城鎮(zhèn)污水處理廠消毒處理技術(shù)的探討

徐 瑛，李 洋，繆 繹

（1.無(wú)錫市水務(wù)集團(tuán)有限公司，江蘇 無(wú)錫 214061；2.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430014）

0 引言

2019 年底，一場(chǎng)由新型冠狀病毒引發(fā)的疫情在全國(guó)蔓延開(kāi)來(lái)，這使得污水處理行業(yè)高度重視新型冠狀病毒可能存在的介水傳播風(fēng)險(xiǎn)。因此，如何“平疫結(jié)合”，做好污水的消毒處理工作，保證污水處理廠出水水質(zhì)安全，成為污水處理行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。

1 城鎮(zhèn)污水處理廠糞大腸菌群分布調(diào)研

隨著季節(jié)、進(jìn)水和處理工藝的不同，城鎮(zhèn)污水廠糞大腸菌群數(shù)分布也趨向于不同的規(guī)律，為了掌握糞大腸菌群分布規(guī)律，為其有效被去除打下基礎(chǔ)，本章節(jié)探索了不同工藝條件下、不同季節(jié)情況下污水糞大腸菌群的分布規(guī)律。

1.1 不同工藝條件下的類大腸菌群數(shù)調(diào)研

選取無(wú)錫水務(wù)三大污水處理廠，高新水務(wù)新城污水處理廠二廠作為研究對(duì)象，檢測(cè)無(wú)錫水務(wù)三大污水處理廠深度處理段的進(jìn)出水，高新水務(wù)新城污水處理廠二廠各個(gè)工藝段進(jìn)出水中的糞大腸菌群數(shù)，探究不同處理工藝對(duì)于糞大腸菌群的去除效果。

由表1 可知無(wú)錫水務(wù)三大污水處理廠MBR、深床濾池、濾布濾池等深度處理段進(jìn)出水糞大腸菌群數(shù)分布，MBR 工藝對(duì)糞大腸菌群有兩個(gè)數(shù)量級(jí)的去除效果，深床濾池和濾布濾池對(duì)糞大腸菌群有一個(gè)數(shù)量級(jí)的去除效果。

表1 無(wú)錫水務(wù)三大污水處理廠深度處理段進(jìn)出水

高新水務(wù)新城污水處理廠一廠各期的工藝分別為MBR、濾布濾池和MSBR，各期出水匯總后流入二廠，實(shí)驗(yàn)期間2020 年3 月5 日和3 月17 日新城二廠各工藝段出水水質(zhì)分別如表2、表3 所示，反硝化、濾布濾池、活性炭工藝對(duì)于糞大腸菌群的去除效果不明顯，而超濾和臭氧對(duì)糞大腸菌群有超過(guò)兩個(gè)數(shù)量級(jí)去除效果。

表2 2020 年3 月5 日新城二廠各工藝進(jìn)出水糞大腸菌群數(shù)分布

表3 2020 年3 月17 日新城二廠各工藝進(jìn)出水糞大腸菌群數(shù)分布

綜合以上分析可知，污水處理廠常規(guī)處理工藝對(duì)糞大腸菌群的去除效果欠佳，新城廠超濾膜孔徑0.025 μm，對(duì)微生物截留作用好，而臭氧本身作為一種消毒處理手段，對(duì)微生物有很好的殺滅效果。

1.2 不同時(shí)空條件下的類大腸菌群數(shù)調(diào)研

在調(diào)研了不同工藝條件對(duì)糞大腸菌群數(shù)去除的影響后，又繼續(xù)調(diào)研不同季節(jié)和氣溫條件下，及不同時(shí)空下，糞大腸菌群數(shù)的分布情況。研究對(duì)象選擇無(wú)錫水務(wù)城北污水處理廠，取其一、二期進(jìn)水，三、四期進(jìn)水，一、二、三期二沉池出水，四期MBR 出水，二、三期反硝化進(jìn)水等，以及二、三期氣浮池進(jìn)水與出水、一、四期氣浮池進(jìn)水，出水與消毒池進(jìn)水等點(diǎn)位進(jìn)行全流程糞大腸菌群數(shù)調(diào)研。城北廠主要處理工藝如圖1。

圖1 城北廠工藝流程圖

根據(jù)調(diào)研的2021 年1 月—11 月糞大腸菌群的數(shù)據(jù)，取三期二沉池出水、四期MBR 出水和消毒池進(jìn)水三組較有代表性的數(shù)據(jù)繪制了曲線變化圖，如圖2?？芍潜睆S消毒池進(jìn)水糞大腸菌群數(shù)整體變化較大（104～105 個(gè)/L），呈春秋兩季略高，夏冬兩季相對(duì)偏低的趨勢(shì)，這是由于春秋兩季水溫適宜，營(yíng)養(yǎng)充分，利于微生物生長(zhǎng)繁殖，夏季水溫高，進(jìn)水淡，且紫外線對(duì)微生物的殺傷效果強(qiáng)，冬季水溫低，水量少，不利于微生物生長(zhǎng)繁殖。且四期MBR 出水比一、二、三期二沉池出水低1～2 個(gè)數(shù)量級(jí)，此現(xiàn)象也驗(yàn)證了1.1 中MBR 可有效去除1～2 個(gè)數(shù)量級(jí)的糞大腸菌群的結(jié)論。

