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時間：2020-02-28 12:11
作者：綠衡環(huán)保
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1引言
未經(jīng)消毒滅菌的城鎮(zhèn)污水處理廠出水中含有大量的病原微生物，這些病原微生物隨出水排入自然水體后，在適宜的環(huán)境條件下可存活很長時間，存活的病原體可通過直接接觸、飛沫或氣溶膠等途徑傳播給人畜而產(chǎn)生健康風(fēng)險[1]。因此，我國在2000年6月由原建設(shè)部、國家環(huán)?？偩趾涂萍疾柯?lián)合發(fā)布的《城市污水處理及污染防治技術(shù)政策》文件中明確規(guī)定“為保證公共衛(wèi)生安全，防止傳染性疾病傳播，城市污水處理設(shè)施應(yīng)設(shè)置消毒設(shè)施”[2]。2002年12月發(fā)布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)首次將病原微生物指標(biāo)糞大腸菌群數(shù)列為出水基本控制指標(biāo)之一，要求污水處理過程中必須進行消毒處理[3]。
目前我國城鎮(zhèn)污水處理廠采用的消毒方式主要有：紫外、次氯酸鈉、二氧化氯和臭氧等，常單一應(yīng)用或組合聯(lián)用。紫外消毒是利用紫外線對微生物的核酸產(chǎn)生光化學(xué)危害，從而產(chǎn)生消毒作用[4]，但紫外線沒有持續(xù)消毒作用，存在光復(fù)活現(xiàn)象[5]；次氯酸鈉為中性小分子，極易擴散到帶著負電的細菌表面，穿透細菌細胞壁，氧化并破壞細菌的酶系統(tǒng)達到消毒目的[6]。次氯酸鈉消毒過程中會產(chǎn)生余氯，余氯依然具有持續(xù)消毒能力，能有效抑制殘余細菌的復(fù)活和繁殖，但余氯對水生生物和魚類也會造成一定的毒性影響，不同魚類對氯的敏感性也不一樣，一般在0.1～0.001 mg/L之間[7]；二氧化氯消毒是利用其強氧化性來破壞微生物的酶系統(tǒng)，從而導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物的分解破壞，使細菌死亡[6]。相對于次氯酸鈉消毒，二氧化氯消毒在抑制消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷形成以及降低總有機鹵的生成等方面具有一定的優(yōu)越性[8]，但二氧化氯制備成本較高；臭氧消毒的機理是利用其強氧化性來破壞微生物的細胞膜結(jié)構(gòu)繼而達到滅菌的效果。臭氧在水中半衰期大約30 min[6]，由于其消毒持久性相對較差，一般需和氯消毒配合使用。
上述每種消毒方式均具有各自的優(yōu)缺點，并且消毒效果易受消毒藥劑投加量、接觸時間、進水水質(zhì)水量等因素影響。目前國內(nèi)對污水消毒的研究主要集中在這些消毒方式在不同條件下的消毒效果評價上，如鄭曉英等對次氯酸鈉、臭氧及其組合技術(shù)進行再生水消毒研究，結(jié)果表明：在次氯酸鈉消毒過程中，有效氯投加量為5 mg/L時，總大腸菌群和糞大腸菌群數(shù)去除率分別為99.91%和99.99%；在次氯酸鈉和臭氧的組合工藝中，當(dāng)臭氧劑量為2 mg/L、有效氯投加量為0.5 mg/L時，出水總大腸菌群和糞大腸菌群數(shù)去除率分別為99.94%和99.87%[9]。何敏等[10]研究了次氯酸鈉對污水處理廠二級出水消毒效果的影響因素如氨氮濃度、pH值、水溫和接觸時間等，結(jié)果表明：當(dāng)氨氮濃度≤0.2 mg/L時，次氯酸鈉最佳投加量為 15 mg/L；氨氮濃度為0.2～0.4 mg/L時，次氯酸鈉最佳投加量為8 mg/L；氨氮濃度約 0.6 mg/L時，次氯酸鈉最佳投加量為6 mg/L；氨氮濃度為0.8～1.2 mg/L時，次氯酸鈉最佳投加量為5 mg/L。一般消毒接觸時間為 15～30 min時消毒效果最佳。從上述不同研究結(jié)果可以看出，不同文獻研究條件不同次氯酸鈉的適宜投加量相差較大。趙琳等[6]對次氯酸鈉消毒研究的結(jié)果表明在氨氮含量＜15mg/L，次氯酸鈉含量＜6 mg/L時，隨著氨氮濃度升高，次氯酸鈉消毒效果降低。該研究結(jié)論與何敏等人的研究結(jié)果不一致。另在對組合消毒工藝研究中，郭美婷等[11]研究發(fā)現(xiàn)先次氯酸鈉消毒后紫外消毒協(xié)同效果優(yōu)于先紫外后次氯酸鈉消毒，張永吉等研究認為先紫外后次氯酸鈉消毒協(xié)同效果優(yōu)于先次氯酸鈉后紫外消毒[12,13,3]。由此可見不同的應(yīng)用條件研究結(jié)果相差較大。
