張磊

（徐州金核環保有限公司，江蘇徐州，221000）

摘要:徐州經濟技術開發區污水處理廠位于開發區緯荊山路以南、引線河東側,設計規模為4.5萬m3/d,根據污水處理廠進水水質和特點要求,設計采用水解酸化-缺氧-好氧〔A/0〕活性污泥法工藝，目前執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)的一級A排放標準，其中糞大腸菌群數不超過1000個/L。建廠時采用紫外燈消毒方式，但是自運行以來受進水中的氯化物、總固性物影響紫外燈管表面出現結垢現象且極難清理，燈管結垢后紫外線強度降低，在遇到瞬時水量大情況時不能保證糞大腸菌群數達標，導致出水效果大大降低，同時燈管的使用壽命也大大縮短；徐州開發區污水廠對消毒方式的選型進行研究并針對開發區污水廠由于受到構筑物場地限制，無法增設消毒接觸池的特殊情況，對其采用的多種消毒方式進行對比總結，并著重闡述了采用次氯酸鈉消毒方式的多種改進措施。

關鍵詞：消毒，紫外燈消毒，消毒接觸池，次氯酸鈉，糞大腸菌群數

1前言

徐州開發區污水廠的納污企業以光伏企業（多晶硅、單晶硅）為主，占總處理水量的60%左右，由于此類廢水含有高濃度的氯化物、總固性物（溶解性、膠狀性的二氧化硅），除了對水下設備、設施有較大的腐蝕作用，在后續的消毒工藝中會使紫外燈管上產生大量的垢，大大降低了紫外燈的使用壽命及效果。所以，在提標改造中改用次氯酸鈉消毒的方式，由于受到構筑物場地限制，無法增設消毒接觸池，導致次氯消毒的停留時間不足，及時過量投加也無法保證出水糞大腸菌群數穩定達標。為此，我廠就次氯的投加點及投加方式進行了進一步探討。

2 開發區污水廠消毒方式的選型

2.1消毒技術概述

消毒對于飲用水是必不少的處理工藝，對污水處理而言，雖不是必需的，但對于污水廠的尾水的安全排放或回用，尤其是對近年來實施較多的工業水回用工程，消毒處理已成為必須考慮的工藝步驟之一，具有非常重要的作用。另外，根據國家規定，新建污水處理廠處理出水應消毒。

生活污水、醫院污水、禽畜養殖、生物制品和食物、制藥等部門排出的廢水通常含有大量細菌，其中一些屬于病原菌。每人每天估計大約排泄2×109個大腸桿菌。生活污水中含有大腸桿菌可達10萬－100萬個/ml，糞便鏈球菌1000－100000個/m1，此外還含有各種致病、經水傳播的疾病、腸炎、肝炎等。此外，由腸道傳染病毒，如傷寒、痢疾、霍亂以及馬鼻疽、鉤端螺旋體病、腸炎、肝炎等。此外，由腸道病毒引起的傳染病如肝炎等和結核病也能隨水傳播。未經消毒而任意排放這類廢水，可能會導致嚴重的衛生問題。

污水中的病原體主要有三類：病原性細菌、腸道病毒和蠕蟲卵。分類詳見表。

              表2-1 病原體分類表

所謂消毒：是指通過消毒劑或其它消毒手段，殺滅水中致病微生物的處理過程。消毒與滅菌是兩種不同的處理工藝，在消毒過程中并不是所有的微生物被破壞，它僅要求殺滅全部致病微生物。

在廢水處理過程中，由于水中的致病微生物大多數粘附在懸浮粒上，因此如混凝、沉淀和過濾一類的過程也可去除相當部分的致病微生物。例如，采用明礬混凝可除去95％－99％的柯薩基(C0xsachie)病毒，而FeCl3的除率為92％－94％。另外，其他處理過程中所加入的化學藥劑，如苛性堿、酸、氯、臭氧等，也同時對致病微生物有殺滅作用。因此，對排放的尾水進行消毒，必須結合整個過程，確定其必要性、適應性和處理程度。

