摘要: 針對國內城(cheng)市污水(shui)(shui)處理(li)廠出水(shui)(shui)消(xiao)(xiao)毒(du)的現狀(zhuang), 分別介紹了紫外(wai)線消(xiao)(xiao)毒(du)、液氯消(xiao)(xiao)毒(du)、臭氧(yang)消(xiao)(xiao)毒(du)等污水(shui)(shui)消(xiao)(xiao)毒(du)工藝的原理(li)及(ji)設備組成和(he)各自(zi)特點, 并(bing)對這幾種(zhong)消(xiao)(xiao)毒(du)工藝進行了綜合比較, 指出了每種(zhong)工藝的適用(yong)范圍, 以(yi)指導相關人員(yuan)合理(li)選擇,提高污水(shui)(shui)消(xiao)(xiao)毒(du)效率(lv)。

關鍵詞: 城市(shi)污水, 消毒工藝, 原理(li), 特點

城市污(wu)(wu)水(shui)(shui)經(jing)二(er)級處理(li)后(hou)(hou), 水(shui)(shui)質已(yi)(yi)經(jing)改善(shan), 細菌含量也大幅度減少, 但細菌的(de)(de)(de)(de)(de)絕對(dui)數量仍很可(ke)觀, 并存在有病原菌的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)能(neng), 必須在去除掉這些微生(sheng)物以(yi)后(hou)(hou), 廢水(shui)(shui)才可(ke)以(yi)安(an)全(quan)地排入水(shui)(shui)體(ti)或循環再(zai)用。隨著居民對(dui)生(sheng)活品質要求的(de)(de)(de)(de)(de)不斷(duan)提高, 污(wu)(wu)水(shui)(shui)處理(li)廠(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)二(er)級處理(li)出水(shui)(shui)對(dui)城市水(shui)(shui)體(ti)造成的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響引(yin)起(qi)了人們對(dui)健康和安(an)全(quan)問(wen)題的(de)(de)(de)(de)(de)更(geng)多(duo)關注。消(xiao)毒(du)(du)是(shi)滅(mie)活這些致病生(sheng)物體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)基本方法之一, 因(yin)此污(wu)(wu)水(shui)(shui)處理(li)廠(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)尾水(shui)(shui)消(xiao)毒(du)(du)已(yi)(yi)經(jing)成為污(wu)(wu)水(shui)(shui)處理(li)中的(de)(de)(de)(de)(de)重要工序, 水(shui)(shui)處理(li)專業人員(yuan)也在不斷(duan)探(tan)索污(wu)(wu)水(shui)(shui)消(xiao)毒(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)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(zi)外(wai)線(xian)(xian)消(xiao)(xiao)毒(du)(du)(du)是(shi)(shi)一種物(wu)理消(xiao)(xiao)毒(du)(du)(du)方法, 紫(zi)外(wai)線(xian)(xian)消(xiao)(xiao)毒(du)(du)(du)并不是(shi)(shi)殺(sha)死(si)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu), 而(er)是(shi)(shi)去掉其(qi)繁殖能(neng)(neng)(neng)力(li)進行(xing)滅活。紫(zi)外(wai)線(xian)(xian)消(xiao)(xiao)毒(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)原理主要是(shi)(shi)用紫(zi)外(wai)光摧毀微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)(de)遺傳物(wu)質核酸( DNA 或RNA ), 使(shi)其(qi)不能(neng)(neng)(neng)分裂(lie)復制。除此之外(wai), 紫(zi)外(wai)線(xian)(xian)還可引(yin)起微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)其(qi)他結構(gou)的(de)(de)(de)(de)破壞。紫(zi)外(wai)線(xian)(xian)是(shi)(shi)一種波(bo)長范圍為(wei)136 nm ~ 400 nm 的(de)(de)(de)(de)不可見光線(xian)(xian)。在該(gai)波(bo)段(duan)中(zhong)260 nm 附近已被證實是(shi)(shi)殺(sha)菌(jun)效率(lv)(lv)最(zui)高的(de)(de)(de)(de), 目前生(sheng)(sheng)產的(de)(de)(de)(de)紫(zi)外(wai)燈(deng)的(de)(de)(de)(de)最(zui)大功率(lv)(lv)輸(shu)出(chu)在253. 7 nm 波(bo)長。該(gai)波(bo)長輸(shu)出(chu)在目前世界頂極紫(zi)外(wai)燈(deng)中(zhong)已占到紫(zi)外(wai)能(neng)(neng)(neng)量的(de)(de)(de)(de)90%, 總能(neng)(neng)(neng)量的(de)(de)(de)(de)30%, 由于高強度、高效率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)紫(zi)外(wai)C 波(bo)段(duan)的(de)(de)(de)(de)存在, 紫(zi)外(wai)技術(shu)(shu)已成為(wei)水消(xiao)(xiao)毒(du)(du)(du)領域一個具有相當(dang)競(jing)爭力(li)的(de)(de)(de)(de)技術(shu)(shu)。

