消毒工藝論文: 污水處理幾種消毒工藝 技術(shù)經(jīng)濟比較

　　摘要：通過(guò)對單過(guò)硫酸氫鉀復合粉為代表的新型活性氧、液氯、紫外、二氧化氯等消毒工藝的機理印刷(吉印通)工藝有幾種，分析了各

　　種消毒工藝的優(yōu)缺點(diǎn)以及投資及運行成本的分析比較，確定了適合江心洲污水處理廠(chǎng)的消毒工藝印刷(吉印通)工藝有幾種。

　　關(guān)鍵詞：消毒工藝；技術(shù)經(jīng)濟；污水處理

　　隨著(zhù)環(huán)境污染的日益嚴重，為更好地保護水環(huán)境， 保護人類(lèi)的生命健康 ，世界許多國家和地區( 北美、歐盟、日本、韓國、臺灣等) 要求城市污水在排放前進(jìn)行消毒處理印刷(吉印通)工藝有幾種。中國國家環(huán)境保護總局和國家質(zhì)量檢測檢疫總局于2002 年12 月2* 日頒布的《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB1*91*-2002）中也首次將微生物指標列為基本控制指標，要求城市污水必須進(jìn)行消毒處理。部分國家和地區也制定了相應的消毒指標，詳見(jiàn)表1。

　　從表1 我們可以看出，污水處理消毒是為了降低出水的大腸菌群數，而選擇什么樣的消毒工藝對于每個(gè)城市污水處理廠(chǎng)都是很關(guān)鍵的印刷(吉印通)工藝有幾種。南京市江心洲污水處理廠(chǎng)原消毒工藝采用了液氯消毒，但是液氯消毒工藝在運行中存在很大的安全隱患，安全管理成本較高， 且鑒于液氯消毒的副作用較大，對環(huán)境的二次污染較為明顯，而江心洲污水處理廠(chǎng)所處的特殊地理環(huán)境， 以及完善液氯消毒安全管理需要追加的投資，也制約了液氯消毒的投入使用。為此，我們對幾種消毒工藝進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟比較，建議采取新型活性氧消毒工藝設計變更。

　　1 污水消毒工藝的技術(shù)比較

　　消毒方法可分為物理消毒法和化學(xué)消毒法印刷(吉印通)工藝有幾種。物理消毒法主要利用加熱、冷凍、輻照等方法對微生物的遺傳物質(zhì)核酸進(jìn)行破壞而達到消毒目的，工程中常用的物理消毒方法主要有紫外線(xiàn)消毒法等。化學(xué)消毒法是利用消毒劑的強氧化性來(lái)破壞微生物的結構而達到消毒的目的，工程中常用的化學(xué)消毒方法有液氯消毒、-*0-

　　二氧化氯消毒、臭氧消毒以及新型活性氧消毒( 如單過(guò)硫酸氫鉀）等印刷(吉印通)工藝有幾種。

　　1.1 氯消毒

　　氯與水反應時(shí)，一般產(chǎn)生“歧化反應”，生成次氯酸(HOCl) 和鹽酸(HCl)印刷(吉印通)工藝有幾種。其反應式為：

　　Cl2+H2O ＝ HOCl+Cl-+H+

　　氯的滅菌作用主要是次氯酸，因為它是體積很小的中性分子，能擴散到帶有負電荷的細菌表面，具有較強的滲透力，能穿透細胞壁進(jìn)入細菌內部印刷(吉印通)工藝有幾種。氯對細菌的作用是破壞其酶系統，導致細菌死亡。而氯對病毒的作用，主要是對核酸破壞的致死性作用。

　　自從20 世紀初，氯化法就廣泛地應用于水消毒工藝印刷(吉印通)工藝有幾種。目前，氯化法消毒仍是應用最廣的化學(xué)消毒方法，其主要特點(diǎn)是：

　　1）處理水量較大時(shí)，單位水體的處理費用較低印刷(吉印通)工藝有幾種。

　　2）水體氯消毒后能長(cháng)時(shí)間地保持一定數量的余氯，從而具有持續消毒能力印刷(吉印通)工藝有幾種。

　　*）氯消毒歷史較長(cháng)，經(jīng)驗較多，是一種比較成熟的消毒方法印刷(吉印通)工藝有幾種。江心洲污水處理廠(chǎng)原先選擇這樣的消毒工藝肯定也是考慮到氯消毒的這些特點(diǎn)。

