對(duì)國(guó)內(nèi)城市污水處理廠出水消毒的現(xiàn)狀, 分別介紹了紫外線消毒、液氯消毒、臭氧消毒等污水消毒工藝的原理及設(shè)備組成和各自特點(diǎn), 并對(duì)這幾種消毒工藝進(jìn)行了綜合比較, 指出了每種工藝的適用范圍, 以指導(dǎo)相關(guān)人員合理選擇,提高污水消毒效率。
城市污水經(jīng)處理后, 水質(zhì)已經(jīng)改善, 細(xì)菌含量也大幅度減少, 但細(xì)菌的絕對(duì)數(shù)量仍很可觀, 并存在有病原菌的可能, 必須在去除掉這些微生物以后, 廢水才可以安全地排入水體或循環(huán)再用。隨著居民對(duì)生活品質(zhì)要求的不斷提高, 污水處理廠的處理出水對(duì)城市水體造成的影響引起了人們對(duì)健康和安全問(wèn)題的更多關(guān)注。消毒是滅活這些致病生物體的基本方法之一, 因此污水處理廠的尾水消毒已經(jīng)成為污水處理中的重要工序, 水處理專業(yè)人員也在不斷探索污水消毒的最佳方法。
1 幾種消毒工藝方法
1. 1 物理消毒方法——紫外線消毒
1. 1. 1 紫外線消毒原理
紫外線消毒是一種物理消毒方法, 紫外線消毒并不是殺死微生物, 而是去掉其繁殖能力進(jìn)行滅活。紫外線消毒的原理主要是用紫外光摧毀微生物的遺傳物質(zhì)核酸( DNA 或RNA ), 使其不能分裂復(fù)制。除此之外, 紫外線還可引起微生物其他結(jié)構(gòu)的破壞。紫外線是一種波長(zhǎng)范圍為136 nm ~ 400 nm 的不可見(jiàn)光線。在該波段中260 nm 附近已被證實(shí)是殺菌效率最高的, 目前生產(chǎn)的紫外燈的最大功率輸出在253. 7 nm 波長(zhǎng)。該波長(zhǎng)輸出在目前世界頂極紫外燈中已占到紫外能量的90%, 總能量的30%, 由于高強(qiáng)度、高效率的紫外C 波段的存在, 紫外技術(shù)已成為水消毒領(lǐng)域一個(gè)具有相當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)。
1. 1. 2 紫外線消毒器的結(jié)構(gòu)形式
1)敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)。在敞開(kāi)式UV消毒器中被消毒的水在重力作用下流經(jīng)UV 消毒器并殺滅水中的微生物。
2)封閉式結(jié)構(gòu)。封閉式UV 消毒器屬承壓型, 用金屬筒體和帶石英套管的紫外線燈把被消毒的水封閉起來(lái)。
1. 2 化學(xué)消毒方法
1. 2. 1 液氯消毒
1)液氯消毒原理。向水中加入液氯或者次氯酸鹽(如Na C lO)溶液消毒時(shí), 在水中發(fā)生如下反應(yīng)：
HOC,l OC l- 之和稱作有效自由氯, 其中以HOC l消毒效果最好。排入水體時(shí), 氯會(huì)和水中的氨氮、有機(jī)氮反應(yīng)生成消毒效果較差的無(wú)機(jī)氯胺和有機(jī)氯胺, 稱作化合氯。總余氯是指有效自由氯和有效化合氯之和。氯的消毒效果受接觸時(shí)間、投加量、水質(zhì) (含氮化合物濃度、SS濃度)、溫度、pH 以及控制系統(tǒng)的影響。
2) 加氯系統(tǒng)。目前常用加氯系統(tǒng)包括加氯機(jī)、接觸池、混合設(shè)備以及氯瓶等部分。
1. 2. 2 臭氧消毒
1) 臭氧消毒原理。臭氧( O3 ) 是氧( O2 ) 的同素異形體, 純凈的O3 常溫常壓下為藍(lán)色氣體。臭氧具有很強(qiáng)的氧化能力( 僅次于氟), 能氧化大部分有機(jī)物。臭氧滅菌過(guò)程屬物理、化學(xué)和生物反應(yīng), 臭氧滅菌有以下三種作用:
a. 臭氧能氧化分解細(xì)菌內(nèi)部氧化葡萄糖所必需的酶, 使細(xì)菌滅活死亡。b. 直接與細(xì)菌、病毒作用, 破壞它們的細(xì)胞壁、DNA和 RNA, 細(xì)菌的新陳代謝受到破壞, 導(dǎo)致死亡( DNA—核糖核酸; RNA—脫氧核糖核酸。病毒是由蛋白質(zhì)包裹著一種核酸的大分子; 病毒只含一種核酸)。c. 滲透胞膜組織, 侵入細(xì)胞膜內(nèi)作用于外膜的脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖, 使細(xì)菌發(fā)生透性畸變, 溶解死亡。因此, O3 能夠除藻殺菌, 對(duì)病毒、芽孢等生命力較強(qiáng)的微生物也能起到很好的滅活作用。
2) 污水臭氧處理工藝。臭氧氧化能力強(qiáng), 且很不穩(wěn)定, 也無(wú)法儲(chǔ)藏, 因此應(yīng)根據(jù)需要就地生產(chǎn)。臭氧的制備一般有紫外輻射法、電化學(xué)法和電暈放電法。目前臭氧制備占主導(dǎo)地位的是電暈放電法。由臭氧發(fā)生器制備好的臭氧氣體通過(guò)管道輸送到密閉的臭氧接觸池, 與處理后的污水進(jìn)行接觸反應(yīng)。反應(yīng)后的氣體由池頂匯集后, 經(jīng)收集器離開(kāi)接觸池, 進(jìn)入尾氣臭氧分解器, 在此剩余臭氧氣體被分解成氧氣排入大氣中。
1. 2. 3 二氧化氯消毒
二氧化氯在水中溶解度是氯的5倍, 氧化能力是氯氣的2. 5倍左右, 它是一種強(qiáng)氧化劑。溶于水后很安全, 是國(guó)際上公認(rèn)的含氯消毒中唯一高效消毒劑。
二氧化氯性質(zhì)不穩(wěn)定, 只能采用二氧化氯發(fā)生器現(xiàn)場(chǎng)制備。用于水處理領(lǐng)域的小型化學(xué)法二氧化氯發(fā)生器主要有兩種: 以氯酸鈉、鹽酸為原料的復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器和以亞氯酸鈉、鹽酸為原料的純二氧化氯發(fā)生器, 其中前者應(yīng)用最為廣泛。
1)復(fù)合二氧化氯發(fā)生器原理。復(fù)合二氧化氯發(fā)生器以氯酸鈉和鹽酸制備二氧化氯為主、氯氣為輔的混合氣體。反應(yīng)如下: N aC lO3 + 2H C l= C lO2 + 1 /2C l2 + NaC l+ H 2O 該反應(yīng)的最佳溫度為70 ℃, 反應(yīng)器采用耐溫、耐腐蝕材料制造。反應(yīng)生成的二氧化氯和氯氣混合氣體通過(guò)水射器投加到被處理水中。
2)復(fù)合二氧化氯發(fā)生器的應(yīng)用。復(fù)合二氧化氯發(fā)生器用于消毒時(shí), 消毒劑投加點(diǎn)一般在濾后, 有效氯投加量一般為3 m g /L ~ 5 m g /L; 用于脫色或降低COD時(shí), 該復(fù)合氣體投加在硫酸鋁等混凝劑投加點(diǎn)之前效果較好, 投加量應(yīng)根據(jù)水質(zhì)由試驗(yàn)確定,同時(shí)也可以查看中國(guó)污水處理工程網(wǎng)更多關(guān)于二氧化氯消毒處理污水技術(shù)文檔。
2 上述幾種消毒方法的特點(diǎn)
2. 1 紫外線消毒
