城市污水消毒技術(shù)的研究進(jìn)展

2010年3月北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Mar. 2010第24卷第1期總79期Jourmal of Beijing Union University( Natural Sciences )Vol.24 No.1 Sum No. 79城市污水消毒技術(shù)的研究進(jìn)展趙風(fēng)云,孫根行(陜西科技大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，陜西西安710021)[摘要]城市污水消毒是保障水質(zhì)安全必不可少的環(huán)節。目前,城市污水消毒方法主要為氯消毒、二氧化氯消毒、紫外消毒和臭氧消毒等,傳統氯消毒由于產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物而逐步為其他消毒方法所取代,闡述了各種消毒方式的消毒原理及應用,聯(lián)合消毒技術(shù)將成為近幾年發(fā)展較快的城市污水消毒技術(shù)。[關(guān)鍵詞]城市污水;消 毒技術(shù);聯(lián)合消毒[中圖分類(lèi)號] X 703.1 [文獻標志碼] A [文章編號] 1005 -0310(2010)01-0008-04Research Progress in the Disinfection Technologies of SewageZHAO Feng yun, SUN Gen-xing(Collge of Resources and Environment, Shaanxi University of Seiencet&Technology, xi' an 710021, China)Abstract: The disinfection technologies of sewage are essential operation to protect water quality and safety. Thedisinfection technologies of sewage include mostly chlorination disinfection , chlorine dioxide disinfection, ultravio-let disinfection , ozone disinfection et. al . The traditional chlorination disinfection is being gradually substituted byother disinfection crafts because of its toxic disinfection byproducts. It had described the prineiples and applica-tions of various disinfection technologies. And united disinfection wins the expansive future in recent years.Key words: sewage; disinfection technologies ; joint disinfection污水再生利用是解決我國目前水資源緊缺的小的中性分子,它能擴散到帶負電的細菌表面,并重要途徑,污水消毒是保障水質(zhì)安全必不可少的環(huán).穿透至細菌內部,氧化和破壞微生物外膜或酶的蛋節。氯消毒因其成本低廉、運行管理簡(jiǎn)單且對致病白質(zhì)結構功能,從而使微生物死亡”。而氯對病毒微生物有廣泛的滅活特性,在目前的污水消毒處理的作用,主要是對核酸破壞的致死性作用。中仍處于主導地位[41。但由于氯消毒會(huì )產(chǎn)生大量向水中加人液氯或次氣酸鹽溶液消毒時(shí),在水的三氯甲烷、鹵乙酸等消毒副產(chǎn)物，近年來(lái)出現了中發(fā)生的反應如下:很多替代消毒方法，例如:二氧化氯消毒、紫外消Cl2+ H20 = HOCl+ H'+ CI~毒.臭氧消毒等,聯(lián)合消毒技術(shù)也得到了更加廣泛0C1^+H2O=HOCI+0H”的應用。HOCl、0CI"之和稱(chēng)作有效自由氣,其中以HOCI消毒效果最好。排人水體時(shí)，氯會(huì )和水中的1氯消毒氨氮、有機氮反應生成消毒效果較差的無(wú)機氯胺和1.1 氯消毒的原理.氯胺,稱(chēng)作化合氯?？傆鄽馐侵赣行ё杂陕群陀行认臼亲顬槠毡榈南炯夹g(shù),殺菌機理非?；下戎?。