消毒方法大體可分為兩類：物理方法和化學方法。物理方法主要有加熱、冷凍、輻照、紫外線和微波消毒等方法。但目前最常用的還是用化學試劑的化學方法。化學方法是利用各種化學藥劑進行消毒，常用的化學消毒劑的化學劑有多種氧化劑（氯、臭氧、溴、碘、高錳酸鉀等）、某些重金屬離子（銀、銅等）及陽離子型表面活性劑等。

其中，氯價格便宜，消毒可靠又有成熟經驗，是應用最廣的消毒劑。但最近人們發現采用加氯消毒也可以引起一些不良的副作用。如廢水中含酚一類有機物質時，有可能形成致癌化合物主日氯代酚或氯仿等，水中病毒對氯化消毒也有較大的抗性，因此，目前還展開了對其他廢水消毒手段的研究，如二氧化氯消毒，紫外線消毒等。

2.2消毒方法比較

徐州開發區污水處理廠的出水，根據《城市污水處理及污染防治技術政策》（建設部、國家環境保護總局、科技部建城[200]124號）7.2條規定：為保證公共衛生安全，防止傳染性疾病傳播，城市污水處理設施應該設置消毒設施，本次設計采用消毒工藝。在污水處理工程中得到廣泛應用消毒方法主要有：液氯、紫外線消毒技術和次氯酸鈉消毒技術。

2.2.1氯消毒

在水溶液中，鹵素（包括氯、溴和碘）是非常高效的消毒劑，其中，氯在污水消毒中應用的最為廣泛。

氯溶于水時，會生成次氯酸，次氯酸可以快速進入細胞膜，破壞細胞組織，從而起到殺菌消毒的作用。

氯作為一種強氧化性消毒劑，由于其殺菌能力強，價格低廉，使用簡單，是目前污水消毒中應用最廣泛的消毒劑，已經積累了大量的實踐經驗。氯氣消毒自1908年問世以來，隨著水質分析技術的不斷發展和完善，科學家們對液氯消毒在水處理上的應用重新進行了評估和研究，發現氯氣消毒具有以下缺點：（1）氯會與水中腐殖酸類物質反應形成致癌的鹵代烴；（2）氯會與酚類反應形成帶有怪味的氯酚；（3）氯與水中的氨反應形成消毒效力低的氯胺，而且排入水體后對魚類有危害；（4）氯在PH值較高時消毒效力大幅度下降；（5）氯長期使用會引起某些微生物的抗曲線性。有鑒于此，人們對其他的代用消毒劑產生了很大的興趣并進行了廣泛的研究。

2.2.2紫外線消毒

紫外線消毒技術是利用紫外線-C波段（即殺菌波段，波長180-380mm）破壞水體中各種病毒和細菌及其他致病體中的DNA結構。它是基于現代防疫學、光學、數學、生物學及物理化學的基礎，利用特殊設計的高效率、高強度和長壽命的C波段紫外光發生裝置產生強紫外C光照射流水，當水中各種細菌、病毒、寄生蟲、水藻及其病原件受到一定劑量的紫外C光輻射后，其細胞中DNA結構受到破壞（鍵斷裂、光學反應），從而改變DNA的生物活性；使微生物自身不能復制，在不使用任何化學藥劑的情況下殺滅水中細菌、病毒以及其它致病菌，不產生任何污染，目前國內有很多污水處理廠等均采用此種消毒方式，現場檢測其殺菌效率高達99.9％，其具有如下優勢：

2.2.2.1高效率殺菌

紫外線消毒技術具有其它技術無法比擬的殺菌效率，一般對細菌和病毒的殺菌作用一般在幾秒以內，傳統的消毒方式一般需要接觸時間在20min以上；

2.2.2.2高效殺菌廣譜性

紫外線對幾乎所有的細菌、病毒都有高效率的殺滅，特別是一些對人類危害極大的，而含氯消毒劑無法有效殺滅的寄生蟲如隱性包囊蟲(cryptosporidium)、賈第鞭毛蟲（giardia¹）等，其它都能有效殺滅。

2.2.2.3無二次污染

由于紫外線僅僅是消毒，并且不加入任何化學藥劑，因此對水體和周圍環境不產生二次污染，不改變水體中任何成分，對于含氯的消毒劑來說，它與水中有機物產生有機氯已被世界公認為對人體產生致癌作用，臭氧也有類似問題，會產生大量難聞的未溶解的臭氧，對人體健康會產生不良影響。