　　但據研究發(fā)現氯消毒至今已知的消毒副產(chǎn)物已經(jīng)有*00 種以上，但是絕大多數的濃度只有微克/ 升(μg/ L) 級，且許多消毒副產(chǎn)物未作進(jìn)一步的研究印刷(吉印通)工藝有幾種。在大量的消毒副產(chǎn)物中，目前集中研究的只有三鹵甲烷、鹵乙酸、鹵乙腈、鹵代酮、鹵代醛、鹵代酚等20 余種， 其中對于THMs 的致癌性已有共識，其它大部分具有一般毒性，部分具有致突性。THMs 等鹵化有機物的產(chǎn)生主要是水體中的有機物與氯作用的結果，而城市生活污水中含有大量的有機物，經(jīng)氯消毒后，會(huì )生成鹵化有機物等消毒副產(chǎn)物，隨污水進(jìn)入地面水體，污染水源，并對魚(yú)類(lèi)等水生生物產(chǎn)生毒害作用。氯消毒的副產(chǎn)物已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注，我國新型頒布的水質(zhì)指標中就明確增加對鹵代產(chǎn)物的控制，新標準將在2012 年7 月1 號之前全部實(shí)施，因此，改變江心洲污水處理廠(chǎng)目前的氯消毒工藝勢在必行。

　　1.2 二氧化氯消毒

　　二氧化氯也是一種強氧化劑，其氧化能力是氯的2* 倍，消毒能力僅次于臭氧，高于氯印刷(吉印通)工藝有幾種。試驗表明，二氧化氯在控制THMs 的形成和減少總有機鹵方面，與氯相比具有優(yōu)越性，二氧化氯與水中的腐殖酸和富里酸等腐殖質(zhì)都不會(huì )生成THMs，即使在飲水消毒過(guò)程中，投加少量的二氧化氯，也能有效地抑制THMs 的生成。二氧化氯是廣譜型消毒劑，對水中的病原微生物包括：病毒、芽孢、真菌、致病菌及肉毒桿菌均有很高的滅活效果，有剩余消毒能力，二氧化氯對孢子和病毒的滅活作用均比氯有效，并且在高pH 值與含氨的水中滅菌效果不受影響。另外，二氧化氯去除水中的色度、嗅、味的能力也較強。

　　制備二氧化氯的起始原料有氯酸鈉和亞氯酸鈉， 因亞氯酸鈉不能貯存，必須現場(chǎng)制取及時(shí)使用，且亞氯酸鈉價(jià)格昂貴，成本較高，所以現在一般用氯酸納制備二氧化氯的比較多印刷(吉印通)工藝有幾種。為了全面了解二氧化氯工藝， 江心洲污水處理廠(chǎng)委托某環(huán)保公司專(zhuān)門(mén)設計了一整套的工程方案。工程方案中以二氧化氯發(fā)生器來(lái)制備二氧化氯，其反應式為：

　　2NaClO* ＋ *HCl = 2ClO2 ＋ 2NaCl ＋ Cl2 ＋ 2H2O

　　但在與該公司的技術(shù)溝通中，我們了解到不管是用亞氯酸鈉還是氯酸鈉制備二氧化氯，它們在消毒過(guò)程中都會(huì )產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，當反應不完全時(shí)，自由性氯同樣會(huì )與有機物反應，有可能生成THMs，所以使用二氧化氯也要追加一定的安全管理成本印刷(吉印通)工藝有幾種。

　　1.* 臭氧消毒

　　臭氧是強氧化劑，臭氧化和氯化一樣，既起消毒的作用，也起氧化作用，但是臭氧的消毒能力和氧化性都比氯強，能氧化水中的有機物，并能殺死病毒、芽孢及細菌印刷(吉印通)工藝有幾種。臭氧都是在現場(chǎng)用空氣或純氧通過(guò)臭氧發(fā)生器制取，產(chǎn)率分別為1%-*% 和2%-*%。