2020年1月傳染性強的新型冠狀病毒在全國爆發(fā)蔓延，為了嚴防冠狀病毒通過污水傳播擴散，2月1日生態(tài)環(huán)境部印發(fā)了《關(guān)于做好新型冠狀病毒感染的肺炎疫情醫(yī)療污水和城鎮(zhèn)污水監(jiān)管工作的通知》（環(huán)辦水體函[2020]），其中特別指出“地方生態(tài)環(huán)境部門要督促城鎮(zhèn)污水處理廠切實加強消毒工作，結(jié)合實際，采取投加消毒劑或臭氧、紫外線消毒等措施，確保出水糞大腸菌群數(shù)指標(biāo)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）要求?！蹦壳案鞯爻擎?zhèn)污水處理廠均在積極落實該通知要求，為了確保出水糞大腸菌群數(shù)指標(biāo)穩(wěn)定達標(biāo)，一些原設(shè)計為紫外消毒的污水處理廠臨時增設(shè)次氯酸鈉投加設(shè)施，將兩種消毒方式串聯(lián)使用；部分污水處理廠由于缺少接觸消毒池，采取加藥消毒后直接通過管道混合處理出水；部分主要以次氯酸鈉作為消毒劑的污水處理廠則將原來的有效氯投加量從1.5 mg/L增大至4～5 mg/L。這些消毒方式的可行性和必要性尚缺乏實際數(shù)據(jù)支撐。
由于目前我國尚缺乏對城鎮(zhèn)污水處理廠消毒的工藝參數(shù)和運行效果的統(tǒng)一認識，因此有必要開展污水消毒運行效果調(diào)研和研究工作，掌握目前國內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠消毒設(shè)施運行現(xiàn)狀，分析主要存在問題，提出針對性優(yōu)化策略，為城鎮(zhèn)污水處理廠的消毒設(shè)施運行提供技術(shù)指導(dǎo)。
2城鎮(zhèn)污水處理廠出水消毒設(shè)施運行調(diào)研與優(yōu)化策略分析
2.1 消毒設(shè)施調(diào)研概況分析
污水的消毒處理可使排放污水或再生水的微生物學(xué)指標(biāo)滿足防止水體污染或進行安全利用的要求，而消毒工藝的選擇會影響到污水處理廠出水的消毒效果、運行管理以及運行成本等，因此選擇合適的消毒工藝對于出水的達標(biāo)排放及運行管理至關(guān)重要。針對消毒設(shè)施的運行情況， 2020年2月對江蘇、浙江、上海和福建等省市的56座城鎮(zhèn)污水處理廠進行了調(diào)研，調(diào)研概況統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。
備注：①“/”表示數(shù)據(jù)缺失；② 帶“*”的數(shù)據(jù)為二氧化氯實際在污水處理廠可發(fā)揮消毒效果的有效氯含量。
① 消毒方式多種，各種消毒方式均能有效殺菌：56座城鎮(zhèn)污水處理廠中有41座采用單獨消毒方式，主要為次氯酸鈉、二氧化氯、紫外和臭氧，數(shù)量分別為31、5、4和1座；有18座采用組合消毒方式，其中14座采用紫外+次氯酸鈉的組合工藝，2座采用二氧化氯+次氯酸鈉，2座采用芬頓氧化+次氯酸鈉的組合工藝，從調(diào)研出水的糞大腸菌群數(shù)值來看，各種消毒方式均能有效殺菌（其中僅1座紫外消毒的污水廠提供了糞大腸菌群數(shù)據(jù)，結(jié)果可能稍有偏差）；
② 目前多數(shù)污水處理廠存在消毒接觸時間不足現(xiàn)象：調(diào)研的污水處理廠消毒接觸時間范圍為1～90 min，我國《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006）明確規(guī)定“為了提高和保證消毒效果，規(guī)定二氧化氯或氯消毒的接觸時間不應(yīng)小于30 min”，但調(diào)研數(shù)據(jù)顯示消毒接觸時間≥30 min的污水處理廠僅占43%，消毒接觸時間≤10 min和≤2 min的污水處理廠分別占28%和17%；
③ 實際運行中消毒藥劑加藥量和消毒接觸時間存在一定的相關(guān)性：消毒接觸時間≥30 min的污水處理廠次氯酸鈉平均有效氯投加量為3.25 mg/L，消毒接觸時間＜30 min的污水處理廠平均有效氯投加量為3.86 mg/L，消毒接觸時間≤5 min的污水處理廠平均有效氯投加量為4.27 mg/L，說明實際的污水處理廠的加藥量和消毒接觸時間存在一定的相關(guān)性，停留時間越長，加藥量越低；
