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摘要：消毒是污水处理以及污水再生利用处理工艺中最后一个处理环节，它也是保证污水厂和再生水厂出水生物安全性的主要处理环节，因此消毒工艺的正确选择是保证出水生物安全性的关键所在。近年来，污水以及回用水消毒工艺主要有液氯消毒、二氧化氯消毒和紫外线消毒，三种消毒工艺均有其优势，亦存在缺陷。本论文通过对三种消毒工艺消毒效能、一次性投资和运行费用的比较分析，给出不同处理目标下消毒工艺的选择建议，供读者借鉴。
关键词：污水处理；污水再生利用；消毒工艺；液氯；二氧化氯；紫外线Abstract: Disinfect sewage treatment and wastewater reclamation and reuse process last part, it is also to ensure that the effluent from the wastewater treatment plant and recycling plant bio-security main processing chain, the correct choice of the disinfection process is key to ensure water security of biological. In recent years, sewage, and back to the water disinfection process liquid chlorine disinfection, chlorine dioxide disinfection and ultraviolet disinfection, the three disinfection process has its advantages, also flawed. By the three disinfection process disinfection performances, comparative analysis of a one-time investment and operating costs, given the choice of different treatment goals disinfection process recommended for readers to learn from.Keywords: sewage treatment; sewage recycling; disinfection process; liquid chlorine; chlorine dioxide; ultraviolet
中图分类号：TU S273.5 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
随着经济社会的发展和人们对环境要求的日益提高，很多新建城市污水处理厂污染物的排放要求达到一级A标准，原来按二级以及一级B排放标准设计的污水处理厂被要求进行提标改造，其中水质微生物指标尤为重要。2003年国家环保总局要求“城镇污水处理厂出水应结合实际采取加氯或紫外线、臭氧等消毒灭菌处理，出水水质粪大肠菌群数小于10000个/L”。并且近年来新建和改建的污水处理厂往往配套建设了再生水厂，为确保再生水和尾水的生物安全性和化学安全性，消毒工艺的选择就显得极为重要。目前污水厂及再生水厂消毒的主要方式有液氯消毒、二氧化氯消毒和紫外线消毒等。本文针对这三种消毒工艺从消毒效果以及投资、运行费用等方面对几种消毒工艺进行比较分析。
一、消毒机理及效果评价
1、液氯消毒
投加液氯是一种传统的消毒方式，这种消毒工艺高效可靠，并且液氯价格低廉，含氯浓度高，有效氯可达99%以上。對二级处理后的污水消毒，若要保持一定的余氯浓度，需加氯10～15mg/L，不需要保持余氯浓度时，加氯量为5-10mg/L，接触时间约为30min。液氯消毒的机理是依靠氯气水解产生的HClO，HClO是很小的中性分子，它能扩散到表面带负电的细菌表面，并穿透至细菌内部，氧化和破坏微生物外膜或酶的蛋白质结构功能，从而使微生物死亡。对宁夏某污水处理厂出水大肠菌群数量指标进行了监测，污水厂以投加液氯为消毒工艺，监测数据如表1（采用随机取样）：