1. 1. 2 紫外線消毒器的結構形式

1)敞開(kai)式結構。在敞開(kai)式UV消毒(du)器中被(bei)消毒(du)的水在重(zhong)力作用下流(liu)經UV 消毒(du)器并(bing)殺滅水中的微生物(wu)。

2)封(feng)閉式結構。封(feng)閉式UV 消毒器屬(shu)承壓(ya)型, 用金屬(shu)筒體和帶石英套管的紫外線燈把被消毒的水封(feng)閉起來。

1. 2 化學消毒方法

1. 2. 1 液氯消毒

1)液氯消毒原(yuan)理(li)。向水中(zhong)加入液氯或者次(ci)氯酸鹽(如Na C lO)溶液消毒時(shi), 在水中(zhong)發生如下反應:

HOC,l OC l- 之和稱作(zuo)有(you)效自由氯(lv)(lv)(lv), 其中以HOC l消毒效果最好。排入水(shui)體(ti)時, 氯(lv)(lv)(lv)會和水(shui)中的(de)(de)(de)氨(an)氮、有(you)機(ji)氮反應(ying)生成(cheng)消毒效果較差的(de)(de)(de)無(wu)機(ji)氯(lv)(lv)(lv)胺和有(you)機(ji)氯(lv)(lv)(lv)胺, 稱作(zuo)化(hua)合氯(lv)(lv)(lv)。總余氯(lv)(lv)(lv)是指(zhi)有(you)效自由氯(lv)(lv)(lv)和有(you)效化(hua)合氯(lv)(lv)(lv)之和。氯(lv)(lv)(lv)的(de)(de)(de)消毒效果受接(jie)觸(chu)時間(jian)、投加(jia)量、水(shui)質 (含氮化(hua)合物濃度(du)(du)、SS濃度(du)(du))、溫度(du)(du)、pH 以及控制系(xi)統的(de)(de)(de)影響。

2) 加氯系(xi)統(tong)。目前常(chang)用加氯系(xi)統(tong)包(bao)括加氯機、接(jie)觸池、混合設備以(yi)及氯瓶等部分, 如圖1所示。

1. 2. 2 臭氧消毒

1) 臭氧(yang)(yang)消毒原理。臭氧(yang)(yang)( O3 ) 是氧(yang)(yang)( O2 ) 的(de)同素異形體, 純凈的(de)O3 常(chang)溫常(chang)壓(ya)下為藍(lan)色氣體。臭氧(yang)(yang)具有(you)很(hen)強的(de)氧(yang)(yang)化能力( 僅次于氟), 能氧(yang)(yang)化大部(bu)分有(you)機物(wu)(wu)。臭氧(yang)(yang)滅菌(jun)(jun)過程屬物(wu)(wu)理、化學和生物(wu)(wu)反應, 臭氧(yang)(yang)滅菌(jun)(jun)有(you)以下三種作用:

a. 臭(chou)氧(yang)能(neng)氧(yang)化分解細(xi)(xi)菌(jun)內(nei)部(bu)氧(yang)化葡萄糖所必需的(de)(de)(de)酶, 使細(xi)(xi)菌(jun)滅活死(si)(si)(si)亡(wang)。b. 直(zhi)接與細(xi)(xi)菌(jun)、病毒(du)作(zuo)用(yong), 破壞(huai)它(ta)們的(de)(de)(de)細(xi)(xi)胞壁、DNA和(he) RNA, 細(xi)(xi)菌(jun)的(de)(de)(de)新陳代謝受到(dao)(dao)破壞(huai), 導致(zhi)死(si)(si)(si)亡(wang)( DNA—核(he)糖核(he)酸; RNA—脫氧(yang)核(he)糖核(he)酸。病毒(du)是(shi)由(you)蛋(dan)白質(zhi)包(bao)裹著一種核(he)酸的(de)(de)(de)大分子; 病毒(du)只含一種核(he)酸)。c. 滲透(tou)胞膜(mo)組織, 侵入細(xi)(xi)胞膜(mo)內(nei)作(zuo)用(yong)于外膜(mo)的(de)(de)(de)脂蛋(dan)白和(he)內(nei)部(bu)的(de)(de)(de)脂多糖, 使細(xi)(xi)菌(jun)發生透(tou)性畸變, 溶解死(si)(si)(si)亡(wang)。因(yin)此, O3 能(neng)夠除藻殺菌(jun), 對病毒(du)、芽孢(bao)等生命力較強的(de)(de)(de)微生物(wu)也能(neng)起到(dao)(dao)很好的(de)(de)(de)滅活作(zuo)用(yong)。