④ 次氯酸鈉和其他消毒方式的組合消毒加藥量低于單純次氯酸鈉消毒，其中采用深度處理末端采用芬頓等高級氧化對消毒具有顯著效果：單獨次氯酸鈉消毒的平均有效氯投加量為3.69 mg/L，采用組合工藝的次氯酸鈉消毒的平均有效氯投加量為2.93 mg/L，其中采用芬頓高級氧化+次氯酸鈉工藝平均有效氯投加量為0.88 mg/L，采用二氧化氯+次氯酸鈉工藝平均有效氯投加量為2.50 mg/L，采用紫外+次氯酸鈉工藝的平均有效氯投加量為3.34 mg/L，說明次氯酸鈉和其他消毒方式的組合消毒加藥量低于單純次氯酸鈉消毒。
⑤ 污水處理廠均存在余氯過高現(xiàn)象：56座污水處理廠中有24座有出水余氯的測試數(shù)據(jù)，出水總余氯在0.09～8.5 mg/L之間，平均值為1.12 mg/L，總余氯濃度在0.20 mg/L以上的占比達到70%。
另實際調(diào)研中有數(shù)據(jù)的43座污水處理廠的出水糞大腸菌群數(shù)均低于1000 MPN/L，滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中一級A的排放限值要求，低于方法檢出限20 MPN/L（《水質(zhì) 糞大腸菌群的測定 多管發(fā)酵法》（HJ 347.2-2018）15管法）的有17座，雖然均無超標(biāo)，但表中數(shù)據(jù)均為各廠2019年平均瞬時樣數(shù)據(jù)，在實際采樣中仍存在個別廠出現(xiàn)糞大腸菌群數(shù)偶然超標(biāo)的現(xiàn)象。
為了驗證調(diào)研數(shù)據(jù)結(jié)果，特在消毒接觸時間分別為12 min和30 min的兩座城鎮(zhèn)污水處理廠開展不同次氯酸鈉加藥量的生產(chǎn)性驗證試驗，具體實驗數(shù)據(jù)分別如表2、表3和圖1所示。對表2數(shù)據(jù)進行分析，該廠現(xiàn)場無消毒接觸池，次氯酸鈉投加后經(jīng)管道混合，消毒接觸時間約12 min，實驗期間水溫14℃，次氯酸鈉有效氯投加量需5 mg/L，出水糞大腸菌群數(shù)才小于1000 MPN/個。表3為污水處理廠有消毒接觸池，接觸時間30 min，實驗期間水溫17℃，有效氯投加量為4 mg/L，出水糞大腸菌群數(shù)小于1000 MPN/個。驗證試驗結(jié)果來看，糞大腸菌群數(shù)達標(biāo)所需有效氯投加量需≥ 4 mg/L，與目前調(diào)研的次氯酸鈉消毒有效氯投加量平均值3.7 mg/L相近。
此外，氧化還原電位（ORP）可反映水溶液中所有物質(zhì)表現(xiàn)出來的宏觀氧化還原性，氧化還原電位越高，氧化性越強，故可考慮根據(jù)ORP數(shù)值判斷消毒出水氧化性，從而間接預(yù)估消毒情況。由圖1可知，出水ORP和出水糞大腸菌群數(shù)存在較好的相關(guān)性，污水處理廠可考慮根據(jù)出水ORP判斷消毒效果。由表2和表3實驗數(shù)據(jù)及常州排水管理處運行經(jīng)驗表明執(zhí)行GB18918-2002一級A標(biāo)準(zhǔn)的城鎮(zhèn)污水處理廠加氯消毒后出水口ORP數(shù)值大于600 mV時，出水糞大腸菌群數(shù)能夠小于1000 MPN/L。因此，可考慮在加氯消毒后出水口檢測ORP數(shù)值，輔助判斷消毒效果。
表2 城鎮(zhèn)污水處理廠不同次氯酸鈉加藥量消毒前后數(shù)據(jù)（無接觸消毒池，管道混合，接觸時間12 min）
表3 城鎮(zhèn)污水處理廠不同次氯酸鈉加藥量消毒前后數(shù)據(jù)（消毒接觸時間30 min）
圖1 糞大腸菌群與游離氯和ORP的關(guān)系（a:接觸時間12 min；b:接觸時間30 min）
2.2 消毒方式分析
紫外消毒由于具有光強易衰減、易光復(fù)活性等特點，且當(dāng)尾水懸浮物濃度較高時，會顯著影響紫外消毒效果[14]。因此，隨著我國執(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn)的城鎮(zhèn)污水處理廠逐步增多，以及對于糞大腸菌群數(shù)指標(biāo)的逐漸重視，應(yīng)用紫外消毒工藝的城鎮(zhèn)污水處理廠逐漸減少[15]。
次氯酸鈉作為消毒劑具有投加成本相對較低、運行管理方便、持久性效果好等特點，因此應(yīng)用較為廣泛。由圖2所示，在本次調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，56座城鎮(zhèn)污水處理廠中的31座單獨采用次氯酸鈉作為消毒劑，有4座污水處理廠仍采用單獨紫外作為消毒工藝，另14座在紫外的基礎(chǔ)上增設(shè)了次氯酸鈉消毒方式，另有少部分污水處理廠采用二氧化氯+次氯酸鈉或芬頓氧化+次氯酸鈉的組合工藝，前四者之和所占的比例總計高達83.1%。