表1 污水厂液氯消毒出水大肠菌群指标数据
注：液氯投加量约为7mg/L，接触时间30min
从表中可以看出，液氯消毒工艺出水微生物指标均优于污水排放标准，消毒效果良好。
液氯消毒单位水处理费用低，消毒效果好，并且在保证出水余氯的情况下，具有持续性消毒能力，是一种比较成熟的消毒工艺。但是此工艺存在其应用的局限性：首先由于此工艺需要接触时间较长，故消毒接触池池容较大，土建投资较高；第二，氯气是剧毒危险品，存储氯气的钢瓶需为高压钢瓶，对氯气的安全运输及储存要求较高；第三，液氯消毒方法会产生如三卤甲烷(THMs)等致癌、致基因畸变的副产物[1]，并随污水进入地面水体，污染水源，对鱼类等水生生物产生毒害作用。因此在饮用水的消毒工艺中，液氯消毒已逐渐被更为先进的消毒工艺所取代，但污水以及回用水的液氯消毒仍具有价格低廉、消毒效果良好的应用优势。
2、二氧化氯消毒
二氧化氯是国际上公认的广谱高效的氧化性杀菌剂，在我国，广泛应用于城镇饮用水、工业用水、污水处理等领域[2]。稳定的ClO2是淡黄色或无色无刺激性气味透明水溶液，很少挥发，不易燃，不易分解，有效氯含量可达263%。理论上可以杀死一切微生物，并且能够破坏水中少量的有机污染物，如氯仿、氯酚、氰化物等，而且还具有除色除味的功能。其消毒机理为：ClO2是中性分子，在水中几乎全以分子状态存在，所以极易穿透细胞膜，渗入细胞内，氧化细菌核酸后使细菌死亡，它比HClO有更强的杀菌效能。二氧化氯在污水处理中投加量一般为5～10mg/L，在再生水处理中投加量一般为2～6mg/L。在宁夏各污水厂的改造中，已逐渐将传统的液氯消毒工艺更新改造为二氧化氯消毒工艺，经过对石宁夏某回用水厂消毒前后水质变化情况进行了监测，回用水厂以二氧化氯消毒为消毒工艺，监测数据如表2：
表2 回用水厂二氧化氯消毒出水水质指标数据
注：有效氯投加浓度6mg/L，接触时间15min
从表2中可以看出，二氧化氯消毒效果比液氯消毒效果更好，出水微生物指标更优，并且对水的色度、COD也有一定的去除效果。但是二氧化氯消毒也存在缺点：首先，二氧化氯需随制随用，高纯度二氧化氯发器增加了制水的成本，消毒成本较高；其次，二氧化氯监测较为困难，手段较为复杂，不利于水厂水质指标的在线、简易监测；再次，虽然其不产生四氯甲烷等液氯的消毒副产物，但其消毒产生的副产物亚氯酸盐，同样具有毒性，成为限制其应用的一大缺点。虽然二氧化氯消毒仍具有诸多缺陷，但是其高效的消毒能力使其成为近年来消毒工艺中应用最为广泛的一种。
3、紫外线消毒
由于采用紫外线消毒具有不需投加任何化学药剂，不改变水的成分和结构，消毒时间短，杀菌范围宽效果好的优点，国际上一些对细菌排放有严格要求的地区，大多采用了紫外线消毒[3]。紫外线是一种波长范围为136-390nm的不可见光线，在波长240-280nm范围内具有杀菌作用，尤以253.7nm处波长杀菌能力最强，紫外线主要通过对微生物的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物死亡，从而达到消毒的目的。紫外线对核酸的作用可导致键和链的断裂、股间交联和形成光化产物等[4,5]，从而改变DNA生物活性，使微生物自身不能复制。紫外线消毒效果高，只需极短的接触时间，便可达到较高的杀菌效果[6]。城镇污水二级处理的出水消毒剂量一般为15-22mws/cm2，再生水消毒剂量为24-30mws/cm2。本文借用甘肃某污水处理厂紫外消毒渠出水监测数据进行比较，设备为加拿大特洁安技术公司的紫外消毒设备，监测数据如表3：
表3 污水厂紫外消毒出水微生物指标数据
从表中可以看出，紫外线消毒出水均达到污水排放标准，但效果较液氯和二氧化氯消毒差，并且在相近的紫外线剂量下，出水SS越高，粪大肠菌群数就越多，这表明，其消毒效果受水中悬浮杂质数量影响较大。
