钠、硼酸钠及过氧化物等含特殊稳定剂的水溶液中，配制浓度为2～5%的二氧化氯溶液，性质稳定，可用于长期储存，使用简便，极大降低爆炸风险。但在污水处理厂，含有特殊稳定剂的溶液配制难度较大，并增加运行管理成本。
因此，考虑到二氧化氯化学性质的不稳定性，污水处理中基本采用现场制备的方式使用二氧化氯。
3.2.1二氧化氯消毒优点
对消毒剂的评价要综合考虑到杀菌能力和在水中的稳定性。在杀菌能力方面，二氧化氯的杀菌能力略低于臭氧，但优于氯气和氯胺；在稳定性方面，二氧化氯的稳定性差于氯胺，优于氯气和臭氧，综上所述，二氧化氯是一种杀菌能力和稳定性均较小的消毒剂。
二氧化氯除对病菌具有较强的杀灭作用，同时也具有较强的藻类杀灭效果。二氧化氯消毒适用碱性水体环境，同时氨与二氧化氯不发生化学反应。
液氯消毒存在一个重要问题是产生卤代烃消毒副产物，但二氧化氯不存此类问题。腐植酸和富里酸等与二氧化氯发生反应生成的产物包括羧苯基二羟乙酸、二元脂肪酸和苯多羧酸等，不生成卤代烃消毒副产物。二氧化氯消毒适用于水中腐植酸、富里酸等物质含量较高的情况。
3.2.2二氧化氯消毒缺点
二氧化氯化学性质不稳定，具有易爆炸，易挥发的特性，不宜储存，使用和存储安全保障要求高，增加运行管理的难度和费用。
根据目前研究发现，二氧化氯消毒对红细胞有损害，这种损害主要是二氧化氯溶液分解产生ClO2-、ClO3-造成。同时，二氧化氯能够干扰碘的吸收和代谢，同时能够造成血液中胆固醇的升高。
此外，二氧化氯会从水溶液中溢出，与空气中的有机物发生反应，产生特殊气味，造成采用二氧化氯消毒的水具有特殊的气味。
3.3紫外线消毒
污水的紫外线消毒是一个光化学过程，一定波段的紫外线光对水照射后，被水中的病原微生物吸收后，能够破坏病原菌细胞中的遗传物质，造成病原体死亡，达到消毒的目的。
紫外线消毒的主要设备是紫外线灯，根据紫外线灯的输出功率和温度，紫外线灯通常可以分为低压灯系统，低压高强灯系统，中压灯系统。污水处理厂中常用明渠式紫外线消毒设施，即为安装在明渠内消毒水流的紫外线消毒装置，主要包括紫外灯模块、镇流器、空压机、液压泵等清洗动力装置、模块支架、模块人工清洗槽、遮光板、模块起吊装置、石英套管自动清洗装置、配电及电气控制系统等。
紫外线消毒设施消毒效果的影响因素主要包括：紫外线灯的性能，目前污水处理厂常用的紫外线灯为低压高强灯。进水的水质特点，即污水处理厂二级出水的浊度、色度，含铁量对紫外线消毒的效果具有重要影响。紫外线渠的水深，水深过低会影响紫外线灯的散热，水深过高会降低消毒效果，一般紫外线消毒渠的水深要求为0.8～0.9m。进水水温会影响紫外线灯的辐射强度，进而影响紫外线灯的消毒效果，通过在紫外线灯管外加装石英套管，减小水温对紫外线灯管辐射强度的影响。紫外线灯管的使用时间也对紫外线灯消毒效果有重要影响，随着使用时间的增加，紫外线灯的消毒效果会逐渐的下降，一般来说紫外线灯使用寿命为7500h以上。电压也也对紫外线灯消毒效果有一定的影响，随着电压的增高，紫外线灯管的辐射强度会增强，污水处理厂中紫外线消毒设施的供电电压一般为220V。
选择辐射剂量是确定消毒装置的核心问题，不同的辐射剂量可以杀灭不同的病原微生物。污水消毒主要针对粪大肠菌群类微生物，辐射剂量也按照此类病原菌选择。
3.3.1紫外消毒优点
①灭菌效率高，作用时间短，危险性小；②无二次污染；③不需要建造较大的接触池，建消毒渠即可，占地面积和土建费用大大减少。
3.3.2紫外消毒缺点
①设备投资高；②灯管寿命短；③运行费用高；④维修管理不便；⑤抗悬浮物干扰能力差，对水中SS浓度有严格要求。
3.4臭氧消毒
臭氧是一种优良的消毒剂，其杀菌效果好，且一般无有害副产物生成。但目前臭氧发生装置的产率通常较低，设备昂贵，安装管理复杂，运行费用高，而且臭氧在水中溶解度低，衰减速度快，为保证管网内持续的杀菌作用，必须和其他消毒方法协同进行。
3.4.1臭氧消毒优点
杀菌彻底可靠，危险性较小，对环境基本上无副作用，接触时间比加氯法小。
3.4.2臭氧消毒缺点
基建投资大、运行成本高。
3.5其他消毒工艺
3.5.1热处理法
热处理法是最彻底的消毒方法，也是最昂贵的消毒方法。为保证可靠的灭菌效果，废水要在高压、100℃以上的条件下加热一定时间，排放前需降至排放要求的温度。
3.5.2膜过滤法
膜过滤法主要用于饮用水和特种工业废水的消毒处理。该法的特点是除消毒外，还能去除其他杂质。由于膜孔易堵塞、结垢及冲洗困难、能耗高、化学药品昂贵、成本较高，目前无法推广。
4 污水消毒工艺论证
目前国内应用于市政行业水处理的消毒技术主要是液氯、二氧化氯、臭氧和紫外线，对这四种消毒技术的技术经济比较如表2。
综合以上分析，采用二氧化氯消毒的主要优势如下：
表2 几种最常用的尾水消毒技术的综合因素比较表
（1）占地面积适中、基建投资适中，消毒效果优异，安全性较好，适宜于大水量污水厂的消毒。
（2）受水质影响较小，二氧化氯是强氧化剂，极易溶于水，迅速与水中细菌反应。
（3）二氧化氯消毒不会产生三氯甲烷“三致”物质，也不会产生氯酚臭味。
（4）二氧化氯相比氯气，具有较低的危险性。
（5）与一期工程工程衔接良好，便于运行管理。
5 结语
根据以上四种消毒工艺的经济、技术综合比选，结合该污水处理厂一期工程采用的二氧化氯消毒技术，为便于衔接和运行管理，二期工程推荐采用二氧化氯消毒工艺。本文对污水处理厂各种消毒工艺的优缺点展开了详尽的分析，对今后污水处理厂消毒工艺的选择提供了良好的借鉴。
研究成果：出版《活性砂滤池在污水厂提标改造工程中的应用》研究报告，已通过广东省住房和城乡建设厅科技成果鉴定。
［1］《室外排水设计规范》（GB50014-2006，2014年版）.
［2］《污水排入城市下水道水质标准》（CJ343－2010）.
［3］《广东省水污染物排放限值》（DB44/26-2001）.
［4］《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）.
［5］《城市污水处理工程项目建设标准（修订）2001》（2001）.
所获荣誉及奖励：全国优秀工程勘察设计行业奖一等奖和三等奖。
杨磊三（1985-），男，汉族，工程师，硕士研究生，主要从事市政给水排水工程设计工作。
X703
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2095-2066（2016）10-0001-02
2016-3-8