2) 污(wu)水臭(chou)(chou)氧(yang)處(chu)理(li)工(gong)藝。臭(chou)(chou)氧(yang)氧(yang)化能力(li)強, 且很不穩定, 也(ye)無法儲藏, 因此應(ying)根據(ju)需(xu)要就(jiu)地生(sheng)產(chan)。臭(chou)(chou)氧(yang)的(de)制(zhi)(zhi)備(bei)一(yi)般有紫(zi)外輻射法、電(dian)化學法和電(dian)暈放(fang)(fang)電(dian)法。目前臭(chou)(chou)氧(yang)制(zhi)(zhi)備(bei)占主(zhu)導地位的(de)是電(dian)暈放(fang)(fang)電(dian)法。由臭(chou)(chou)氧(yang)發生(sheng)器制(zhi)(zhi)備(bei)好的(de)臭(chou)(chou)氧(yang)氣(qi)體(ti)通(tong)過(guo)管道輸送到(dao)密閉的(de)臭(chou)(chou)氧(yang)接(jie)觸池, 與處(chu)理(li)后的(de)污(wu)水進行接(jie)觸反應(ying)。反應(ying)后的(de)氣(qi)體(ti)由池頂匯集后, 經收集器離開(kai)接(jie)觸池, 進入尾氣(qi)臭(chou)(chou)氧(yang)分解器, 在此剩余臭(chou)(chou)氧(yang)氣(qi)體(ti)被(bei)分解成氧(yang)氣(qi)排入大氣(qi)中( 見圖2) 。

1. 2. 3 二氧化氯消毒

二氧化氯(lv)在(zai)水中(zhong)溶解度(du)是氯(lv)的5倍(bei), 氧化能力是氯(lv)氣的2. 5倍(bei)左右, 它(ta)是一種(zhong)強氧化劑。溶于水后(hou)很安全, 是國際上公認的含氯(lv)消毒(du)中(zhong)唯一高效消毒(du)劑。

二氧(yang)化氯(lv)性質不穩定(ding), 只能采用二氧(yang)化氯(lv)發(fa)生(sheng)器現場制備。用于水處理領域的(de)小型(xing)化學法二氧(yang)化氯(lv)發(fa)生(sheng)器主要(yao)有(you)兩種: 以氯(lv)酸鈉、鹽(yan)酸為(wei)(wei)(wei)原(yuan)料(liao)的(de)復合型(xing)二氧(yang)化氯(lv)發(fa)生(sheng)器和(he)以亞氯(lv)酸鈉、鹽(yan)酸為(wei)(wei)(wei)原(yuan)料(liao)的(de)純二氧(yang)化氯(lv)發(fa)生(sheng)器, 其中前者應用最為(wei)(wei)(wei)廣泛。

1)復合(he)二氧化(hua)(hua)氯發生器(qi)(qi)原理。復合(he)二氧化(hua)(hua)氯發生器(qi)(qi)以氯酸(suan)鈉(na)和鹽酸(suan)制(zhi)備二氧化(hua)(hua)氯為主、氯氣為輔(fu)的混合(he)氣體。反應如下: N aC lO3 + 2H C l= C lO2 + 1 /2C l2 + NaC l+ H 2O 該反應的最佳溫(wen)度為70 ℃, 反應器(qi)(qi)采用耐溫(wen)、耐腐蝕材料制(zhi)造(zao)。反應生成的二氧化(hua)(hua)氯和氯氣混合(he)氣體通過(guo)水射器(qi)(qi)投(tou)加到被(bei)處理水中。