紫外线消毒工艺具有诸多优点，例如无需投加化學药剂，紫外线投加剂量控制方便，杀菌速度快、停留时间短，处理构筑物尺寸小，土建投资较小，并且不产生消毒副产物等，但是紫外消毒不能提供剩余消毒能力，在消毒结束后，一部分微生物会修复损伤的DNA，使细菌再生，并且设备、运行费用高，更重要的是其消毒效果受出水SS影响较大，消毒效果不能保证。建议污水厂及回用水厂在使用紫外消毒工艺时，能够配合加氯消毒工艺共同使用，保证出水效果。
二、投资及运行费用评价
本文以1.0万m3/d、5.0万m3/d、20.0万m3/d的污水处理厂三种消毒工艺一次性投资以及运行费用进行比较，数据来自收集国内相应水量、工艺的污水厂投资、运行经济数据，如表4：
表4 三种消毒工艺一次性投资和运行费用比较
注：一次性投资包括设备投资和土建投资
从表4中可以看出，三种消毒工艺，小水量情况下一次性投资紫外线消毒工艺最低，二氧化氯消毒工艺最高，但在大水量情况下一次性投资液氯消毒工艺最低，紫外线消毒工艺最高。据此，从经济的角度分析，在较小水量水厂宜采用紫外线消毒工艺，在较大水量水厂，宜采用液氯或二氧化氯消毒工艺。
从运行费用方面考虑，虽然紫外线消毒运行费用较小，但紫外灯管寿命短，需经常更换，维护维修费用较高，故三种消毒工艺运行费用差别不大。
三、结论
综上所述，液氯、二氧化氯和紫外线消毒三种方式各有优缺点。根据污水处理目标的不同，消毒工艺的选择也应有所不同：
1、如果污水处理后直接排放，不进行回用时，污水处理的目标是达标排放，这时紫外线消毒和二氧化氯消毒都可以胜任。
2、如污水处理后要进行再生利用，这时须采用紫外线+二氧化氯联合消毒工艺或者单独采用二氧化氯消毒，以保证回用水水质的微生物安全性。
参考文献
[1] 周葆珍，饮用水氯化消毒致癌问题［J］.给水排水,1983(3):32-33
[2] 黄君礼,新型消毒剂二氧化氯的分析方法研究专集[J].环境科学进展,1999,7(增刊):1-100.
[3] 韩庆昌,权维,娄金生,等.污水回用中的紫外线消毒技术[J].中国农村水利水电,2010,(8):35～37.
[4] 林克椿，生物物理学［M］.武汉：华中师范大学出版社，1999
[5] 张锡辉,焦阳.原水紫外线预处理过程研究[J].净水技术,2009,24(1):4～8.
[6] 刘佳,黄翔风,陆丽君,等.紫外线消毒出水的微生物光复活及其控制技术[J].中国给排水,2011,22(15):1～5.
关键词：污水处理；污水再生利用；消毒工艺；液氯；二氧化氯；紫外线Abstract: Disinfect sewage treatment and wastewater reclamation and reuse process last part, it is also to ensure that the effluent from the wastewater treatment plant and recycling plant bio-security main processing chain, the correct choice of the disinfection process is key to ensure water security of biological. In recent years, sewage, and back to the water disinfection process liquid chlorine disinfection, chlorine dioxide disinfection and ultraviolet disinfection, the three disinfection process has its advantages, also flawed. By the three disinfection process disinfection performances, comparative analysis of a one-time investment and operating costs, given the choice of different treatment goals disinfection process recommended for readers to learn from.Keywords: sewage treatment; sewage recycling; disinfection process; liquid chlorine; chlorine dioxide; ultraviolet