二氧化氯作為一種強氧化劑，具有易爆的特性，因此需采取現(xiàn)場制取的方式以確保安全。常用的制備方法為鹽酸還原法[16]，由于原料為鹽酸和氯酸鈉，這兩種原料分為為易制毒、易制爆化學(xué)品，運輸、保存、使用等要求較高，因此在城鎮(zhèn)污水處理廠使用的較少，在本次調(diào)研中，僅有5座污水處理廠采用單獨二氧化氯進行消毒。另二氧化氯發(fā)生器的產(chǎn)物中有消毒作用的主要為二氧化氯和氯，產(chǎn)物產(chǎn)量常以有效氯計，目前常用測定方法為《二氧化氯消毒劑發(fā)生器安全與衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 28931-2012）中的五步碘量法[17]，即 Cl2、ClO2、ClO2-、ClO3-在不同pH時與碘離子反應(yīng)生成I2，并用硫代硫酸鈉溶液滴定游離I2，測得各物質(zhì)含量確定有效氯含量。但城鎮(zhèn)污水處理廠出水pH一般在6.5～8之間，二氧化氯僅轉(zhuǎn)化為亞氯酸鹽[18]，按照產(chǎn)物中二氧化氯和氯的比值為1估算，實際能發(fā)揮作用的有效氯量僅為發(fā)生器產(chǎn)生有效氯量的42%，因此，在實際運行中建議以實際能發(fā)揮作用的有效氯量來調(diào)控加氯和衡量其效果。
臭氧具有接觸時間短、無消毒副產(chǎn)物產(chǎn)生等優(yōu)點，但也同樣存在運行成本高、無持久性殺菌效果的缺點[19]，因此應(yīng)用較少，在本次調(diào)研中，僅1座污水處理廠采用該方式，且該廠使用臭氧工藝的主要目的是去除難降解COD，兼顧消毒功能。
由于受進水水質(zhì)、污水處理工藝等多種因素的影響，我國城鎮(zhèn)污水處理廠消毒處理單元情況較為復(fù)雜，本文針對以下4種常見情況分別給出建議：
① 目前仍在單獨使用紫外消毒的城鎮(zhèn)污水處理廠，建議進行不同時間的糞大腸菌群光復(fù)活率實驗，也可結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境監(jiān)督部門取樣檢測方法，判斷能否滿足實際要求；并充分考慮已有紫外消毒設(shè)施的紫外線劑量范圍，確保在水量出現(xiàn)波動等最不利條件下出水糞大腸菌群數(shù)的達標(biāo)排放。如無法滿足上述要求，需考慮增設(shè)其他消毒方式；
② 目前使用次氯酸鈉消毒的城鎮(zhèn)污水處理廠，建議關(guān)注藥劑投加量，定期檢測糞大腸菌群數(shù)等指標(biāo)，掌握其與相關(guān)因素的關(guān)系，在確保出水糞大腸菌群數(shù)達標(biāo)的情況下，盡量降低次氯酸鈉的投加量，減少余氯對于受納水體的影響；重視次氯酸鈉藥劑的存儲、使用等管理，并關(guān)注次氯酸鈉藥劑中有效氯含量的變化，以及時調(diào)整藥劑投加比例，確保消毒效果。
③ 目前使用二氧化氯消毒的城鎮(zhèn)污水處理廠，建議對比設(shè)備廠家給出的有效氯數(shù)據(jù)和實際在污水消毒中可發(fā)揮作用的有效氯數(shù)據(jù)的差別（設(shè)備效率、檢測時不同pH的影響等），加強二氧化氯發(fā)生設(shè)備的維護保養(yǎng)，并確保有可正常運行的備件；此外，需加強鹽酸、氯酸鈉等原料運輸、保存、使用的管理，確保產(chǎn)品合格、使用合規(guī)，在確保出水糞大腸菌群數(shù)達標(biāo)的情況下，盡量降低藥劑的投加量，減少余氯對于受納水體的影響。
④ 新建及擴建的城鎮(zhèn)污水處理廠，在深度處理末端已設(shè)置了芬頓、臭氧等高級氧化工藝，且出水糞大腸菌群數(shù)穩(wěn)定達標(biāo)的情況下，可不另外單獨設(shè)置消毒處理單元。
2.3 加氯消毒藥劑投加量分析
由調(diào)研的污水處理廠消毒方式分布情況可知，目前大部分城鎮(zhèn)污水處理廠采用加氯消毒。為確保加氯消毒效果，消毒工藝環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)保證一定的消毒藥劑投加量和接觸時間，一般采用CT值（即接觸時間T (min)×接觸時間結(jié)束時消毒劑殘留濃度C (mg/L)）確定各污水處理廠相應(yīng)的氯消毒參數(shù)，指導(dǎo)生產(chǎn)運行。鑒于目前我國尚缺乏針對糞大腸菌群數(shù)達標(biāo)的普適性CT值數(shù)據(jù)，建議各地污水處理廠根據(jù)實際工藝運行摸索和總結(jié)適宜的CT值，以優(yōu)化消毒工藝運行。當(dāng)前可根據(jù)有效氯投加量、接觸時間和出水余氯含量等參數(shù)調(diào)控消毒效果，同時加強出水懸浮物濃度的控制，確保出水的糞大腸菌群數(shù)穩(wěn)定達標(biāo)。