圖2 城北廠糞大腸菌群數(shù)變化圖

2 城鎮(zhèn)污水處理廠消毒處理技術(shù)和運(yùn)行現(xiàn)狀分析

通過(guò)對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠全流程糞大腸菌群分布調(diào)研，可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)生化處理階段以及深度處理階段對(duì)于糞大腸菌群去除的能力有限，而消毒工藝對(duì)其有很好的滅殺效果。

現(xiàn)如今我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠所采用的消毒處理技術(shù)主要包括紫外、臭氧、次氯酸鈉、二氧化氯、液氯，以及這些方式的組合。但具體的消毒工藝參數(shù)和對(duì)糞大腸菌群的去除效果還需探索，因此有必要進(jìn)行城鎮(zhèn)污水處理廠消毒運(yùn)行效果調(diào)查和研究工作，根據(jù)目前污水處理廠消毒設(shè)施運(yùn)行的現(xiàn)狀，提出針對(duì)性意見(jiàn)，保證城鎮(zhèn)污水處理廠消毒設(shè)施合理運(yùn)行。

2.1 城鎮(zhèn)污水處理廠消毒設(shè)施運(yùn)行現(xiàn)狀

為了摸清當(dāng)前我國(guó)城鎮(zhèn)污水消毒現(xiàn)狀，調(diào)查和研究了包括福建、浙江、江蘇、上海等省市的56 座城鎮(zhèn)污水處理廠消毒設(shè)施的運(yùn)行情況。

圖3 反映了被調(diào)查的城鎮(zhèn)污水處理廠消毒方式分布，其中有41 座采用單獨(dú)消毒方式，分別是紫外、臭氧、次氯酸鈉和二氧化氯。其中應(yīng)用次氯酸鈉消毒的污水處理廠最多，有31 座，占總污水處理廠數(shù)量的52.5%；采用臭氧消毒的污水處理廠最少，僅有1座，這是由于紫外線消毒具有缺乏持續(xù)性，容易產(chǎn)生光復(fù)活現(xiàn)象的缺點(diǎn)，且當(dāng)出水懸浮物濃度過(guò)高時(shí)，紫外消毒效果會(huì)顯著降低。隨著我國(guó)對(duì)糞大腸菌群排放標(biāo)準(zhǔn)的重視，采用紫外消毒的污水處理廠逐漸減少。另外，還有18 座污水處理廠采用紫外+次氯酸鈉、二氧化氯+次氯酸鈉以及高級(jí)氧化+次氯酸鈉等組合消毒工藝。可以發(fā)現(xiàn)，18 座污水處理廠采用的組合消毒工藝中均使用了次氯酸鈉，次氯酸鈉在消毒領(lǐng)域應(yīng)用較多。

圖3 城鎮(zhèn)污水處理廠消毒方式統(tǒng)計(jì)結(jié)果

次氯酸鈉消毒效果好，具有持續(xù)消毒能力，不涉及?；?，藥劑成本低，運(yùn)行管理方便，因此被城鎮(zhèn)污水處理廠廣泛應(yīng)用。但是由于相同排放標(biāo)準(zhǔn)下，城鎮(zhèn)污水處理廠有效氯投加量差別較大，不同有效氯投加量直接影響藥劑成本與消毒效果。因此，有必要對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠有效氯投加量進(jìn)行調(diào)研分析，分析結(jié)果如圖4 所示。

圖4 城鎮(zhèn)污水處理廠有效氯投加量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖4 反映了被調(diào)查的城鎮(zhèn)污水處理廠有效氯投加量的分布，87.7%的污水處理廠有效氯投加量集中在1～6 mg/L，8.2%的污水處理廠有效氯投加量超出6 mg/L，有效氯投加量較高，這可能是因?yàn)橐恍┪鬯幚韽S進(jìn)水水量波動(dòng)大，導(dǎo)致藥劑投加量計(jì)算不準(zhǔn)確。楊敏[1]等通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有效氯投加量為2 mg/L時(shí)，糞大腸菌群數(shù)由47 000 個(gè)/L 減少到了100 個(gè)/L，滿足一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)（1 000 個(gè)/L）的要求。

消毒接觸時(shí)間對(duì)污水廠消毒殺菌也有一定的影響，對(duì)于污水處理廠次氯酸鈉消毒工藝接觸時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5 所示。