2.2.2.4運行可靠、安全

傳統的消毒技術如含氯消毒劑、臭氧，其消毒劑本身就是屬于劇毒、易燃、易爆炸的物質，這些物質會對現場操作人員以及周圍環境和居民的安全產生潛在威脅，國家對這些物質也有嚴格的運行、保存和操作規定。

2.2.2.5占地小、無噪音

紫外線系統僅需要一過水水渠，將紫外線模式安裝在自流水渠上即可，接觸時間不到一分鐘即可。

徐州開發區污水廠建廠初采用的是紫外燈消毒，紫外燈消毒具有不投加藥劑、設備操作簡單的特點，但是自運行以來受進水中的氯化物、總固性物影響紫外燈管表面出現結垢現象且極難清理，燈管結垢后紫外線強度降低，在遇到瞬時水量大情況時不能保證糞大腸菌群數達標，導致出水效果大大降低，同時燈管的使用壽命也大大縮短。

2.2.3次氯酸鈉消毒

次氯酸鈉是一種強氧化劑，屬于真正高效、廣譜、安全的強力滅菌、殺病毒藥劑，有很強的殺菌效力，可以代替漂白粉等氧化劑。1、殺菌消毒原理（1）次氯酸鈉消殺最主要的作用方式是通過它的水解形成次氯酸，次氯酸再進一 次氯酸鈉是一種強氧化劑，屬于真正高效、廣譜、安全的確力滅菌、殺病毒藥劑，有很強的殺菌效力，可以代替漂白粉等氧化劑。

2.2.3.1殺菌消毒原理（1）次氯酸鈉消殺最主要的作用方式是通過它的水解形成次氯酸，次氯酸再進一步分解形成新生態氧【O】，新生態氧的極強氧化性使菌體和病毒上的蛋白質等物質變性 ，從而致死病源微生物。其過程可用化學方程式簡單表示如下∶NaClO² ＋ H2O = HCIO +NaOHHClO³ HCl⁴+【O】（2）根據化學測定，PPM級濃度的次氯酸鈉在水里幾乎是完全水解成次氯酸，其效率高于 99.99%。次氯酸在殺菌、殺病毒過程中，不僅可作用于細胞壁、病毒外殼，而且因次氯酸分子小，不帶電荷，還可滲透入菌（病毒）體內，與菌（病毒）體蛋白、核酸、和酶等有機高分子發生氧化反應，從而殺死病原微生物。R-NH-R⁵ + HClOR2NCl ＋ H2O（3）次氯酸產生出的氯離子還能顯著改變細菌和病毒體的滲透壓，使其細胞喪失活性而死亡。此外，次氯酸鈉還能夠分解蔬菜、水果等農副產品上所殘存的微量農藥。絕大多數農藥都是由有機物組成的，次氯酸鈉所釋放出來的新態氧能氧化分解掉這些物質。

2.2.3.2設備特點∶（1）裝置設計緊湊 ，占地面積小，無二次污染;（2）安全性高 ，排氫裝置保障設備安全運行;（3）陽極電催化活性效率高，壽命長;（4）有效氯濃度高，反應周期內達到8g/l以上;（5）設備只需定期加鹽和酸洗，操作簡易;（6）專設冷卻水使設備處于電解最佳溫度，酸洗系統使電極保持最佳效率;（7）達到或高干國家A級標準，電耗鹽耗低，節約成本;（8）管路及閥門、管件均采用耐腐蝕、密封性好的新型塑料。

2.2.3.3技術性能（1）電解槽電流效率>75%;（2）直流電耗<4kw.h/kg 有效氯;（3）交流電耗<6kw.h/kg 有效氯;（4）鹽耗<4kg/kg有效氯;（5）陽極強化壽命>26h;（6）陽極預測壽命>30000h。4.影響因素 （1）PH∶PH值對次氯酸鈉殺菌作用影響最大。PH值愈高 ，次氯酸鈉的殺菌作用愈弱，PH值降低，其殺菌作用增強。（2）濃度;在 PH、溫度、有機物等不變的情況下，有效氯濃度增加，殺菌作用增強。 （3）溫度∶在一定范圍內，溫度的升高能增強殺菌作用，此現象在濃度較低時較明顯。 （4）有機物∶有機物能消耗有效氯，降低其殺菌效能。 （5）水的硬度∶水中的Ca+、Mg+等離子對次氯酸鹽溶液的殺菌作用沒有任何影響。（6）氨和氨基化合物∶在含有氨和氨基化合物的水中，游離氯的殺菌作用大大降低。（7）碘或溴∶在氯溶液中加入少量的碘或溴可明顯增強其殺菌作用。 （8）硫化物;硫代硫酸鹽和亞鐵鹽類可降低氯消毒劑的殺菌作用。