首先，含氯消毒藥劑的投加量會直接影響尾水的消毒效果與經(jīng)濟成本，因此有必要對調(diào)研污水處理廠的有效氯投加量分布進行分析，掌握目前污水處理廠藥劑投加量現(xiàn)狀。由圖3可知，在調(diào)研的城鎮(zhèn)污水處理廠中，72%的污水處理廠有效氯投加量在1～4 mg/L的范圍內(nèi)，14%的污水處理廠的有效氯投加量過高，超過了6 mg/L，其中有效氯投加量最高的污水處理廠高達11.3 mg/L。這可能是因為部分小型污水處理廠存在進水水量波動較大，對藥劑投加量計量不準(zhǔn)確等問題，使得有效氯的投加量偏高。王雨等[20]針對次氯酸鈉消毒過程中的消毒副產(chǎn)物進行了研究，發(fā)現(xiàn)隨著次氯酸鈉投加量的增加，消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷和二氯乙腈的生成量均隨之增加。由此可見，過高的加藥量容易造成出水消毒副產(chǎn)物的增加，易對受納水體的生態(tài)環(huán)境造成損害[21]。
國內(nèi)有很多學(xué)者研究了不同有效氯投加量對糞大腸菌群數(shù)的影響。李璐瑤[22]探究了不同濃度次氯酸鈉投加量對二級出水消毒效果的影響，當(dāng)次氯酸鈉與二級出水的接觸時間為30 min，當(dāng)有效氯的投加量為3 mg/L，二級出水中的糞大腸菌群數(shù)能夠低于1000 MPN/L，當(dāng)提高有效氯的投加量為4 mg/L時，糞大腸菌群數(shù)可以控制在200 MPN/L以內(nèi)。趙琳等[6]研究了30 min內(nèi)有效氯投加量對滅活的影響，結(jié)果表明，當(dāng)有效氯投量小于2.5 mg/L時，滅活率隨著有效氯投量的增加而升高，在有效氯投加量為2.5 mg/L時，已經(jīng)實現(xiàn)了100%的滅活，并建議污水處理廠在處理尾水時控制有效氯的投加量為2.5～3.0 mg/L。濮晨熹等[3]探究了接觸反應(yīng)時間為10 min時不同有效氯投量對MSBR工藝出水的消毒效果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)有效氯的投量大于3.3 mg/L時，出水的糞大腸菌群數(shù)可以達到一級A的標(biāo)準(zhǔn)。由上述文獻中有效氯投加量與糞大腸菌群數(shù)的關(guān)系可以得知，對尾水中投加有效氯的量在2～4 mg/L范圍內(nèi)比較合理，能夠保證糞大腸菌群數(shù)可以達到一級A的標(biāo)準(zhǔn)。
本研究團隊對2座一級A排放標(biāo)準(zhǔn)的城鎮(zhèn)污水處理廠出水進行次氯酸鈉消毒實驗研究，廠一接觸時間30 min，有效氯投加量為4 mg/L，實驗期間水溫17℃，出水糞大腸菌群數(shù)小于1000 MPN/L；廠二現(xiàn)場無消毒接觸池，次氯酸鈉投加后經(jīng)管道混合，消毒接觸時間約12 min，實驗期間水溫14℃，次氯酸鈉有效氯投加量需5 mg/L出水糞大腸菌群小于1000 MPN/L。
出水中的氨氮等指標(biāo)的濃度差異會對污水消毒中次氯酸鈉投加量產(chǎn)生的影響較大。祝明等[23]研究了氨氮濃度對次氯酸鈉消毒的影響，結(jié)果表明：水中總余氯的濃度隨次氯酸鈉投加量的增加呈先升高后降低再逐漸升高的趨勢，整個反應(yīng)過程符合折點加氯消毒理論；當(dāng)次氯酸鈉投加量與氨氮的比值為25：1時，氨氮消耗的次氯酸鈉量最多，生成的總余氯量最少。何敏等[10]進一步研究了氨氮變化對次氯酸鈉消毒效果的影響，發(fā)現(xiàn)隨著氨氮濃度的升高，最佳次氯酸鈉的投加量呈降低的趨勢。而趙琳等[6]的研究結(jié)果卻表明，在氨氮含量＜15 mg/L，有效氯含量＜0.6 mg/L時，隨著氨氮濃度升高，次氯酸鈉消毒效果降低。由此可看出：①目前國內(nèi)學(xué)者對于城鎮(zhèn)污水處理廠次氯酸鈉消毒的工藝參數(shù)和運行效果尚缺乏統(tǒng)一的認識；②出水中氨氮等存在不一定會增加次氯酸鈉的用量；③在不同的氨氮濃度和有效氯的組合下，次氯酸鈉的消毒效果也存在一定的差異。因此有必要在規(guī)范條件下進行次氯酸鈉加藥量對氨氮、總余氯及糞大腸菌群數(shù)的關(guān)系進行系統(tǒng)的研究。鑒于當(dāng)前大部分執(zhí)行GB 18918-2002一級A標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠出水氨氮含量較低，表1調(diào)研數(shù)據(jù)中污水處理廠出水氨氮年平均值為0.41 mg/L，92%的污水處理廠出水氨氮年平均值小于1 mg/L，因此氨氮濃度對次氯酸鈉的投加量影響相對較小，一般情況下不需考慮此指標(biāo)的影響，只有當(dāng)污水處理廠進水受有毒有害物質(zhì)沖擊影響，導(dǎo)致生化系統(tǒng)硝化性能大規(guī)模喪失的情況下，氨氮對于次氯酸鈉的投加量會產(chǎn)生較大影響。