中图分类号：TU S273.5 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
随着经济社会的发展和人们对环境要求的日益提高，很多新建城市污水处理厂污染物的排放要求达到一级A标准，原来按二级以及一级B排放标准设计的污水处理厂被要求进行提标改造，其中水质微生物指标尤为重要。2003年国家环保总局要求“城镇污水处理厂出水应结合实际采取加氯或紫外线、臭氧等消毒灭菌处理，出水水质粪大肠菌群数小于10000个/L”。并且近年来新建和改建的污水处理厂往往配套建设了再生水厂，为确保再生水和尾水的生物安全性和化学安全性，消毒工艺的选择就显得极为重要。目前污水厂及再生水厂消毒的主要方式有液氯消毒、二氧化氯消毒和紫外线消毒等。本文针对这三种消毒工艺从消毒效果以及投资、运行费用等方面对几种消毒工艺进行比较分析。
一、消毒机理及效果评价
1、液氯消毒
投加液氯是一种传统的消毒方式，这种消毒工艺高效可靠，并且液氯价格低廉，含氯浓度高，有效氯可达99%以上。對二级处理后的污水消毒，若要保持一定的余氯浓度，需加氯10～15mg/L，不需要保持余氯浓度时，加氯量为5-10mg/L，接触时间约为30min。液氯消毒的机理是依靠氯气水解产生的HClO，HClO是很小的中性分子，它能扩散到表面带负电的细菌表面，并穿透至细菌内部，氧化和破坏微生物外膜或酶的蛋白质结构功能，从而使微生物死亡。对宁夏某污水处理厂出水大肠菌群数量指标进行了监测，污水厂以投加液氯为消毒工艺，监测数据如表1（采用随机取样）：
表1 污水厂液氯消毒出水大肠菌群指标数据
注：液氯投加量约为7mg/L，接触时间30min
从表中可以看出，液氯消毒工艺出水微生物指标均优于污水排放标准，消毒效果良好。
液氯消毒单位水处理费用低，消毒效果好，并且在保证出水余氯的情况下，具有持续性消毒能力，是一种比较成熟的消毒工艺。但是此工艺存在其应用的局限性：首先由于此工艺需要接触时间较长，故消毒接触池池容较大，土建投资较高；第二，氯气是剧毒危险品，存储氯气的钢瓶需为高压钢瓶，对氯气的安全运输及储存要求较高；第三，液氯消毒方法会产生如三卤甲烷(THMs)等致癌、致基因畸变的副产物[1]，并随污水进入地面水体，污染水源，对鱼类等水生生物产生毒害作用。因此在饮用水的消毒工艺中，液氯消毒已逐渐被更为先进的消毒工艺所取代，但污水以及回用水的液氯消毒仍具有价格低廉、消毒效果良好的应用优势。
2、二氧化氯消毒
二氧化氯是国际上公认的广谱高效的氧化性杀菌剂，在我国，广泛应用于城镇饮用水、工业用水、污水处理等领域[2]。稳定的ClO2是淡黄色或无色无刺激性气味透明水溶液，很少挥发，不易燃，不易分解，有效氯含量可达263%。理论上可以杀死一切微生物，并且能够破坏水中少量的有机污染物，如氯仿、氯酚、氰化物等，而且还具有除色除味的功能。其消毒机理为：ClO2是中性分子，在水中几乎全以分子状态存在，所以极易穿透细胞膜，渗入细胞内，氧化细菌核酸后使细菌死亡，它比HClO有更强的杀菌效能。二氧化氯在污水处理中投加量一般为5～10mg/L，在再生水处理中投加量一般为2～6mg/L。在宁夏各污水厂的改造中，已逐渐将传统的液氯消毒工艺更新改造为二氧化氯消毒工艺，经过对石宁夏某回用水厂消毒前后水质变化情况进行了监测，回用水厂以二氧化氯消毒为消毒工艺，监测数据如表2：
表2 回用水厂二氧化氯消毒出水水质指标数据
注：有效氯投加浓度6mg/L，接触时间15min
