和次氯酸鈉對比后我才知道，污水廠(chǎng)利用紫外線(xiàn)消毒也很OK！

污水處理過(guò)程中，除了COD、SS、氮磷等常規污染物，也存在著(zhù)大量的細菌和病毒，這些是不能被常規污水處理工藝去除的。因此，經(jīng)過(guò)常規的機械、一級和二級處理之后，仍然需要進(jìn)行消毒的處理。

 

目前我國城鎮污水廠(chǎng)采用的消毒方式主要有次氯酸鈉、紫外、二氧化氯和臭氧等，經(jīng)常單一應用或組合聯(lián)用。

 

次氯酸鈉是應用最多的消毒方法。相關(guān)調查顯示：江浙滬50多座城鎮污水處理廠(chǎng)中，有52.5%的污水廠(chǎng)采用次氯酸鈉消毒，有8.5%的污水廠(chǎng)采用二氧化氯消毒，有6.8%的污水廠(chǎng)采用紫外線(xiàn)消毒；有1.7%的污水廠(chǎng)采用臭氧消毒。

 

 

當然，除了采用單獨消毒方式外，還有32.1%的城鎮污水廠(chǎng)采用組合消毒方式。工藝應用從多到少依次是：紫外線(xiàn)+ 次氯酸鈉的組合工藝、二氧化氯+次氯酸鈉、高級氧化+次氯酸鈉的組合工藝。

 

通常來(lái)說(shuō)，水的消毒需要滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件: 

 

1）水在進(jìn)入到輸送管網(wǎng)之前，需去除掉水中病原體的致病作用。 

2）水在進(jìn)入到管網(wǎng)至用水點(diǎn)之前，須維持水中的消毒劑持續消毒作用，用來(lái)防止有可能發(fā)生的病原體的危害或者再增殖。 

 

所以，我們一般在比較紫外線(xiàn)和次氯酸鈉優(yōu)劣性的時(shí)候應該考慮上面的兩個(gè)條件，此外還需要從經(jīng)濟的方面進(jìn)行一些考慮。

01

次氯酸鈉：投加量、工藝對比及影響因素

 

1、次氯酸鈉消毒的機理

 

次氯酸鈉屬于高效的含氯消毒劑。它的消毒作用主要包括次氯酸的作用、新生氧的作用和氯化作用，次氯酸的氧化作用是含氯消毒劑的主要殺菌機理。

 

含氯消毒劑在水中形成次氯酸，作用于菌體蛋白質(zhì)。次氯酸不僅可與細胞壁發(fā)生作用，且分子小，不帶電荷故可侵入細胞發(fā)生氧化作用或破壞其磷酸脫氫酶致細胞死亡。

 

此處需要特別提一下，氯消毒劑雖在行業(yè)里廣泛使用，但由于液氯在生產(chǎn)、儲存、運輸、使用等環(huán)節安全風(fēng)險較大，目前很多水廠(chǎng)開(kāi)始逐步減少液氯的使用。

 

相對來(lái)看，次氯酸鈉消毒具有安全性高、投加設備簡(jiǎn)單的優(yōu)勢，使用次氯酸鈉替代液氯消毒已成為不可逆轉的趨勢。

 

 

2、次氯酸鈉投加工藝對比

 

目前在利用次氯酸鈉消毒可分為兩種形式，一是應用次氯酸鈉發(fā)生器在線(xiàn)生成次氯酸鈉溶液；二是采用次氯酸鈉成品溶液。

 

不論用何種投加方式/系統，都有其優(yōu)劣勢，對比如下所示：

 

 

通過(guò)上述對比，可以看出兩種投加方式的消毒效果及噸水處理成本相差不大。

 

因此，對于成品藥劑貨源充足的地方（有三家以上滿(mǎn)足供貨要求），建議采用外購成品次氯酸鈉溶液投加，運行維護成本相對較低，設備訂貨周期與施工周期均較短，平時(shí)的運行維護也無(wú)特殊要求。

 