由于受進水水質(zhì)、水量、消毒前糞大腸菌群數(shù)、接觸時間和水溫等因素影響，消毒藥劑投加量會有所差異，各污水處理廠應(yīng)關(guān)注藥劑投加量，定期檢測糞大腸菌群數(shù)等指標(biāo)，掌握藥劑投加量與相關(guān)因素的關(guān)系，及時調(diào)整加藥量。我國《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50014-2006）規(guī)定“無試驗資料時，二級處理出水有效氯投加量可采用6 mg/L～15 mg/L。”該數(shù)據(jù)是依據(jù)2003年6座污水處理廠的加氯消毒數(shù)據(jù)確定的，和當(dāng)時的條件相比，當(dāng)前的污水處理廠在運行工藝和出水水質(zhì)（氨氮、SS、COD和糞大腸菌群數(shù)等）要求上有較大區(qū)別，所需加藥量也會有較大差別。對當(dāng)前大量污水處理廠加氯消毒設(shè)施運行調(diào)研、相關(guān)文獻總結(jié)和大量實驗室和現(xiàn)場驗證的結(jié)果表明，執(zhí)行GB18918-2002一級A標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠，消毒接觸時間≥30 min時，有效氯投加量控制在2.0～4.0 mg/L范圍內(nèi)，糞大腸菌群數(shù)可達到排放標(biāo)準(zhǔn)要求；消毒接觸時間＜30 min時，需適當(dāng)增大有效氯投加量。
2.4 加氯消毒接觸時間分析
消毒接觸時間對污水消毒效果會產(chǎn)生一定的影響。由圖4可知，調(diào)研的污水處理廠消毒工藝的接觸時間主要集中分布在11～30 min之間，所占的比例達到47.7%；同時也存在2%的污水處理廠消毒接觸時間在60 min以上。但消毒接觸時間少于10 min的污水處理廠仍占有27%的比例，17%的廠甚至不足2 min。這可能是由于部分的污水處理廠內(nèi)并未設(shè)置專門的消毒接觸池，因此僅依靠管道混合接觸消毒；或設(shè)計的消毒接觸池容量偏小，而進水水量超過了設(shè)計容量，使得接觸時間較短。何敏等[10]探究了反應(yīng)時間對次氯酸鈉消毒效果的影響，結(jié)果表明，在反應(yīng)時間低于2 min時，次氯酸鈉消毒的效果較差，當(dāng)反應(yīng)時間在15～30 min時，次氯酸鈉的消毒作用才可完全發(fā)揮，而超過30 min后，糞大腸菌群數(shù)則基本不出現(xiàn)下降。由此可見，消毒接觸時間過短可能會造成消毒效果的降低，還會使出水總余氯的濃度大大升高，增加產(chǎn)生出水消毒副產(chǎn)物的風(fēng)險（調(diào)研中發(fā)現(xiàn)個別廠，消毒藥劑投加量低且消毒接觸時間低，但出水糞大腸菌群數(shù)仍合格，是因為取樣時氯藥劑未反應(yīng)完全，在采樣瓶中仍在繼續(xù)反應(yīng)，所以存在采樣的偶然性，不能代表實際消毒效果）。
朱彩琴等[24]研究了次氯酸鈉接觸時間與消毒效果的影響，當(dāng)接觸時間為5 min時，有效氯投加量為3.51 mg/L時取得較好的消毒，糞大腸菌群數(shù)未檢出；而當(dāng)接觸時間為30 min 時，達到較好的消毒效果只需1.76 mg/L的投加量。該研究討論了采用A/A/O-SBR工藝中情況，不過，不同的處理工藝如MBR等次氯酸鈉接觸時間與消毒效果也不盡相同。由表1可以看出，一些按照規(guī)范控制有效氯投加量與接觸時間的污水處理廠（如W10，W16，W49，W53等），其出水的總余氯和糞大腸菌群數(shù)均能夠保持較低的數(shù)值，在確保充足的接觸時間條件下這些廠的有效氯投加量并不高；而一些污水處理廠的有效氯投加量雖然偏高，但出水糞大腸菌群數(shù)卻高于按照規(guī)范投加有效氯量的污水處理廠（如W12等），這可能是因為該廠的加氯消毒接觸時間較短，僅為1 min，使得次氯酸鈉與尾水還未充分接觸就排出；另外，還有一些污水處理廠在相同的接觸時間下，有效氯投加量雖然較低，但出水糞大腸菌群數(shù)依能保持較低的水平，如W13，W32等，通過調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)這些污水處理廠在消毒工藝前段增加了如芬頓等高級氧化工藝，能夠預(yù)先殺滅一些糞大腸菌群。我國《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006）規(guī)定二氧化氯或氯消毒的接觸時間不應(yīng)小于30 min。由圖5可知，結(jié)合文獻中有效氯投加量與消毒接觸時間之間存在的相關(guān)性：在一定的接觸時間范圍內(nèi)，停留時間越長，所需加藥量越低。