从表2中可以看出，二氧化氯消毒效果比液氯消毒效果更好，出水微生物指标更优，并且对水的色度、COD也有一定的去除效果。但是二氧化氯消毒也存在缺点：首先，二氧化氯需随制随用，高纯度二氧化氯发器增加了制水的成本，消毒成本较高；其次，二氧化氯监测较为困难，手段较为复杂，不利于水厂水质指标的在线、简易监测；再次，虽然其不产生四氯甲烷等液氯的消毒副产物，但其消毒产生的副产物亚氯酸盐，同样具有毒性，成为限制其应用的一大缺点。虽然二氧化氯消毒仍具有诸多缺陷，但是其高效的消毒能力使其成为近年来消毒工艺中应用最为广泛的一种。
3、紫外线消毒
由于采用紫外线消毒具有不需投加任何化学药剂，不改变水的成分和结构，消毒时间短，杀菌范围宽效果好的优点，国际上一些对细菌排放有严格要求的地区，大多采用了紫外线消毒[3]。紫外线是一种波长范围为136-390nm的不可见光线，在波长240-280nm范围内具有杀菌作用，尤以253.7nm处波长杀菌能力最强，紫外线主要通过对微生物的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物死亡，从而达到消毒的目的。紫外线对核酸的作用可导致键和链的断裂、股间交联和形成光化产物等[4,5]，从而改变DNA生物活性，使微生物自身不能复制。紫外线消毒效果高，只需极短的接触时间，便可达到较高的杀菌效果[6]。城镇污水二级处理的出水消毒剂量一般为15-22mws/cm2，再生水消毒剂量为24-30mws/cm2。本文借用甘肃某污水处理厂紫外消毒渠出水监测数据进行比较，设备为加拿大特洁安技术公司的紫外消毒设备，监测数据如表3：
表3 污水厂紫外消毒出水微生物指标数据
从表中可以看出，紫外线消毒出水均达到污水排放标准，但效果较液氯和二氧化氯消毒差，并且在相近的紫外线剂量下，出水SS越高，粪大肠菌群数就越多，这表明，其消毒效果受水中悬浮杂质数量影响较大。
紫外线消毒工艺具有诸多优点，例如无需投加化學药剂，紫外线投加剂量控制方便，杀菌速度快、停留时间短，处理构筑物尺寸小，土建投资较小，并且不产生消毒副产物等，但是紫外消毒不能提供剩余消毒能力，在消毒结束后，一部分微生物会修复损伤的DNA，使细菌再生，并且设备、运行费用高，更重要的是其消毒效果受出水SS影响较大，消毒效果不能保证。建议污水厂及回用水厂在使用紫外消毒工艺时，能够配合加氯消毒工艺共同使用，保证出水效果。
二、投资及运行费用评价
本文以1.0万m3/d、5.0万m3/d、20.0万m3/d的污水处理厂三种消毒工艺一次性投资以及运行费用进行比较，数据来自收集国内相应水量、工艺的污水厂投资、运行经济数据，如表4：
表4 三种消毒工艺一次性投资和运行费用比较
注：一次性投资包括设备投资和土建投资
从表4中可以看出，三种消毒工艺，小水量情况下一次性投资紫外线消毒工艺最低，二氧化氯消毒工艺最高，但在大水量情况下一次性投资液氯消毒工艺最低，紫外线消毒工艺最高。据此，从经济的角度分析，在较小水量水厂宜采用紫外线消毒工艺，在较大水量水厂，宜采用液氯或二氧化氯消毒工艺。
从运行费用方面考虑，虽然紫外线消毒运行费用较小，但紫外灯管寿命短，需经常更换，维护维修费用较高，故三种消毒工艺运行费用差别不大。
三、结论
综上所述，液氯、二氧化氯和紫外线消毒三种方式各有优缺点。根据污水处理目标的不同，消毒工艺的选择也应有所不同：
1、如果污水处理后直接排放，不进行回用时，污水处理的目标是达标排放，这时紫外线消毒和二氧化氯消毒都可以胜任。
2、如污水处理后要进行再生利用，这时须采用紫外线+二氧化氯联合消毒工艺或者单独采用二氧化氯消毒，以保证回用水水质的微生物安全性。
参考文献
[1] 周葆珍，饮用水氯化消毒致癌问题［J］.给水排水,1983(3):32-33
[2] 黄君礼,新型消毒剂二氧化氯的分析方法研究专集[J].环境科学进展,1999,7(增刊):1-100.
[3] 韩庆昌,权维,娄金生,等.污水回用中的紫外线消毒技术[J].中国农村水利水电,2010,(8):35～37.
[4] 林克椿，生物物理学［M］.武汉：华中师范大学出版社，1999
[5] 张锡辉,焦阳.原水紫外线预处理过程研究[J].净水技术,2009,24(1):4～8.
[6] 刘佳,黄翔风,陆丽君,等.紫外线消毒出水的微生物光复活及其控制技术[J].中国给排水,2011,22(15):1～5.