　　根據目前的研究可以發(fā)現：

　　1）臭氧消毒反應迅速，殺菌效率高，同時(shí)能有效地去除水中殘留有機物、色、嗅、味等，受pH 值、溫度的影響很小印刷(吉印通)工藝有幾種。

　　2）臭氧能夠減少水中THMs 等鹵代烷類(lèi)消毒副產(chǎn)物的生成量印刷(吉印通)工藝有幾種。

　　*）臭氧消毒可以降低水中總有機鹵化物的濃度印刷(吉印通)工藝有幾種。

　　由于臭氧消毒工藝目前在大型城市污水處理廠(chǎng)運用的較少，另外臭氧穩定性差容易分解為氧氣，故不能瓶裝貯存和運輸，必須現場(chǎng)制備及時(shí)使用，設備投資大，電耗大，成本較高；運行管理比較復雜印刷(吉印通)工藝有幾種。所以江心洲污水處理廠(chǎng)在選擇的替代消毒工藝中并沒(méi)有考慮臭氧工藝。

　　1.* 紫外線(xiàn)消毒

　　紫外線(xiàn)根據生物效應的不同，按照波長(cháng)劃分為A、B、C、D 四個(gè)波段，水處理領(lǐng)域的消毒主要采用的是C 波段紫外線(xiàn)印刷(吉印通)工藝有幾種。水的紫外線(xiàn)消毒，是一種光化學(xué)效應。研究表明，紫外線(xiàn)主要是通過(guò)對微生物（細菌、病毒、芽孢等病原體）的輻射損傷和破壞核酸的功能使微生物致死從而達到消毒的目的。微生物的核酸分子吸收光譜的范圍是2*0nm ～ 2*0 nm，對波長(cháng)2*0nm 的紫外線(xiàn)有最大吸收，而低壓紫外線(xiàn)消毒燈所產(chǎn)生的光波波長(cháng)其中心輻射波長(cháng)是2**.7 nm，正好與之相符合。 -*1-

　　紫外線(xiàn)消毒是一種物理方法，相比于化學(xué)方法， 它的優(yōu)點(diǎn)也很多印刷(吉印通)工藝有幾種。它不向水中增加任何物質(zhì)，沒(méi)有副作用，不會(huì )產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，它的消毒速度快﹑效率高﹑占地面積??；設備操作簡(jiǎn)單，便于運行管理和實(shí)現自動(dòng)化等。然而，紫外線(xiàn)的滅菌作用只在其輻照期間有效，所以被處理的水一旦離開(kāi)消毒器就不具有殘余的消毒能力，容易遭受二次污染，所以當細菌未被滅活而進(jìn)入后續系統，就無(wú)法阻止其粘附在下游管道表面并繁衍后代；只有吸收紫外線(xiàn)的微生物才會(huì )被滅活，因此對于懸浮固體很多水質(zhì)較差的水，例如污水， 由于懸浮固體可以庇護微生物使其免遭傷害，消毒效果很難保證。尤其江心洲污水處理廠(chǎng)日處理為** 萬(wàn)噸， 如果其處理效果不理想的話(huà)，這么大量的出水勢必會(huì )對接納水體長(cháng)江造成巨大的污染。另外，由于紫外線(xiàn)消毒采取的是明渠，而我廠(chǎng)為接觸池，需要進(jìn)行部分的土建改造。

　　1.* 活性氧消毒劑( 以單過(guò)硫酸氫鉀為例)

　　單過(guò)硫酸氫鉀復合物溶于水后印刷(吉印通)工藝有幾種，經(jīng)過(guò)循環(huán)鏈式反應，連續持久產(chǎn)生新生態(tài)氧「O」：

　　HSO*- → HSO*- ＋「O」

　　HSO*- ＋ 2H2O → HSO*- ＋ 2H+ ＋ 2e

　　復合物在水中釋放出一定濃度的超氧自由基「ROOO」，反應活性大，氧化能力極強，可以使細胞中的單糖、多糖、蛋白質(zhì)、DNA、RNA 等發(fā)生氧化， 遭受損傷與破壞印刷(吉印通)工藝有幾種。活性氧自由基在極低濃度時(shí)就能完全殺滅水中的原生動(dòng)物、藻類(lèi)、孢子細菌等策生物， 剩余的基因及微生物尸體均可被分解成H2O、CO2、O2 及無(wú)機鹽類(lèi)，沒(méi)有藥劑殘留。

