青岛某污水厂紫外-次氯酸钠消毒效果研究

张 伟，江 湧， 杨 萌，马 振

(1.青岛市团岛污水处理厂，山东 青岛 266002；2.青岛市排水运营服务中心，山东 青岛 266002)

1 引言

为保护收纳自然水体，控制污水中病原微生物，多数城镇污水处理厂执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A排放标准要求，出水中粪大肠菌群数需满足小于1000个/L。目前城镇污水厂主要采取紫外线[1]、次氯酸钠[2]、二氧化氯[3]和臭氧[4]等方式对出水端尾水消毒。次氯酸钠价格便宜，运行安全方便，消毒效果较好，持续时间长，运输、使用方便[5]，青岛某污水厂在升级改造前采用投加次氯酸钠消毒的方式，经多年运行证明次氯酸钠是一种经济、稳定、高效的消毒剂[6]。

次氯酸钠消毒主要原理为：次氯酸钠水解形成次氯酸，次氯酸再进一步分解形成新生态氧，新生态氧的极强氧化性使菌体和病毒上的蛋白质等物质变性，从而致死病源微生物[7]。而因污水处理厂出水中含有氨态氮，当投加次氯酸钠后，一部分次氯酸钠溶液通过水解后形成次氯酸，次氯酸和次氯酸根称为游离性余氯。另一部分次氯酸钠和氨态氮结合后生成一氯胺、二氯胺、三氯胺等氯胺，成为化合性余氯。氯胺、次氯酸、次氯酸根能起到杀菌作用，游离性余氯和化合性余氯统称为余氯[8]。因此余氯是一个重要的污水处理厂出水监控指标[9]。但当投加次氯酸钠量过高时，会导致出水中余氯含量增加，会对环境产生二次污染[10～12]。因此合理的加氯量对控制水厂成本和保护环境都有着重要的意义。

紫外消毒的原理[13]主要是通过紫外照射破坏水中微生物的遗传物质DNA、RNA的结构，从而导致微生物无法复制，对细菌和病毒，尤其是原生生物具有良好的效果，且方法安全，不产生消毒副产物[14]。为节省次氯酸钠的投加量，青岛某污水处理厂在2020年进行了升级改造，出水端增加了紫外消毒辅助设备。在升级改造完成后，需要研究新工艺下次氯酸钠投加量与出水端余氯的关系，找到次氯酸钠最小的投加量，从而更好的节约次氯酸钠投入量，精细控制出水端余氯含量，保护环境。

DR300是多功能便携式余氯测定设备，具有快速、简便、便携的特点，无需实验室设备和条件，能快速及时地测定现场水质中余氯的浓度，反馈工艺及时调整[15]。但该仪器检测结果的准确性尚不确定，需进行验证。

2 材料与方法

2.1 余氯测定分光光度法

2.1.1 设备

岛津UV2600紫外分光光度计。

2.1.2 测定步骤

参照HJ586-2020《水质 游离氯和总氯的测定N，N-二乙基-1,4-苯二胺分光光度法》。

2.2 便携式余氯测定仪法

2.2.1 设备

哈希 DR300便携式余氯测定仪。

2.2.2 试剂

DPD余氯试剂。

2.2.3 步骤

打开仪器，选择测试程序，插入适配的比色皿。向比色皿中加入10 mL样品。将空白管擦拭干净，放入样品池中，清零。另取一比色皿加入10 mL样品，加入DPD余氯试剂粉包，反复摇晃比色皿20 s，混匀。加入试剂后1 min内，将样品比色皿放入样品池中，读数，记录结果。

2.3 粪大肠菌群测定方法

2.3.1 设备

科立德Sealer Plus 程控定量封口机。

2.3.2 试剂

科立德 ONPG-MUG培养基。

2.3.3 步骤

粪大肠菌群的测定按照HJ1001-2018《水质 总大肠菌群、粪大肠菌群和大肠埃希氏菌的测定 酶底物法》。

2.4 试剂

成品次氯酸钠溶液，有效氯含量10%。

3 结果与讨论

3.1 便携式余氯测定仪(DR300)测定结果精密度

采集某污水厂出水不同时间段的2个样品按2.2节方法进行8次余氯测定，结果见表1。两个样品8次平行结果的RSD为2.31%和0.73%。证明该便携式设备测定结果稳定。