2)復(fu)合二(er)(er)氧化氯發(fa)生(sheng)器的(de)應(ying)用。復(fu)合二(er)(er)氧化氯發(fa)生(sheng)器用于消毒(du)時, 消毒(du)劑投(tou)加(jia)(jia)點一(yi)般在(zai)濾后(hou), 有效氯投(tou)加(jia)(jia)量一(yi)般為(wei)3 m g /L ~ 5 m g /L; 用于脫色(se)或降低COD時, 該復(fu)合氣體投(tou)加(jia)(jia)在(zai)硫酸鋁(lv)等混凝劑投(tou)加(jia)(jia)點之前效果(guo)較好, 投(tou)加(jia)(jia)量應(ying)根(gen)據水質(zhi)由試驗確定。

2 上述幾種消毒方法的特點

2. 1 紫外線消毒

紫(zi)外(wai)線(xian)污(wu)(wu)水(shui)消(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)毒(du)技術如今已被(bei)廣(guang)泛(fan)應用于(yu)各類(lei)城市污(wu)(wu)水(shui)的(de)(de)消(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)毒(du)處(chu)理(li)中(zhong), 包括低質污(wu)(wu)水(shui)、常規二級生(sheng)化(hua)處(chu)理(li)后的(de)(de)污(wu)(wu)水(shui)、合流(liu)管(guan)道(dao)溢流(liu)廢水(shui)和再生(sheng)水(shui)的(de)(de)消(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)毒(du)。紫(zi)外(wai)線(xian)消(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)毒(du)法除具(ju)有不(bu)(bu)(bu)投加化(hua)學藥劑、不(bu)(bu)(bu)增加水(shui)的(de)(de)嗅和味(wei)、不(bu)(bu)(bu)產生(sheng)有毒(du)有害(hai)的(de)(de)副產物、消(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)毒(du)速度快、效(xiao)率(lv)高、設備(bei)操作較傳(chuan)統(tong)消(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)毒(du)工藝(yi)(yi)安全簡單和實(shi)現自動(dong)化(hua)等優(you)點外(wai), 運(yun)行(xing)、管(guan)理(li)、勞務和維修費用也(ye)低, 近20 年來逐漸得到(dao)廣(guang)泛(fan)應用。紫(zi)外(wai)線(xian)消(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)毒(du)工藝(yi)(yi)對紫(zi)外(wai)穿(chuan)透率(lv)較低的(de)(de)水(shui)質并不(bu)(bu)(bu)適用, 如未經處(chu)理(li)或只(zhi)經過一級處(chu)理(li)的(de)(de)污(wu)(wu)水(shui), SS高于(yu)30 m g /L的(de)(de)污(wu)(wu)水(shui)。這種情況(kuang)采用紫(zi)外(wai)線(xian)消(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)毒(du)的(de)(de)方式(shi)不(bu)(bu)(bu)但會增加能耗(hao), 還會造成(cheng)消(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)毒(du)效(xiao)果不(bu)(bu)(bu)好。而(er)對于(yu)經過二級處(chu)理(li)的(de)(de)污(wu)(wu)水(shui)和再生(sheng)水(shui), 紫(zi)外(wai)穿(chuan)透率(lv)一般(ban)為(wei)40% ~ 80%, 采用紫(zi)外(wai)線(xian)消(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)毒(du)方式(shi)是(shi)不(bu)(bu)(bu)錯(cuo)的(de)(de)選擇。

但是紫外線消(xiao)毒(du)(du)法(fa)不能提供剩余的消(xiao)毒(du)(du)能力, 當(dang)處(chu)理水離開反(fan)應器(qi)之后, 一些被紫外線殺傷的微生物(wu)在光復(fu)活(huo)機制下會修復(fu)損傷的DNA分子, 使細菌再生。

2. 2 液氯消毒

液(ye)氯(lv)使用最大(da)的(de)(de)優點(dian)是(shi)(shi)價(jia)格便宜, 殺菌力強, 該(gai)工藝簡單, 技術成熟, 藥劑易(yi)得, 投(tou)量準(zhun)確, 有(you)后續消(xiao)(xiao)毒作用, 不需(xu)要(yao)龐大(da)的(de)(de)設(she)備。液(ye)氯(lv)消(xiao)(xiao)毒在各(ge)地醫院、工業、民(min)用的(de)(de)滅菌消(xiao)(xiao)毒中都有(you)廣泛應用, 并且有(you)些已(yi)達到了自動(dong)化(hua)的(de)(de)程度。液(ye)氯(lv)儲存不是(shi)(shi)十分(fen)安全(quan), 容易(yi)發(fa)生(sheng)泄漏, 而且自20世(shi)紀70年(nian)代以來, 由于發(fa)現(xian)氯(lv)可與水中多種物質形成致癌或致病變(bian)的(de)(de)產物, 致使該(gai)工藝在應用上(shang)開始(shi)受到限制。