因此，建議執(zhí)行GB 18918-2002一級A標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠：①加氯消毒接觸時間控制應(yīng)≥30 min，條件受限的污水處理廠應(yīng)盡量控制接觸時間≥15 min（15min內(nèi)消毒劑對糞大腸菌群的殺滅效率最快，時間延長后殺滅效率放緩），在冬季氣溫較低時可適時延長接觸時間；② 對于一些消毒前端采用了高級氧化或MBR等工藝的污水處理廠，可在充足接觸時間的條件下根據(jù)實際情況適當(dāng)?shù)臏p少次氯酸鈉的投加量；③ 對于無法改變接觸時間或通過管道混合的污水處理廠，則需根據(jù)實際情況，通過試驗來確定具體的投加量，同時關(guān)注出水端余氯。
2.5 加氯消毒后出水余氯的控制分析
城鎮(zhèn)污水處理廠如采用加氯消毒，消毒后的出水中攜帶的余氯會一并排入自然水體，如排入自然水體余氯量過高，會對受納水體中魚類和水生生物造成毒性影響，因此有必要關(guān)注消毒后出水余氯數(shù)據(jù)。
加氯消毒出水若直接排入水體，會對魚類或水生生物產(chǎn)生毒害作用，因此有必須對排入水體的尾水余氯量進行嚴格控制[25]。美國國家環(huán)保局規(guī)定尾水中總余氯應(yīng)小于0.011 mg/L[26]，而我國暫無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。柏育材[27]等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)余氯濃度為0.2 mg/L時，大黃魚仔魚的死亡率為20%左右；江志兵[28]等研究發(fā)現(xiàn)，0.1～0.2 mg/L的余氯濃度已接近甚至超過海水魚類的30 min半致死濃度。由表1數(shù)據(jù)可知，調(diào)研的56座污水處理廠中有24座有出水余氯的測試數(shù)據(jù)，出水總余氯在0.09～8.5 mg/L之間，平均值為1.12 mg/L，總余氯濃度在0.20 mg/L以上的占比達到70%。
因此，建議各污水處理廠：①優(yōu)先確保出水糞大腸菌群數(shù)達標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，盡量降低消毒藥劑投加量，從而降低出水余氯濃度，減少對受納水體生態(tài)環(huán)境的影響。 ②對于接觸時間充足的，根據(jù)自身消毒接觸時間進行投加次氯酸鈉后水中總余氯量衰減的實驗，確定在不同的接觸時間下需控制尾水中總余氯量為多少能夠保證出水糞大腸菌群數(shù)的達標(biāo)；③對于接觸消除時間較短或采用管道加氯消毒的污水處理廠，則需要進行短時間按內(nèi)或管道模型實驗管道中余氯含量的衰減情況，確定最佳的余氯含量。
3結(jié)論
1) 紫外消毒具有持久性差的缺點，結(jié)合已有設(shè)施的紫外線劑量范圍，應(yīng)進行不同時間、不同水量條件下的糞大腸菌群光復(fù)活率實驗，確保實現(xiàn)出水的穩(wěn)定達標(biāo)排放；如無法滿足實際需求，應(yīng)考慮設(shè)置其他消毒方式作為補充；目前使用二氧化氯消毒的城鎮(zhèn)污水處理廠，建議對比設(shè)備廠家給出的有效氯數(shù)據(jù)和實際在污水消毒中可發(fā)揮作用的有效氯數(shù)據(jù)的差別（設(shè)備效率、檢測時不同pH的影響等），加強二氧化氯發(fā)生設(shè)備的維護保養(yǎng)，并確保有可正常運行的備件，在確保出水糞大腸菌群數(shù)達標(biāo)的情況下，盡量降低藥劑的投加量，減少余氯對于受納水體的影響；新建及擴建的城鎮(zhèn)污水處理廠，在深度處理末端已設(shè)置了芬頓、臭氧等高級氧化工藝，且出水糞大腸菌群數(shù)穩(wěn)定達標(biāo)的情況下，可不另外單獨設(shè)置消毒處理單元；消毒前端采用膜處理工藝的污水處理廠，因膜對病原微生物具有截留作用，可根據(jù)實驗結(jié)果相應(yīng)減少消毒藥劑投加量。