表1 精密度检验结果

3.2 便携式余氯测定仪与分光光度法方法比对

采集某污水厂出水不同时间段的5个样品，同时按HJ586-2020《水质 游离氯和总氯的测定N，N-二乙基-1,4-苯二胺分光光度法》和便携式余氯测定仪法进行测定，结果见表2。将两种方法的结果进行配对T测验，结果见表3、4。从表3可以得出便携式余氯测定仪与国标法HJ586-2010测定结果：相关性检验结果R值为 0.996(R>0.9),证明2种方法具有显著的相关性。从表4中可以得出：便携式余氯测定仪与国标法HJ586-2010测定结果T检验的P值为0.838(P>0.05)，证明便携式余氯测定仪与国标法HJ586-2010测定结果之间没有显著性差异。从相关性检验结果和T检验的结果来看，便携式余氯测定仪测定的结果准确、可靠。

3.3 不同浓度次氯酸钠对余氯以及粪大肠菌群的影响

将有效氯浓度为10%的次氯酸钠原液，在实验室中按表5中的投加量投入到污水处理厂出水中，按2.2节的方法测定其余氯含量，同时测定粪大肠菌群数量，结果见表5。从表5中可以得出：次氯酸钠的添加量与产生的余氯浓度是成正比，与水样中粪大肠菌群浓度具有良好的线性关系，投加高浓度的次氯酸钠能够产生相应高浓度的余氯，并能抑制粪大肠菌群的产生。在水样中投加次氯酸钠浓度达到2.0 mg/L时，余氯浓度能达到0.6 mg/L，能够明显的抑制粪大肠菌群的生长，粪大肠菌群测定结果为52个/L,能够满足GB18918-2002 《城镇污水厂综合排放标准》一级A的要求(<103个/L)。

表2 便携式余氯测定仪与HJ586-2010方法测定结果 mg/L

表3 便携式余氯测定仪与HJ586-2010法测定结果相关性检验

表4 便携式余氯测定仪与HJ586-2010法测定结果T检验

3.4 次氯酸钠联合紫外消毒效果

根据表5的研究结果，在污水处理厂某日出水端在9:00、11:00、12:00、15:00投加不同量的次氯酸钠，用便携式余氯测定仪测定余氯浓度。并分别取开启紫外消毒工艺的出水样品和未开启紫外消毒工艺的出水样品测定粪大肠菌群的个数。以研究实际生产中次氯酸钠联合紫外消毒工艺对出水中粪大肠菌群的消毒效果，结果见表6。从表6中可以看出，在次氯酸钠浓度相同的情况下，使用紫外消毒可以明显降低粪大肠菌群数量，次氯酸钠联合紫外消毒明显优于单用次氯酸钠消毒效果。当次氯酸钠投加量在2.0 g/m3时，余氯浓度能达到0.6 mg/L左右，在开启紫外消毒的情况下，出水中粪大肠菌群的数量基本上能够满足GB18918-2002 《城镇污水厂综合排放标准》一级A的要求(<103个/L)。而单独使用次氯酸钠消毒则需要次氯酸钠投加量达到3.0 g/m3，余氯达到1.42 mg/L，出水中粪大肠菌群数量才能满足GB18918-2002 《城镇污水厂综合排放标准》一级A的要求。

表5 不同次氯酸钠投加量对余氯的影响以及对粪大肠菌群的影响

表6 某污水厂出水各时间段不同消毒方式粪大肠菌群测定结果

4 结论

通过DR300便携式余氯测定仪测定结果与HJ586-2020《水质 游离氯和总氯的测定N，N-二乙基-1,4-苯二胺分光光度法》测定结果进行T测验比对，证明其测定结果准确稳定可靠。便携式余氯测定仪相比分光光度法具有简单、快速的特点，可快速测定污水厂出水中的余氯，从而更快地反馈出水中余氯结果，用于生产工艺调整。

通过实验室内试验和生产实际证明投加高浓度的次氯酸钠能够产生相应高浓度的余氯，能够抑制粪大肠菌群的生长，但过高浓度的余氯会对环境产生不利影响，因此应将次氯酸钠的投加量控制在合理的范围内。在工艺改造完成后，次氯酸钠联合紫外消毒法的工艺能够节省次氯酸钠的用量，次氯酸钠投加量在2.0 g/m3时，就能满足GB18918-2002 《城镇污水厂综合排放标准》一级A的要求(<103个/L)，比单独升级改造前单独使用次氯酸钠消毒能够节省次氯酸钠1.0 g/m3，据此测算年可节省次氯酸钠20 t左右，从而达到节约资源，保护环境的目的。