楊磊三（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州510010）

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廣州某污水處理廠消毒工藝論證

楊磊三（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州510010）

本文對(duì)污水處理廠常用的各種消毒工藝進(jìn)行分析，針對(duì)廣州某污水處理廠設(shè)計(jì)水量、水質(zhì)特點(diǎn)及出水水質(zhì)要求，結(jié)合液氯、二氧化氯、臭氧、紫外線等消毒工藝的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)綜合比選，提出適于該污水處理廠的消毒工藝。

污水處理廠；消毒；二氧化氯；一級(jí)A

1　引語

消毒是污水處理中的必要組成部分，科技部、原國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局及住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在2000年6月5日聯(lián)合頒布了 “關(guān)于印發(fā) 《城市污水處理及污染防治技術(shù)政策》（建城［2000］124號(hào)）的通知”，通知要求城市污水處理設(shè)施應(yīng)設(shè)置消毒設(shè)施。根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)?！罚℅B50014-2006，2014版），城鎮(zhèn)污水處理應(yīng)設(shè)置消毒設(shè)施。以上政策、標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施后，污水處理廠需根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)模、進(jìn)出水水質(zhì)，選擇適當(dāng)消毒工藝，殺滅污水中病菌，滿足尾水排放的衛(wèi)生學(xué)要求。

2　設(shè)計(jì)水量、水質(zhì)特點(diǎn)及出水水質(zhì)要求

2.1設(shè)計(jì)水量

廣州市某污水處理廠規(guī)劃總規(guī)模30萬m3/d，一期工程已建規(guī)模15萬m3/d，本工程為二期工程，規(guī)模為15萬 m3/d，屬于大型市政污水處理廠。

2.2進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)及出水水質(zhì)要求

廣州市某污水處理廠二期工程出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《廣東省地方污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB44/26-2001）第二時(shí)段城鎮(zhèn)二級(jí)污水處理廠一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中的高值，出水糞大腸菌群數(shù)要求為1×103個(gè)/L。結(jié)合該污水處理廠一期工程一年的實(shí)測(cè)進(jìn)水水質(zhì)，本工程進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)及出水水質(zhì)要求如表1所示。

表1　實(shí)測(cè)進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)及出水水質(zhì)要求

3　常見的污水消毒工藝

3.1液氯消毒工藝

18世紀(jì)初，人們已開始采用液氯消毒，是污水消毒應(yīng)用較早的消毒劑之一，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。液氯是一種強(qiáng)氧化劑，具備操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)高效、殺菌能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

3.1.1氯消毒優(yōu)點(diǎn)

成本低、工藝成熟、效果穩(wěn)定可靠。

3.1.2氯消毒缺點(diǎn)

20世紀(jì)70年代以來，研究人員重新評(píng)估和研究了液氯消毒在水處理上的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)氯氣消毒具有以下缺點(diǎn)：

（1）接觸時(shí)間需大于30min，占地面積大，土建費(fèi)用高；

（2）氯氣屬于劇毒危險(xiǎn)品，安全性要求高，需存儲(chǔ)氯氣的鋼瓶中，鋼瓶屬于高壓容器，有較大的潛在風(fēng)險(xiǎn)；

（3）水中腐殖酸類物質(zhì)會(huì)與氯反應(yīng)形成致癌的鹵代烴（TH Ms）；

國(guó)外污水采用液氯消毒往往是應(yīng)急措施。鑒于此，人們對(duì)其他的代用消毒劑產(chǎn)生了很大的興趣并進(jìn)行了廣泛的研究，其中二氧化氯在最近幾年更是引起了人們的極大關(guān)注。

3.2二氧化氯消毒工藝

二氧化氯于1944年開始在水處理中應(yīng)用，在Niagara Falls水廠，首先使用二氧化氯控制水中藻類繁殖與酚污染所產(chǎn)生的氣味，獲得成功。目前，在歐洲和北美洲地區(qū)，已在水廠中廣泛使用二氧化氯作為消毒劑。

二氧化氯化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，45～50℃時(shí)會(huì)發(fā)生劇烈分解，二氧化氯氣體在空氣中濃度達(dá)到10%，便有可能發(fā)生爆炸。在溫度較高，并有光照射時(shí)，二氧化氯水溶液會(huì)分解為 ClO2-與ClO3-，因此二氧化氯的存儲(chǔ)條件為低溫、避光。

研究人員研究發(fā)現(xiàn)，在碳酸鈉、硼酸鈉及過氧化物等含特殊穩(wěn)定劑的水溶液中，配制濃度為2～5%的二氧化氯溶液，性質(zhì)穩(wěn)定，可用于長(zhǎng)期儲(chǔ)存，使用簡(jiǎn)便，極大降低爆炸風(fēng)險(xiǎn)。但在污水處理廠，含有特殊穩(wěn)定劑的溶液配制難度較大，并增加運(yùn)行管理成本。