簡(jiǎn)單,主要是氯溶于水中產(chǎn)生了HOCI。HOCI 是很中國煤化工[收稿日期] 2009-12-31[作者簡(jiǎn)介]趙風(fēng)云(1985- -),女,內蒙古烏海人,陜西科技大學(xué)MCHCNM H G。再生利用安全性評價(jià)。第24卷第1期趙風(fēng)云等:城市污水消毒技術(shù)的研究進(jìn)展91.2 氯消毒的應用殺菌劑,在污水處理中日益得到廣泛應用。二氧化加氯消毒是目前城市污水最為經(jīng)濟有效和應氯作為強氧化劑,可將廢水中的少量S3-、S0;"、用最廣泛的消毒工藝。氯消毒常用的是液氯法和Sn0;~.As0;-、NO2、CN-等還原性酸根氧化除去,次氣酸法,其中以液氯法應用最為普遍。據1998也可將Fe2* 、Mn2°、Ni?*等金屬離子及它們與酚年對北美洲20 000座城市污水處理廠(chǎng)進(jìn)行的調查類(lèi)、CN-形成的絡(luò )合物除去。因此,二氧化氯可廣表明，接近60%的污水廠(chǎng)使用氯消毒,其中24%的泛應用于含氯、酚硫、有機物、金屬離子等工業(yè)廢污水廠(chǎng)采用氯消毒并后續脫除余氯的操作方式[4),水處理以及醫院、生活污水殺菌消毒和生活污水的.說(shuō)明氯消毒在目前還是應用比較廣泛的一種消毒凈化處理等10)。方式。廣州獵德污水處理廠(chǎng)尾水采用液氯消毒法黃君禮等“"對大慶東風(fēng)水廠(chǎng)Cl02消毒后,進(jìn)進(jìn)行殺菌，液氯消毒接觸時(shí)間較短時(shí),僅增加液氯行水中有機富集物的Ames試驗,結果表明，CIO2投加量,尾水中的總大腸菌群數和糞大腸菌群數也消毒的大慶東風(fēng)水廠(chǎng)取水未顯示出致突變性。另不穩定;只要有足夠長(cháng)的接觸時(shí)間,尾水中的總大外,有研究者也發(fā)現,即使在原水Ames試驗為陽(yáng)性腸菌群數和糞大腸菌群數都比較穩定,能夠達到污的條件下,C102組份消毒后可以轉為陰性。二氧化水廠(chǎng)排放標準中的一級A類(lèi)標準,且能達到我國城氯消毒具有不受pH影響、易溶于水、投加量少、殘市雜用水水質(zhì)標準5]。留量少、投資少、產(chǎn)率高且在水中滯留時(shí)間長(cháng),能殺液氯消毒是一種使用固定傳送系統的常規技除和抑制細菌,在一定的范圍內,殺菌能力隨著(zhù)溫術(shù),處理費用低。由于消毒后污水中尚有一定的余度升高而升高的特點(diǎn),但易爆,只能現場(chǎng)發(fā)生.使氯存在,液氯消毒具有剩余消毒能力。液氯技術(shù)方用,設備復雜，操作管理要求高,成本較高,僅有法成熟,設備故障率低,運行費用低,是目前國內最20%的二氧化氯在消毒過(guò)程中被利用。二氧化氯普遍采用的城市污水消毒方法([2。但氯化消毒最消毒僅適用于較小規模的污水處理廠(chǎng)。大的問(wèn)題是對某些病毒、芽孢無(wú)效,殘毒產(chǎn)生臭味，有強烈刺激性,消毒過(guò)程中產(chǎn)生有毒的消毒副產(chǎn)物3紫外線(xiàn)消毒DBPs。3.1紫外線(xiàn)消 毒的原理2二氧化氯消毒根據生物效應的不同,將紫外線(xiàn)按照波長(cháng)劃分為4個(gè)部分:A波段(UV- -A),又稱(chēng)為黑斑效應紫2.1二氧化氯消毒的原理外線(xiàn)(400 ~320 nm);B波段(UV一B) ,又稱(chēng)為紅斑二氧化氯是國際上公認的含氯消毒劑中唯一效應紫外線(xiàn)(320 ~275 nm);C波段(UV-C),又稱(chēng)的高效消毒劑(滅菌劑),它可以殺滅一切微生物，為滅菌紫外線(xiàn)(275 ~ 200 nm);D波段(UV- -D),包括細菌繁殖體、細菌芽孢、真菌、分枝桿菌和病毒又稱(chēng)為真空紫外線(xiàn)(200 ~ 100 nm)。水消毒主要采等,其對微生物的殺滅機理為:二氧化氨對細胞壁用的是C波段紫外線(xiàn)'”。微生物在紫外光的照射有較強的吸附穿透能力,可有效地氧化細胞內含巰下發(fā)生光化反應，破壞微生物的核酸，使其失去活基的酶,還可以通過(guò)快速地抑制微生物蛋白質(zhì)的合性。細胞的DNA和RNA吸收短波UV發(fā)射的高能成來(lái)破壞微生物[°。量,吸收波長(cháng)大部分在200-275 nm范圍內的UV二氧化氯具有易揮發(fā)、易燦炸的特點(diǎn),故不宜能量,這將導致在臨近的核苷之間形成新的結合貯存,以現場(chǎng)制取和使用為主。用于水處理領(lǐng)域的物,在核酸內創(chuàng )造了雙結構或二聚物。