2. 3 臭氧消毒

臭氧(yang)是一種強(qiang)氧(yang)化劑, 它(ta)具有(you)高(gao)效(xiao)無二次污(wu)染, 既(ji)能(neng)氧(yang)化有(you)機物, 又能(neng)殺菌(jun)除色、嗅(xiu)、味等(deng)特點, 可氧(yang)化鐵、錳等(deng)物質, 通(tong)常認為它(ta)的氧(yang)化能(neng)力比氯高(gao)600倍(bei)~ 3 000 倍(bei), 且(qie)接觸時間短, 除能(neng)有(you)效(xiao)殺滅(mie)細菌(jun)以外, 對(dui)各種病毒(du)和芽胞等(deng)生命力強(qiang)的生物也有(you)很大的殺傷效(xiao)果。臭氧(yang)消毒(du)不受污(wu)水中NH3 和pH 的影響, 而且(qie)其(qi)最終產物是二氧(yang)化碳和水, 不產生致癌物質。

2. 4 二氧化氯消毒

二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)氯(lv)(lv)消(xiao)毒(du)(du)的(de)特點是(shi)只起(qi)(qi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)作(zuo)用, 不(bu)(bu)起(qi)(qi)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)作(zuo)用, 因(yin)(yin)而一般不(bu)(bu)會產生(sheng)致癌物質。二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)氯(lv)(lv)的(de)消(xiao)毒(du)(du)效果與(yu)氯(lv)(lv)氣(qi)相當, 但當污水(shui)中NH3 N 濃度(du)較(jiao)高(gao)時, 耗氯(lv)(lv)量會大幅度(du)增(zeng)加(jia), 但二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)氯(lv)(lv)由于(yu)不(bu)(bu)與(yu)NH3 反應, 因(yin)(yin)而其(qi)投加(jia)量并不(bu)(bu)增(zeng)加(jia)。另外(wai), 二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)氯(lv)(lv)消(xiao)毒(du)(du)還不(bu)(bu)受pH 的(de)干擾。二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)氯(lv)(lv)不(bu)(bu)穩定(ding)且具有爆炸性(xing), 因(yin)(yin)而必須(xu)在現場制造, 立即(ji)使用。制備含氯(lv)(lv)低的(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)氯(lv)(lv)較(jiao)復(fu)雜, 且原料 ( NaClO2 ) 的(de)價格(ge)較(jiao)其(qi)他消(xiao)毒(du)(du)方法(fa)高(gao), 故限制了(le)該方法(fa)的(de)廣泛(fan)采用。所以國內目前只是(shi)在一些(xie)中小型的(de)污水(shui)處理工程中采用了(le)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)氯(lv)(lv)消(xiao)毒(du)(du)工藝。

3 對幾種消毒工藝的綜合比較

如(ru)表1所示(shi), 幾(ji)種消毒(du)方式目前在國內均(jun)有(you)運(yun)用(yong)(yong)。由(you)于液氯(lv)消毒(du)運(yun)行(xing)費用(yong)(yong)低, 操作簡(jian)單(dan), 主要(yao)運(yun)用(yong)(yong)于大型污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)理(li)廠。中(zhong)小型污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)理(li)廠主要(yao)采(cai)用(yong)(yong)二氧化氯(lv)和(he)紫外線消毒(du), 但由(you)于紫外線消毒(du)效(xiao)果不(bu)穩定, 且設備維護費用(yong)(yong)較(jiao)高等因素, 二氧化氯(lv)消毒(du)在中(zhong)小型污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)理(li)廠中(zhong)運(yun)用(yong)(yong)越來越廣泛。臭氧消毒(du)主要(yao)運(yun)用(yong)(yong)于中(zhong)水(shui)(shui)處(chu)理(li), 具有(you)較(jiao)強的(de)消毒(du)效(xiao)果及脫色效(xiao)果, 同時再(zai)輔以加氯(lv)消毒(du), 以保證(zheng)出水(shui)(shui)中(zhong)余氯(lv)要(yao)求。

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