紫外線污水消毒技術(shù)如今已被廣泛應(yīng)用于各類城市污水的消毒處理中, 包括低質(zhì)污水、常規(guī)二級(jí)生化處理后的污水、合流管道溢流廢水和再生水的消毒。紫外線消毒法除具有不投加化學(xué)藥劑、不增加水的嗅和味、不產(chǎn)生有毒有害的副產(chǎn)物、消毒速度快、效率高、設(shè)備操作較傳統(tǒng)消毒工藝安全簡(jiǎn)單和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)外, 運(yùn)行、管理、勞務(wù)和維修費(fèi)用也低, 近20 年來(lái)逐漸得到廣泛應(yīng)用。紫外線消毒工藝對(duì)紫外穿透率較低的水質(zhì)并不適用, 如未經(jīng)處理或只經(jīng)過(guò)一級(jí)處理的污水, SS高于30 m g /L的污水。這種情況采用紫外線消毒的方式不但會(huì)增加能耗, 還會(huì)造成消毒效果不好。而對(duì)于經(jīng)過(guò)二級(jí)處理的污水和再生水, 紫外穿透率一般為40% ~ 80%, 采用紫外線消毒方式是不錯(cuò)的選擇。
但是紫外線消毒法不能提供剩余的消毒能力, 當(dāng)處理水離開(kāi)反應(yīng)器之后, 一些被紫外線殺傷的微生物在光復(fù)活機(jī)制下會(huì)修復(fù)損傷的DNA分子, 使細(xì)菌再生。
2. 2 液氯消毒
液氯使用最大的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜, 殺菌力強(qiáng), 該工藝簡(jiǎn)單, 技術(shù)成熟, 藥劑易得, 投量準(zhǔn)確, 有后續(xù)消毒作用, 不需要龐大的設(shè)備。液氯消毒在各地醫(yī)院、工業(yè)、民用的滅菌消毒中都有廣泛應(yīng)用, 并且有些已達(dá)到了自動(dòng)化的程度。液氯儲(chǔ)存不是十分安全, 容易發(fā)生泄漏, 而且自20世紀(jì)70年代以來(lái), 由于發(fā)現(xiàn)氯可與水中多種物質(zhì)形成致癌或致病變的產(chǎn)物, 致使該工藝在應(yīng)用上開(kāi)始受到限制。
2. 3 臭氧消毒
臭氧是一種強(qiáng)氧化劑, 它具有高效無(wú)二次污染, 既能氧化有機(jī)物, 又能殺菌除色、嗅、味等特點(diǎn), 可氧化鐵、錳等物質(zhì), 通常認(rèn)為它的氧化能力比氯高600倍~ 3 000 倍, 且接觸時(shí)間短, 除能有效殺滅細(xì)菌以外, 對(duì)各種病毒和芽胞等生命力強(qiáng)的生物也有很大的殺傷效果。臭氧消毒不受污水中NH3 和pH 的影響, 而且其最終產(chǎn)物是二氧化碳和水, 不產(chǎn)生致癌物質(zhì)。
2. 4 二氧化氯消毒
二氧化氯消毒的特點(diǎn)是只起氧化作用, 不起氯化作用, 因而一般不會(huì)產(chǎn)生致癌物質(zhì)。二氧化氯的消毒效果與氯氣相當(dāng), 但當(dāng)污水中NH3 N 濃度較高時(shí), 耗氯量會(huì)大幅度增加, 但二氧化氯由于不與NH3 反應(yīng), 因而其投加量并不增加。另外, 二氧化氯消毒還不受pH 的干擾。二氧化氯不穩(wěn)定且具有爆炸性, 因而必須在現(xiàn)場(chǎng)制造, 立即使用。制備含氯低的二氧化氯較復(fù)雜, 且原料 ( NaClO2 ) 的價(jià)格較其他消毒方法高, 故限制了該方法的廣泛采用。所以國(guó)內(nèi)目前只是在一些中小型的污水處理工程中采用了二氧化氯消毒工藝。
3 對(duì)幾種消毒工藝的綜合比較
如表1所示, 幾種消毒方式目前在國(guó)內(nèi)均有運(yùn)用。由于液氯消毒運(yùn)行費(fèi)用低, 操作簡(jiǎn)單, 主要運(yùn)用于大型污水處理廠。中小型污水處理廠主要采用二氧化氯和紫外線消毒, 但由于紫外線消毒效果不穩(wěn)定, 且設(shè)備維護(hù)費(fèi)用較高等因素, 二氧化氯消毒在中小型污水處理廠中運(yùn)用越來(lái)越廣泛。臭氧消毒主要運(yùn)用于中水處理, 具有較強(qiáng)的消毒效果及脫色效果, 同時(shí)再輔以加氯消毒, 以保證出水中余氯要求。