DNA中的胸小型化學(xué)法二氧化氯發(fā)生器主要有兩種:以氯酸腺嘧啶經(jīng)過(guò)光化學(xué)的破壞，相鄰的嘧啶產(chǎn)生二聚作鈉、鹽酸為原料的復合型二氧化氣發(fā)生器和以亞氯用。細菌和病毒菌素的DNA中多數胸腺嘧啶二聚酸鈉、鹽酸為原料的純二氧化氯發(fā)生器,其中前者物的形成阻止了復制和最終導致細胞死亡。應用最為廣泛0],主要的反應是:3.2紫外線(xiàn)消 毒的應用NaClO3+ NaCl + H2SO,- -CI02+ 1/2C12 +由于傳統的氯消毒會(huì )產(chǎn)生副產(chǎn)物,20世紀70Na,SO,+ H2O年代隨券對甸消去產(chǎn)片的聊2物的分析與研究，5NaCIQ2+ 4HCl-- 4C102+ 5NaCl + 2H20發(fā)現」YH中國煤化工大量的鹵代婉和2.2二氧化氯消毒的應用氯化C N MH G各類(lèi)氯化有機物二氧化氣是國際上公認的廣譜高效的氧化性有不同程度的提高。 氯氣和氯的衍生物消毒的副0北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) .2010年3月作用越來(lái)越引起人們的重視,為積極尋找替代氯的導致細胞的溶解死亡，并且將死亡菌體內的遺傳基更安全、更優(yōu)越的新型消毒劑，紫外消毒巳成為今因、寄生菌種、寄生病毒粒子、噬菌體、支原體及熱后污水處理領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展方向。原(內毒素)等溶解變性,使其死亡。因此,0,所具現代紫外消毒除了可以消毒小水量,也可以消有的強氧化性和易于通過(guò)微生物細胞膜的性能,使毒大水量。目前,紫外技術(shù)在實(shí)際應用中最大已達0,具有強大的殺藻和滅菌能力,能殺死水中細菌、到每小時(shí)6萬(wàn)噸。古交給排水公司污水處理廠(chǎng)采大腸菌群、隱孢子蟲(chóng)、賈第蟲(chóng)孢囊、病毒等。用紫外消毒,日處理污水2萬(wàn)噸,1990年建廠(chǎng)以來(lái)，4.2臭氧消毒的應用共處理污水6 000多萬(wàn)噸。應用紫外線(xiàn)消毒設備消毒劑效果可以采用CT值來(lái)衡量,其值越低，后,污水消毒提高了古交電廠(chǎng)的用水安全性。污泥.消毒效果越好“”。表1給出了4種常用消毒劑殺消毒后,污泥農用有了保證,打開(kāi)了銷(xiāo)路,創(chuàng )造了一滅不同微生物時(shí)的CT值,濃度單位為mg/L,時(shí)間定的經(jīng)濟效益12]。單位為min,殺滅率為99%。根據表1可知,臭氧紫外線(xiàn)消毒技術(shù)具有其他技術(shù)無(wú)可比擬的殺的CT值遠遠小于氯。因此,臭氧殺滅病原體所需菌效率。當紫外強度為3x10*μW/cm2時(shí),紫外線(xiàn)時(shí)間更短,效率更高而且不產(chǎn)生有毒有害的副產(chǎn)對細菌、病毒的殺菌作用- -般在一秒以?xún)?。由于紫物。外線(xiàn)消毒技術(shù)不加人任何化學(xué)藥劑,因此它不會(huì )對北京田村山水廠(chǎng)、昆明五水廠(chǎng)等均采用臭氧消水體和周?chē)h(huán)境產(chǎn)生二次污染,不會(huì )改變水中任何毒技術(shù)16]。臭氧消毒具有現場(chǎng)發(fā)生、反應速度快、成分,使用簡(jiǎn)便安全、快速,易實(shí)現自動(dòng)化,不會(huì )產(chǎn)消毒后臭氧立即分解、基本消除了對生物群的毒.生任何對人類(lèi)及水中生物有毒害成分的副產(chǎn)物,對效使水的溶解氧增加、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)。但生產(chǎn)臭氧保護環(huán)境和保護工作人員的身體健康有積極的意效率低,運行和維護費用高,臭氧必須邊生產(chǎn)邊使義。不過(guò),紫外消毒電耗大,紫外燈管和石英套管用"”。需定期更換清除”。5復合消毒技術(shù)4臭氧消毒5.1 二氧化氟和氯聯(lián)合消毒技術(shù)4.1臭氧消毒的原理二氧化氯消毒時(shí)一部分被還原為可能會(huì )對人體臭氧(O,)是氧(02)的同素異形體,0,具有很健康產(chǎn)生不良影響的CI0;:(*8] ,而且制造成本較高，強的氧化能力(僅次于氟),能氧化大部分有機物。氯消毒會(huì )產(chǎn)生三氯甲烷等消毒副產(chǎn)物。為了克服單研究表明,0,是通過(guò)物理、化學(xué)及生物等幾個(gè)方面.