2) 調(diào)研結(jié)果表明，加氯消毒（次氯酸鈉和二氧化氯）應(yīng)用最為廣泛，當(dāng)前我國部分城鎮(zhèn)污水處理廠無接觸消毒池，消毒劑與污水的接觸時間較短，無法充分發(fā)揮消毒作用，是導(dǎo)致藥劑投加量偏高的原因之一。研究結(jié)果表明，對出水執(zhí)行GB 18918-2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠，當(dāng)消毒接觸時間≥30 min時，有效氯投加量控制在2～4 mg/L，糞大腸菌群數(shù)可達到排放標(biāo)準(zhǔn)要求；當(dāng)消毒接觸時間＜30 min時，有效氯投加量需適當(dāng)增大。由于受進水水質(zhì)、水量、糞大腸菌群數(shù)、接觸時間和水溫等因素影響，消毒藥劑投加量會有所差異，各廠應(yīng)關(guān)注藥劑投加量，定期檢測糞大腸菌群數(shù)等指標(biāo)，掌握藥劑投加量與相關(guān)因素的關(guān)系，及時調(diào)整加藥量。
3）建議執(zhí)行GB 18918-2002一級A標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠，加氯消毒接觸時間控制應(yīng)≥30 min，條件受限的污水處理廠應(yīng)盡量控制接觸時間≥15 min（15min內(nèi)消毒劑對糞大腸菌群的殺滅效率最快，時間延長后殺滅效率放緩），在冬季氣溫較低時可適時延長接觸時間；對于一些消毒前端采用了高級氧化或MBR等工藝的污水處理廠，可在充足接觸時間的條件下根據(jù)實際情況適當(dāng)?shù)臏p少次氯酸鈉的投加量；對于無法改變接觸時間或通過管道混合的污水處理廠，則需根據(jù)實際情況，通過試驗來確定具體的投加量，同時關(guān)注出水端余氯。
4）城鎮(zhèn)污水處理廠如采用加氯消毒，消毒后的出水中攜帶的余氯會一并排入自然水體，如排入自然水體余氯量過高，會對受納水體中魚類和水生生物造成毒性影響。建議我國城鎮(zhèn)污水處理廠優(yōu)先確保出水糞大腸菌群數(shù)達標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，再盡量減少消毒藥劑投加量，從而降低出水余氯濃度，避免對受納水體生態(tài)環(huán)境的影響。
5）城鎮(zhèn)污水處理廠應(yīng)加強游離氯、總余氯及糞大腸菌群數(shù)等指標(biāo)的現(xiàn)場檢測。針對游離氯和總余氯的檢測，如現(xiàn)場未安裝在線余氯監(jiān)測儀，可采用便攜式余氯儀快速測定余氯指標(biāo)指導(dǎo)生產(chǎn)運行。針對糞大腸菌群數(shù)指標(biāo)的檢測，如現(xiàn)場檢測到水樣中含有余氯時，應(yīng)及時加入適量硫代硫酸鈉試劑脫氯以消除對糞大腸菌群數(shù)指標(biāo)檢測中的干擾，確保糞大腸菌群指標(biāo)檢測的準(zhǔn)確可靠。
6）另因氧化還原電位（ORP）可反映水溶液中所有物質(zhì)表現(xiàn)出來的宏觀氧化還原性，氧化還原電位越高，氧化性越強，故可根據(jù)ORP數(shù)值判斷消毒出水氧化性，從而間接預(yù)估消毒情況。根據(jù)常州排水管理處多年運行經(jīng)驗和無錫市政公用環(huán)境檢測研究院出水執(zhí)行GB 18918-2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠加氯消毒后出水口ORP數(shù)值大于600 mV時，出水糞大腸菌群數(shù)能夠小于1000 MPN/L。因此，可考慮在加氯消毒后出水口檢測ORP數(shù)值，輔助判斷消毒效果。
4展望
結(jié)合已有的研究結(jié)果和目前城鎮(zhèn)污水處理廠實際面臨的問題，在以下幾個方面尚需深入的研究：
1) 城鎮(zhèn)污水處理廠MBR工藝與常規(guī)工藝對于消毒藥劑投加量的影響；
2) 進水糞大腸菌群數(shù)、pH、氨氮、還原性干擾物等因素對于不同消毒工藝運行效果的影響，重點研究我國城鎮(zhèn)污水處理廠加氯消毒適宜的CT值，即加出水余氯和消毒接觸時間與糞大腸菌群數(shù)的相關(guān)關(guān)系；
3) 城鎮(zhèn)污水處理廠進水余氯衰減規(guī)律及對活性污泥的影響機理，為城鎮(zhèn)污水處理廠應(yīng)對含消毒劑來水時的運行調(diào)控提供技術(shù)指導(dǎo)；
4) 城鎮(zhèn)污水處理廠出水不同余氯及消毒副產(chǎn)物濃度對于受納水體生態(tài)環(huán)境的影響。
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