圖5 城鎮(zhèn)污水處理廠消毒接觸時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖5 反映了被調(diào)查污水處理廠消毒工藝的接觸時(shí)間，47.8%的污水處理廠消毒接觸時(shí)間集中在11～30 min 范圍內(nèi)；同時(shí)也存在1 座污水處理廠消毒接觸時(shí)間超過(guò)60 min，8 座污水處理廠低于2 min。何敏等[2]研究了消毒接觸時(shí)間對(duì)于次氯酸鈉消毒殺菌效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一般消毒接觸時(shí)間在15～30 min 時(shí)，消毒效果最佳。

分析以上調(diào)研結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，次氯酸鈉消毒處理技術(shù)被我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠廣泛應(yīng)用。然而，不同污水廠在采用次氯酸鈉消毒時(shí)，藥劑投加量以及消毒接觸時(shí)間不同，導(dǎo)致對(duì)糞大腸菌群的去除程度也有一定的差別。因此，有必要對(duì)次氯酸鈉消毒進(jìn)行深入探索，保證次氯酸鈉消毒設(shè)施在污水處理廠合理運(yùn)行。

3 城鎮(zhèn)污水處理廠次氯酸鈉消毒效果的影響因素研究

3.1 次氯酸鈉投加量和消毒接觸時(shí)間對(duì)于滅活糞大腸菌群的影響

在王慕[3]的實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)消毒處理后的水樣穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)，糞大腸菌群數(shù)去除率需≥2.5-lg，此時(shí)，次氯酸鈉投加量是4.50 mg/L、3.67 mg/L、2.93 mg/L，對(duì)應(yīng)的消毒接觸時(shí)間分別為5 min、12 min、30 min?？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著投藥量的增加，消接觸時(shí)間隨之減少，說(shuō)明有次氯酸鈉投加量和消毒接觸時(shí)間存在一定的關(guān)系，增大投藥量的過(guò)程中，可適當(dāng)減少接觸時(shí)間；當(dāng)接觸時(shí)間過(guò)于長(zhǎng)時(shí)，可適當(dāng)減小加藥量。因此，如何確定最優(yōu)的投藥量以及接觸時(shí)間，使得糞大腸菌群數(shù)去除率達(dá)到最大，是需要研究的重要問(wèn)題。

對(duì)次氯酸鈉投加量和消毒接觸時(shí)間的研究，即為對(duì)CT 值（消毒劑殘留濃度和接觸時(shí)間的乘積被稱為CT 值）的研究。通過(guò)確定CT 值，可以確定污水處理廠相應(yīng)次氯酸鈉消毒工藝參數(shù)，但目前我國(guó)缺少得出水糞大腸群群達(dá)標(biāo)的普適性CT 值數(shù)據(jù)，眾多研究人員對(duì)于CT 值的研究成果可為我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠次氯酸鈉消毒提供理論支持。厲智成等[4]探究了次氯酸鈉消毒過(guò)程中CT 值對(duì)于去除糞大腸菌群的影響，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，CT 值相同的情況下，次氯酸鈉對(duì)糞大腸菌群的滅活率相差不大，CT 值為5～60（mg·min）/L 時(shí)，高投藥量、短消毒接觸時(shí)間和低投藥量、長(zhǎng)消毒接觸時(shí)間組合下，次氯酸鈉的殺菌效果要略弱于適中投藥量、適中消毒接觸時(shí)間組合下的殺菌效果。

3.2 水溫對(duì)于滅活糞大腸菌群的影響

溫度對(duì)次氯酸鈉消毒去除糞大腸菌群數(shù)的影響主要取決于次氯酸鈉擴(kuò)散至微生物表面的速率，水溫升高，次氯酸鈉擴(kuò)散至微生物表面的速率加快，穿透細(xì)胞壁發(fā)生氧化作用致其死亡的概率增大[5]。王慕[3]等試驗(yàn)水中次氯酸鈉投加量為2 mg/L 和5 mg/L 時(shí)分別在16.8℃和28.9℃下接觸消毒5 min 的結(jié)果顯示，在投藥量相同的情況下，水溫升高可顯著提高糞大腸菌群對(duì)數(shù)去除率。次氯酸鈉投加量為2 mg/L，水溫設(shè)置為28.9℃，糞大腸菌群對(duì)數(shù)去除率為2.4-lg；次氯酸鈉投加量為5 mg/L，水溫設(shè)置為16.8℃，糞大腸菌群對(duì)數(shù)去除率為2.9-lg，兩種條件下，糞大腸菌群滅殺效果差別不大。楊敏[10]等研究水溫對(duì)于糞大腸菌群數(shù)去除的影響，研究結(jié)果表明，靜置狀態(tài)下，消毒前糞大腸菌群數(shù)59 000 個(gè)/L，接觸時(shí)間30 min，投加1.5、2、2.5 mg/L 次氯酸鈉，27 ℃水溫下，消毒后糞大腸菌群數(shù)分別為1100、50、0 個(gè)/L；溫度降至13℃，消毒后糞大腸菌群數(shù)分別為4 900、1 750、0 個(gè)/L?？梢?jiàn)水溫升高，明顯提高了次氯酸鈉的殺菌效果。