種消毒技術(shù)的缺點(diǎn),水春雨等([192]以氯酸鈉和鹽酸的綜合作用來(lái)殺滅細菌和病毒的,其作用機制04)為原料,制備以二氧化氯為主、氯氣為輔的消毒劑，可歸結為以下兩點(diǎn):應用于經(jīng)不完全二級生物處理后的城市污水。對產(chǎn)1)O,能氧化分解細菌內部氧化葡萄糖所必需生Cl0;的影響和污水中中糞大腸菌的滅活效果的的葡萄糖氧化酶，并直接與細菌和病毒發(fā)生作用，研究表明,CIO2較Cl,活潑,優(yōu)先于Cl2和污水中有破壞其細胞和核糖核酸,分解DNA.RNA、蛋白質(zhì)、機物發(fā)生氧化反應,因此減少了Cl2和有機物反應生脂肪類(lèi)和多糖等大分子聚和物，使細菌的物質(zhì)代謝.成THMS和其他有機氯;污水中余氯通過(guò)氧化CIO2生長(cháng)和繁殖過(guò)程遭到破壞。生成CIO,減少了二氧化氣消毒副產(chǎn)物CIO;量,增2) 0,能滲透細胞膜組織,侵人細胞膜內作用加了殘余的CI02量。復合二氧化氯用于污水消毒,于外膜脂蛋白和內部的脂多糖,使細胞發(fā)生畸變,保持了CIO2和Cl2各自的優(yōu)點(diǎn),而減少了各自的缺表1殺滅不同微生物消毒劑的 CT值消毒劑種類(lèi)微生物自由氯氯胺二氧化氯臭氧大腸桿菌0.9~2.7113(pH =9)0. 006~-0.02(1C)脊鲼厭質(zhì)炎病毒.1 420(pH =9)中國煤化工0.2甲肝病毒1.8592蘭伯氏甲第蟲(chóng)胞囊83-170MHCN M HG 0.53尖刺甲第蟲(chóng)胞囊150-1 0121 000( 15C)10.71. 94第24卷第1期.趙風(fēng)云等:城市污水消毒技術(shù)的研究進(jìn)展11點(diǎn),增強了回用污水的環(huán)境安全性;殘余的二氧化氯協(xié)同作用,因此兩者的組合效果大于兩者的簡(jiǎn)單加量增加,使該復合消毒劑對污水中的細菌具有持續和。張永吉”)研究了紫外線(xiàn)和氯聯(lián)合滅活枯草芽殺菌能力。研究結果表明,復合CI02發(fā)生器用于污.孢桿菌的效果,也證明了兩者存在較明顯的協(xié)同滅水回用,不僅能達到良好的消毒效果,其產(chǎn)生的復合活作用。氣體還能氧化去除水中有機物和還原性無(wú)機污染通過(guò)分析并研究紫外線(xiàn)與氯不同的組合方式物。試驗表明,該復合氣體對城市污水色度的去除對消毒效果的影響,將氯消毒與紫外線(xiàn)消毒相結效果優(yōu)于純二氧化氯或氯氣。合,既減小了氯消毒的生態(tài)風(fēng)險性,又彌補了紫外5.2 紫外線(xiàn)與氯聯(lián)合消毒技術(shù)線(xiàn)消毒無(wú)持續消毒能力的不足,保證了水質(zhì)的安全雖然紫外線(xiàn)消毒比氣消毒產(chǎn)生更少的消毒副性。產(chǎn)物,但紫外線(xiàn)消毒技術(shù)存在沒(méi)有持續消毒能力的6結語(yǔ)問(wèn)題。近年來(lái)，紫外線(xiàn)和氯對污水的復合消毒技術(shù)得到了一些研究,郭美婷等(21研究表明,單獨紫外氯、二氧化氯、臭氧、紫外線(xiàn)等常規消毒劑用于線(xiàn)消毒的滅活率為3.22 -lg,單獨氯消毒的滅活率污水消毒經(jīng)濟有效，但具有在消毒過(guò)程中產(chǎn)生有僅為0.83-1g。先氯消毒再紫外線(xiàn)消毒的方式得害副產(chǎn)物等缺點(diǎn)。聯(lián)合消毒劑能有效滅活水體中到的滅活率高達4.42 -lg,先紫外線(xiàn)消毒再氯消毒的致病微生物，有效控制消毒副產(chǎn)物的生成，可延的滅活率次之,為4.13-1g。所以,紫外線(xiàn)與氯聯(lián)長(cháng)或保證管網(wǎng)水中的消毒作用，比氯單獨消毒的合消毒的方式可在一定程度上提高滅活率,其中，持續消毒能力強。聯(lián)合消毒工藝具有投資少、成本先添加氯的組合消毒方式得到的滅活率最高。結低、見(jiàn)效快的優(yōu)點(diǎn)，聯(lián)合消毒技術(shù)必將迎來(lái)其蓬勃果表明,在一定程度上,紫外線(xiàn)和氯在消毒方面有發(fā)展的未來(lái)。[參考文獻][1] 胡洪營(yíng),王麗莎.魏東斌.污水消毒面臨的技術(shù)挑戰及其對策[J].世界科技研兗與發(fā)展,2005 ,27(6) :36-41.[ 2 ] Donnermair M M . 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