因此，考慮到二氧化氯化學(xué)性質(zhì)的不穩(wěn)定性，污水處理中基本采用現(xiàn)場(chǎng)制備的方式使用二氧化氯。

3.2.1二氧化氯消毒優(yōu)點(diǎn)

對(duì)消毒劑的評(píng)價(jià)要綜合考慮到殺菌能力和在水中的穩(wěn)定性。在殺菌能力方面，二氧化氯的殺菌能力略低于臭氧，但優(yōu)于氯氣和氯胺；在穩(wěn)定性方面，二氧化氯的穩(wěn)定性差于氯胺，優(yōu)于氯氣和臭氧，綜上所述，二氧化氯是一種殺菌能力和穩(wěn)定性均較小的消毒劑。

二氧化氯除對(duì)病菌具有較強(qiáng)的殺滅作用，同時(shí)也具有較強(qiáng)的藻類殺滅效果。二氧化氯消毒適用堿性水體環(huán)境，同時(shí)氨與二氧化氯不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

液氯消毒存在一個(gè)重要問題是產(chǎn)生鹵代烴消毒副產(chǎn)物，但二氧化氯不存此類問題。腐植酸和富里酸等與二氧化氯發(fā)生反應(yīng)生成的產(chǎn)物包括羧苯基二羥乙酸、二元脂肪酸和苯多羧酸等，不生成鹵代烴消毒副產(chǎn)物。二氧化氯消毒適用于水中腐植酸、富里酸等物質(zhì)含量較高的情況。

3.2.2二氧化氯消毒缺點(diǎn)

二氧化氯化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，具有易爆炸，易揮發(fā)的特性，不宜儲(chǔ)存，使用和存儲(chǔ)安全保障要求高，增加運(yùn)行管理的難度和費(fèi)用。

根據(jù)目前研究發(fā)現(xiàn)，二氧化氯消毒對(duì)紅細(xì)胞有損害，這種損害主要是二氧化氯溶液分解產(chǎn)生ClO2-、ClO3-造成。同時(shí)，二氧化氯能夠干擾碘的吸收和代謝，同時(shí)能夠造成血液中膽固醇的升高。

此外，二氧化氯會(huì)從水溶液中溢出，與空氣中的有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生特殊氣味，造成采用二氧化氯消毒的水具有特殊的氣味。

3.3紫外線消毒

污水的紫外線消毒是一個(gè)光化學(xué)過程，一定波段的紫外線光對(duì)水照射后，被水中的病原微生物吸收后，能夠破壞病原菌細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)，造成病原體死亡，達(dá)到消毒的目的。

紫外線消毒的主要設(shè)備是紫外線燈，根據(jù)紫外線燈的輸出功率和溫度，紫外線燈通?？梢苑譃榈蛪簾粝到y(tǒng)，低壓高強(qiáng)燈系統(tǒng)，中壓燈系統(tǒng)。污水處理廠中常用明渠式紫外線消毒設(shè)施，即為安裝在明渠內(nèi)消毒水流的紫外線消毒裝置，主要包括紫外燈模塊、鎮(zhèn)流器、空壓機(jī)、液壓泵等清洗動(dòng)力裝置、模塊支架、模塊人工清洗槽、遮光板、模塊起吊裝置、石英套管自動(dòng)清洗裝置、配電及電氣控制系統(tǒng)等。

紫外線消毒設(shè)施消毒效果的影響因素主要包括：紫外線燈的性能，目前污水處理廠常用的紫外線燈為低壓高強(qiáng)燈。進(jìn)水的水質(zhì)特點(diǎn)，即污水處理廠二級(jí)出水的濁度、色度，含鐵量對(duì)紫外線消毒的效果具有重要影響。紫外線渠的水深，水深過低會(huì)影響紫外線燈的散熱，水深過高會(huì)降低消毒效果，一般紫外線消毒渠的水深要求為0.8～0.9m。進(jìn)水水溫會(huì)影響紫外線燈的輻射強(qiáng)度，進(jìn)而影響紫外線燈的消毒效果，通過在紫外線燈管外加裝石英套管，減小水溫對(duì)紫外線燈管輻射強(qiáng)度的影響。紫外線燈管的使用時(shí)間也對(duì)紫外線燈消毒效果有重要影響，隨著使用時(shí)間的增加，紫外線燈的消毒效果會(huì)逐漸的下降，一般來說紫外線燈使用壽命為7500h以上。電壓也也對(duì)紫外線燈消毒效果有一定的影響，隨著電壓的增高，紫外線燈管的輻射強(qiáng)度會(huì)增強(qiáng)，污水處理廠中紫外線消毒設(shè)施的供電電壓一般為220V。