　　單過(guò)硫酸氫鉀復合物溶于水后具有如下的特點(diǎn)：

　?。?）氧化能力強，殺滅效率高，不但能殺滅水中的各種微生物，還能殺滅原蟲(chóng)和藻類(lèi)印刷(吉印通)工藝有幾種。

　?。?）可直接氧化水中的腐植物及三鹵甲烷前體物，因此反應不產(chǎn)生三鹵甲烷(thm)、鹵乙酸和其它有害物質(zhì)印刷(吉印通)工藝有幾種。

　?。?）能破壞水中的酚類(lèi)、硫化物類(lèi)、氰化物類(lèi)、亞硝酸類(lèi)及其它有害化合物，特別是對酚類(lèi)控制效果好，不產(chǎn)生有厭氧氣味的氯酚，提高了水質(zhì)和除臭作用，同時(shí)能和水中有色、味的有機物反應，脫去其色和味，改善水的味道印刷(吉印通)工藝有幾種。

　?。?）在水中通過(guò)鏈式反應，維持微量新生態(tài)[O] 氧和活性氧自由基[ROOO] 使其氧化能力穩定，作用持久，可以防止水中的再次污染印刷(吉印通)工藝有幾種。通過(guò)它的特點(diǎn)我們可以看出其消毒劑的消毒能力是強于液氯的，而同時(shí)又不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，還有它的作用持久以及氧化能力的穩定又是紫外線(xiàn)工藝所不能及的。

　　考慮采用此工藝設計變更，可以很好的利用現有的已經(jīng)建成的管道、水泵等設備，另外，溶藥罐也可以從一級加藥處理的投資設備中調劑使用，不需要增加更多的投資印刷(吉印通)工藝有幾種。

　　2 污水消毒工藝的經(jīng)濟比較

　　通過(guò)對比以上這些工藝的特點(diǎn)，單過(guò)硫酸氫鉀為代表的活性氧消毒工藝顯示出了超出其它工藝的優(yōu)點(diǎn)印刷(吉印通)工藝有幾種。但是否適合投入到污水處理的消毒中還需要看他們的實(shí)際投資及運行成本，所以，下面我們又對其投資運行的經(jīng)濟性做了比較。

　　以江心洲污水處理廠(chǎng)** 萬(wàn)噸/ 日處理量為例， 設備投資按照10 年使用壽命周期計算印刷(吉印通)工藝有幾種。

　　說(shuō)明：從上表我們可以分析得出，紫外線(xiàn)消毒的投資成本最高，活性氧的投資成本最低；液氯的運行成本最低，活性氧的運行成本最高印刷(吉印通)工藝有幾種。

　　* 結論

　?。?）傳統的化學(xué)消毒工藝消毒液氯和二氧化氯， 都比較容易產(chǎn)生副產(chǎn)物，安全管理成本較高印刷(吉印通)工藝有幾種。（2） 臭氧消毒工藝由于在大型污水處理廠(chǎng)使用的并不多， 而且它的投入成本較大，運營(yíng)管理成本也很高。（*） 物理的方法紫外線(xiàn)消毒由于它對水質(zhì)要求比較高，設備投資和運行維護費用也較高，以及后續的消毒效果差也沒(méi)有顯示出優(yōu)勢來(lái)。（*）新型的活性氧消毒劑在水處理過(guò)程中體現出了高效、安全等優(yōu)勢，同時(shí)操作簡(jiǎn)單，工藝也不復雜，適合大、中、小型污水處理廠(chǎng)。（*）江心洲污水處理廠(chǎng)針對目前的設備設施現狀， 如果要完善液氯的所有設施及安全用具，其投資不會(huì )低于100 萬(wàn)元；如果通過(guò)設計變更，采用活性氧消毒工藝，需要增加** 萬(wàn)元的投資；采用二氧化氯消毒工藝；需要增加投資200 萬(wàn)元元；采用紫外線(xiàn)消毒工藝， 需要增加投資*00~1000 萬(wàn)元。經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟分析比較，以及今后消毒運行的實(shí)際情況，我們最終建議了江心洲污水處理廠(chǎng)采用活性氧消毒工藝的變更。

　　參考文獻

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　　[2] 張自杰印刷(吉印通)工藝有幾種，等. 排水工程[m]. 中國建筑工業(yè)出版社.

　　[*] 南京市江心洲污水處理廠(chǎng)初步設計說(shuō)明[m]. 中國市政工程華北設計研究院.

　　[*] 污水處理廠(chǎng)運營(yíng)管理與考核及規章制度務(wù)實(shí)手冊[m]. 河北音像出版社.

　　作者簡(jiǎn)介

　　嚴小明(1977-)，男，南京市排水管理處江心洲污水處理廠(chǎng)，工程師， 研究方向：市政污水處理印刷(吉印通)工藝有幾種。

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