次氯酸鈉消毒不會像臭氧在空氣中對生命造成損傷，也不會像氯氣同水反應腐蝕進水管道，但是需要一定的停留時間，一般在10-30min最宜。

徐州開發區污水廠在提標改造工程中更換了原有的消毒方式，采用次氯酸鈉消毒。 但是由于受到構筑物場地限制，無法增設消毒接觸池，無法保證次氯的停留時間 ，無法保證穩定達標，為此我廠進行多次加藥點及加藥方式的試驗。

2.3兩種消毒方式的比較

                       表2-2 紫外線與次氯酸鈉性能比較

3 確定次氯投加點及投加方式

3.1過濾池前采用自控系統投加

將加藥點設置在濾池前投加，目的是用濾池來替代消毒接觸池，次氯在此的停留時間大概是30min，在濾池前設置高位槽，通過自控系統進行投加能搞保證投加量的穩定性。

但是經過一段時間運行來看，由于二沉池及濾池內的有機物、雜物會消耗掉一部分次氯，尤其是進入到夏季，隨著水溫的增加，其生長繁殖速率加快，導致次氯的投加量明顯增大，噸水投加量一度高達0.1元。

      表3-1 次氯加藥量試驗                                                

3.2濾池后采用噴霧式投加系統

為了降低投加量，節省運行成本，我廠將投加點移到過濾池后，通過流加的方式的方式進行投加后。加藥點的后移雖然減少了用量，但是由于混合不均勻無法保證出水穩定達標。

3.2.1濾池后投加方式的確定

3.2.1.1將取樣點后移的投加方式

目的是利用管道自身長度以增加停留時間，但是由于水流速度較快，無法達到充分混合，出水效果不是很穩定。

3.2.1.2增設攪拌器、管道混合器

目的是使藥劑與出水能夠得到充分混合，但是其工程量比較大，比較難以實現。

3.2.1.3采用噴霧式投加方式

目的是能夠增加藥劑與出水的接觸面，使其能夠充分混合均勻。通過對藥劑投加量與所需要的噴霧成形面積對噴頭的大小進行選型，并通過泵給予壓力使其可以不間斷的勻量的投加。并通過了多次市場調研，確定了噴頭與泵的選型。

3.2.2噴霧式投加的實際效果

在確定了噴霧式投加方式的可行性后，對藥劑的投加量及稀釋濃度進行了多次試驗，自4月份投入使用以來能夠在保證出水大腸桿菌達標的同時降低了次氯的用量。

經稀釋一倍后的次氯通過噴霧加藥系統的成霧效果較好且大腸桿菌的值也較穩定，但是由于次氯與水會產生NaOH⁶，而噴頭的孔徑比較細，容易堵塞噴頭，需要定期清理。 

表3-3 與去年同期次氯酸鈉單耗對比

 自采用噴霧式次氯加藥裝置運行以來在保證出水大腸桿菌穩定的同時次氯的噸水成本下降了40.3%。

4 結論

次氯酸鈉消毒是目前國內污水處理中應用較普遍的一種消毒方式，但是由于其消毒原理所致，如何保證其消毒效果的穩定性，需要在細節上進行控制。徐州開發區污水廠通過多次試驗確定了次氯的最佳投加點及投加方式，在實際運行中也能夠保證出水大腸桿菌達標的同時降低次氯的投加量，但是噴霧加藥系統還存在易堵塞影響噴霧效果得現象，后續我廠還將進一步進行改善以確保次氯加藥系統的穩定運行。

作者簡介：張磊（1988年--），男，江蘇徐州人，本科學歷，徐州核瑞環保投資有限公司助理工程師，研究方向為污水處理，聯系電話：15905202516，郵箱：28