選擇輻射劑量是確定消毒裝置的核心問題，不同的輻射劑量可以殺滅不同的病原微生物。污水消毒主要針對(duì)糞大腸菌群類微生物，輻射劑量也按照此類病原菌選擇。

3.3.1紫外消毒優(yōu)點(diǎn)

①滅菌效率高，作用時(shí)間短，危險(xiǎn)性小；②無二次污染；③不需要建造較大的接觸池，建消毒渠即可，占地面積和土建費(fèi)用大大減少。

3.3.2紫外消毒缺點(diǎn)

①設(shè)備投資高；②燈管壽命短；③運(yùn)行費(fèi)用高；④維修管理不便；⑤抗懸浮物干擾能力差，對(duì)水中SS濃度有嚴(yán)格要求。

3.4臭氧消毒

臭氧是一種優(yōu)良的消毒劑，其殺菌效果好，且一般無有害副產(chǎn)物生成。但目前臭氧發(fā)生裝置的產(chǎn)率通常較低，設(shè)備昂貴，安裝管理復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用高，而且臭氧在水中溶解度低，衰減速度快，為保證管網(wǎng)內(nèi)持續(xù)的殺菌作用，必須和其他消毒方法協(xié)同進(jìn)行。

3.4.1臭氧消毒優(yōu)點(diǎn)

殺菌徹底可靠，危險(xiǎn)性較小，對(duì)環(huán)境基本上無副作用，接觸時(shí)間比加氯法小。

3.4.2臭氧消毒缺點(diǎn)

基建投資大、運(yùn)行成本高。

3.5其他消毒工藝

3.5.1熱處理法

熱處理法是最徹底的消毒方法，也是最昂貴的消毒方法。為保證可靠的滅菌效果，廢水要在高壓、100℃以上的條件下加熱一定時(shí)間，排放前需降至排放要求的溫度。

3.5.2膜過濾法

膜過濾法主要用于飲用水和特種工業(yè)廢水的消毒處理。該法的特點(diǎn)是除消毒外，還能去除其他雜質(zhì)。由于膜孔易堵塞、結(jié)垢及沖洗困難、能耗高、化學(xué)藥品昂貴、成本較高，目前無法推廣。

4　污水消毒工藝論證

目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用于市政行業(yè)水處理的消毒技術(shù)主要是液氯、二氧化氯、臭氧和紫外線，對(duì)這四種消毒技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表2。

綜合以上分析，采用二氧化氯消毒的主要優(yōu)勢(shì)如下：

表2　幾種最常用的尾水消毒技術(shù)的綜合因素比較表

（1）占地面積適中、基建投資適中，消毒效果優(yōu)異，安全性較好，適宜于大水量污水廠的消毒。

（2）受水質(zhì)影響較小，二氧化氯是強(qiáng)氧化劑，極易溶于水，迅速與水中細(xì)菌反應(yīng)。

（3）二氧化氯消毒不會(huì)產(chǎn)生三氯甲烷“三致”物質(zhì)，也不會(huì)產(chǎn)生氯酚臭味。

（4）二氧化氯相比氯氣，具有較低的危險(xiǎn)性。

（5）與一期工程工程銜接良好，便于運(yùn)行管理。

5　結(jié)語

根據(jù)以上四種消毒工藝的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)綜合比選，結(jié)合該污水處理廠一期工程采用的二氧化氯消毒技術(shù)，為便于銜接和運(yùn)行管理，二期工程推薦采用二氧化氯消毒工藝。本文對(duì)污水處理廠各種消毒工藝的優(yōu)缺點(diǎn)展開了詳盡的分析，對(duì)今后污水處理廠消毒工藝的選擇提供了良好的借鑒。

研究成果：出版《活性砂濾池在污水廠提標(biāo)改造工程中的應(yīng)用》研究報(bào)告，已通過廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳科技成果鑒定。

［1］《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006，2014年版）.

［2］《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ343－2010）.

［3］《廣東省水污染物排放限值》（DB44/26-2001）.

［4］《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）.

［5］《城市污水處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)（修訂）2001》（2001）.

所獲榮譽(yù)及獎(jiǎng)勵(lì)：全國(guó)優(yōu)秀工程勘察設(shè)計(jì)行業(yè)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)。

楊磊三（1985-），男，漢族，工程師，碩士研究生，主要從事市政給水排水工程設(shè)計(jì)工作。

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2095-2066（2016）10-0001-02

2016-3-8