因此，污水處理廠投加次氯酸鈉消毒時(shí)，在春夏水溫較高的情況下，可適當(dāng)減少次鈉投加量，而秋冬水溫較低時(shí)，適當(dāng)增加次鈉投加量，必要時(shí)可延長(zhǎng)消毒時(shí)間。

3.3 ORP 對(duì)于滅活糞大腸菌群的影響

氧化還原電位（ORP）用來(lái)反映原水的氧化還原性，ORP 數(shù)值越大，原水的氧化性越強(qiáng)，消毒殺菌效果越好，反之，原水的還原性越強(qiáng)，消毒殺菌效果越差。故加入次氯酸鈉消毒的水樣氧化性越強(qiáng)，糞大腸菌群的去除率越高[6]。在王慕[3]的研究中，接觸時(shí)間一定時(shí)，隨著氧還原電位的升高（次氯酸鈉投加量增加），糞大腸菌群對(duì)數(shù)去除率也在提高。因此污水廠在進(jìn)行次氯酸鈉消毒時(shí)，為了可以精準(zhǔn)控制接觸時(shí)間，建議在污水處理廠的出水排口安裝在線ORP儀，根據(jù)ORP 儀數(shù)值的大小，調(diào)節(jié)消毒接觸時(shí)間。

3.4 氨氮濃度對(duì)于滅活糞大腸菌群的影響

污水廠在采用次氯酸鈉消毒的過(guò)程中，原水中的氨氮與次氯酸鈉水解產(chǎn)生的次氯酸反應(yīng)生成結(jié)合性余氯，即一氯胺（NH2Cl）、二氯胺（NHCl2），結(jié)合性余氯同樣具有消毒殺菌效果。當(dāng)次氯酸鈉投加量充足時(shí)，次氯酸和氨氮反應(yīng)生成的結(jié)合性余氯以及次氯酸鈉組合滅殺原水中的糞大腸菌群。但當(dāng)次氯酸鈉投加量不足時(shí)，水中氨氮濃度過(guò)高，原水中具有消毒能力的藥劑僅剩反應(yīng)生成的結(jié)合性余氯，而結(jié)合性余氯的消毒能力遠(yuǎn)低于次氯酸鈉，消毒效果大大減弱。

李璐瑤[7]探究了氨氮濃度對(duì)次氯酸鈉消毒效果的影響，分析其實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)次氯酸鈉投加量在1～2 mg/L 之間內(nèi)，水中氨氮濃度越高，出水糞大腸菌群數(shù)就越多，次氯酸鈉的消毒能力也就受到一定的影響。在何敏[2]研究氨氮濃度對(duì)次氯酸鈉殺菌效果的影響實(shí)驗(yàn)中，隨著水中氨氮濃度從0.2 mg/L 增加至1.2 mg/L，最佳投藥量由15 mg/L 減少到5 mg/L。由此可知，水中氨氮濃度不同，次氯酸鈉的投加量不同，污水處理廠若想在實(shí)際消毒過(guò)程中得到最好的殺菌效果以及最優(yōu)的次氯酸鈉投加量，就要準(zhǔn)確測(cè)定水中氨氮濃度。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）次氯酸鈉消毒處理技術(shù)被我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠廣泛應(yīng)用。然而，不同污水廠在采用次氯酸鈉消毒時(shí)，藥劑投加量以及消毒接觸時(shí)間不同，導(dǎo)致對(duì)糞大腸菌群的去除程度也有一定的差別。

（2）次氯酸鈉投加量和消毒接觸時(shí)間存在一定關(guān)系，適中投藥量、適中接觸時(shí)間組合下的滅菌效果更優(yōu)；水溫影響次氯酸鈉的消毒殺菌，在夏季水溫較高的情況下，可適當(dāng)減少次鈉投加量，而冬季水溫較低時(shí)，適當(dāng)增加次鈉投加量，必要時(shí)可延長(zhǎng)消毒時(shí)間。

（3）ORP 值越大，糞大腸菌群去除率越高，污水處理廠在保證糞大腸菌群去除率的前提下，可通過(guò)監(jiān)測(cè)水樣ORP 值，精準(zhǔn)控制消毒接觸時(shí)間。

（4）過(guò)高的氨氮濃度會(huì)減弱次氯酸鈉的消毒殺菌效果，污水廠在實(shí)際消毒過(guò)程中，可以根據(jù)原水氨氮濃度，精確計(jì)算投藥量。