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城鎮污水處理中紫外線消毒的應用和監測研究

發布時間：2014-11-26 10:51:28     瀏覽次數：3898

龔  立

(徐州建邦環境水務有限公司  江蘇省徐州    221000)

摘  要:介紹城市污水處理廠中紫外消毒技術、影響因素和光復活原理，通過對某城鎮污水廠紫外消毒后污水中糞大腸桿菌檢測取樣點位、水樣存放條件進行研究，找出最能反映紫外線消毒設備運行效果的特征取樣位置與保存條件，同時為污水處理廠出水糞大腸桿菌檢測提供參考。

關鍵詞:污水處理，紫外消毒，光復活，監測規范

1 緒論

1.1 研究背景

生活污水、醫院污水和一些生產廢水中通常含有大量的細菌或病毒，這些細菌或病毒不能被常規污水處理工藝去除，這些細菌或病毒若直接排放，將引起較嚴重的衛生問題。2002年12月24日國家環境保護總局和國家質量監督檢驗檢疫局聯合頒布的《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中首次將微生物指標列為基本控制指標。在污水處理中，通常采用的消毒方法有氯消毒（如氯氣消毒、次氯酸鈉消毒）、氧化劑消毒（如臭氧消毒、過氧乙酸消毒）、紫外線消毒。近年來，隨著紫外線消毒技術的不斷進步，其操作簡單、占地面積小、不產生有毒有害消毒副產物、對受接觸水體也無副作用等優勢，使紫外線消毒技術在國內外污水處理領域中得到廣泛應用，成為替代傳統氯消毒的主要方法之一。

1.2 研究意義和目的

隨著紫外消毒技術的廣泛應用，紫外線消毒的運行效果得到了人們的關注。由于紫外線消毒不具備殘余消毒能力，而微生物具有自我修復機制，消毒后的出水微生物發生光復活，在適宜的環境下增殖，從而影響了污水處理廠出水水質的測定。國內現有污水處理廠對出水糞大腸桿菌的監測點位多為污水處理廠總排放口。

紫外消毒研究是通過徐州某污水處理廠出水不同取樣位置、水樣存放條件等因素變動下檢測糞大腸桿菌數量，找出最能反映紫外線消毒設備運行效果的特征取樣位置與保存條件，同時為污水處理廠出水糞大腸桿菌檢測提供參考。

2 紫外消毒及微生物復活理論基礎

2.1 紫外消毒的基本原理

污水紫外消毒采用的是 C 波段紫外線，波長為200 nm ～ 275 nm。紫外消毒的原理[1-2]為: 紫外線照射到微生物時，發生能量的傳遞和積累，一方面導致核酸突變，阻礙其復制和轉錄，封鎖及阻礙蛋白質的合成; 另一方面，產生的自由基可引起光電離，從而導致細胞的死亡。其中，DNA 是紫外線破壞生物體的主要對象，而紫外線導致 DNA 損傷主要是由于生成了一類光化學產物―――環丁烷型嘧啶二聚體，這些二聚體的生成可以阻礙 DNA 的復制和轉錄，引起細胞變異，從而導致細胞死亡。

2.2 紫外線消毒的影響因素[3]

影響紫外線殺菌效果的因素主要有:紫外線燈管的功率、性能、使用時間和照射方式等;處理水的物理化學性質,如懸浮物(SS)、濁度、色度、水中微生物的類型和數量、其他雜質含量等;系統設計的方式以及反應器的形態,水力條件等等。

2.3微生物光復活原理[4-5]

微生物光復活是指在可見光的照射下，微生物利用自身的光復活機制對紫外線損傷進行逆轉，主要通過 3 種途徑: 一是在光復活酶的作用下，在藍紫光波波長為 310 nm ～480 nm 的光照條件下，連接在一起的可以逆轉的光產物嘧啶二聚體解聚而形成單體，是 DNA 恢復復制能力; 二是用未損傷的核苷酸取代嘧啶二聚體，是 DNA 恢復正常功能和結構; 三是細胞在 DNA 復制時將損傷部位忽略和繞過，通過切割修復和重組修復從基因組中除去這種光化學產物，即向環丁烷型嘧啶二聚體轉移一個電子，使其裂解，從而恢復 DNA 雙螺旋結構。

2.4 微生物暗復活[6]

在避光情況下也微生物會自動修復，從而重新獲得活性，這種現象叫做暗復活。根據有關研究，避光保存后大腸桿菌菌群數基本保持不變，暗修復作用不顯著。

3 研究內容及方法

3.1 研究內容

江蘇徐州某污水處理廠采用工藝為AAO+深度處理+紫外線消毒技術，本研究通過該廠紫外線消毒設備后水樣取樣深度、距離紫外消毒的位置，水樣保存條件等不同條件下對糞大腸桿菌數量的測定，找到對糞大腸桿菌復活影響最小的取樣位置及水樣保存工況。

3.2 實驗方法

考慮污水處理廠紫外消毒設備處理后出水中糞大腸桿菌數量受取樣位置、采樣深度、樣品保存方式、保存時間等諸多因素影響，本實驗以正交試驗的方式，研究影響因素之間的聯系以及對結果造成的影響。

3.3實驗步驟

3.3.1 光照對糞大腸桿菌復活的影響

根據現有紫外消毒實驗研究[7]證明紫外線光復活客觀存在，光照對出水糞大腸桿菌影響較大，故測定糞大腸桿菌取樣一定要避光保存。

3.3.2取樣對糞大腸桿菌復活的影響

考慮污水處理廠紫外消毒設備選定后，紫外線燈管功率、照射方式、水中微生物的性質等基本確定，燈管使用時間、處理水的物理化學性質（SS、色度等）與運行管理水平有直接關系，屬可控條件。本實驗將取樣深度，取樣距離紫外消毒末端距離，水樣保存時間，水樣保存溫度作為主要影響因素，每一因素設定3個水平，進行三因素三水平的正交試驗，試驗設計如表1，試驗方案如表2。

因素水平

A取樣深度

B距末端距離

C水樣保存時間

D水樣保存溫度

1

0.1米

0.1米

0h

自然水溫

2

0.3米

1米

6h

自然室溫

3

0.5米

3米

24h

冰箱4℃存放

表1 正交試驗表設計

 

 

          


          


          因素 
          		


          A取樣深度
          		


          B距末端距離
          		


          C水樣保存時間
          		


            D水樣保存溫度
          

          


          實驗1 
          		


          1(0.1) 
          		


          1(0.1) 
          		


          1(0) 
          		


          1(自然水溫) 
          

          


          實驗2 
          		


          1(0.1)
          		


          2(1) 
          		


          2(6) 
          		


          2(自然室溫) 
          

          


          實驗3 
          		


          1(0.1)
          		


          3(3) 
          		


          3(24) 
          		


          3(冰箱4℃存放) 
          

          


          實驗4 
          		


          2(0.3) 
          		


          1(0.1)
          		


          2(6)
          		


          3(冰箱4℃存放)
          

          


          實驗5 
          		


          2(0.3)
          		


          2(1)
          		


          3(24)
          		


           3(冰箱4℃存放)
          

          


          實驗6 
          		


          2(0.3)
          		


          3(3)
          		


          1(0)
          		


           1(自然水溫)
          

          


          實驗7 
          		


          3(0.5) 
          		

            
          
                
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