對于小規模凈水廠(chǎng)，尤其是貨源、交通不便的地區，建議采用次氯酸鈉發(fā)生器現場(chǎng)制備投加，避免藥劑長(cháng)時(shí)間儲存衰減引起消毒效果不佳的隱患。

 

3、次氯酸鈉的投加量

 

消毒處理時(shí)投氯量的控制視原水水質(zhì)和消毒要求不同而異。為了獲得可靠而持久的消毒效果，投藥量應滿(mǎn)足兩部分的要求：

 

1）殺滅細菌以達到指定的消毒指標及氧化有機物等所消耗的“需氯量”。

 

2）抑制水中殘存的細菌的再度繁殖所需要的“余氯量”。余氯量的規定還提供了確定投藥量和判斷消毒效果的簡(jiǎn)易方法。

 

4、次氯酸鈉消毒相關(guān)影響因素

 

1）次氯酸鈉投加量對滅活效果的影響

 

通過(guò)向1L水樣中投加不同量的次氯酸鈉，接觸反應30min后，用濾膜法計數，結果表明：

 

次氯酸鈉消毒的滅活效果很好，在次氯酸鈉投加量為2.5mg/L時(shí)，已經(jīng)實(shí)現100％滅活。如要達到GB18920-2002類(lèi)似的要求，最佳次氯酸鈉投加量可參考2.5～3.0mg/L。

 

2）pH對次氯酸鈉消毒的影響

 

在次氯酸鈉投加量為0.5mg/L時(shí)，隨著(zhù)pH的升高，次氯酸鈉消毒的對數滅活率從2.03降到0.27，呈下降趨勢。

 

由此得出結論，水中ClO-和次氯酸的比例主要受pH控制，在pH較低時(shí)次氯酸比例較高，因而殺菌能力較強。

 

3）氨氮濃度對滅活效果的影響

 

氨氮與次氯酸鈉反應迅速，次氯酸鈉被消耗，生成一氯胺和二氯胺。當水中存在氯胺時(shí)，消毒作用比較緩慢，直接影響次氯酸鈉投加量和滅活效果。

 

相關(guān)研究表明，在氨氮分別為1、3、5、8、10、15mg/L時(shí)，投加不同量的次氯酸鈉消毒30min，氨氮對滅活效果的影響如下：

 

在氨氮≤15mg/L，次氯酸鈉投加量≤6.0mg/L時(shí)，隨著(zhù)氨氮升高，次氯酸鈉消毒的滅活效果變差；在氨氮為8mg/L時(shí)，次氯酸鈉投加量為5.0mg/L下細菌已經(jīng)完全滅活。

02

紫外線(xiàn)消毒：裝置選型、優(yōu)劣勢及影響因素

 

1、紫外線(xiàn)消毒的原理

 

紫外線(xiàn)消毒是一種物理消毒方法。紫外線(xiàn)是一種波長(cháng)范圍為136nm～400 nm的不可見(jiàn)光線(xiàn)，在該波段中260nm附近已被證實(shí)是殺菌效率最高的。

 

需要特別說(shuō)明的是，紫外線(xiàn)消毒并不是殺死微生物，而是去掉其繁殖能力進(jìn)行滅活。

 

其消毒的原理主要是用紫外光摧毀微生物的遺傳物質(zhì)核酸（DNA或RNA），使其不能分裂復制，此外紫外線(xiàn)還可引起微生物其他結構的破壞。

 

2、紫外線(xiàn)消毒效果的影響因素

 

一般來(lái)說(shuō)，紫外線(xiàn)的消毒效果取決于系統能夠照射至微生物的紫外劑量，和曝光時(shí)間、紫外光強成正比例，即：紫外劑量=紫外光強×曝光時(shí)間。

 

但在實(shí)際的應用中，還應考慮紫石英套管的結垢系數和老化系數，所以實(shí)際上有效紫外劑量的計算公式應該是：

 

有效紫外劑量=紫外光強×曝光時(shí)間×燈管老化系數×結垢系數。

 

3、紫外線(xiàn)消毒燈及消毒器選項

 

紫外線(xiàn)的消毒燈可以分成三類(lèi)：

 

1）低壓低強度汞紫外線(xiàn)消毒燈

 

水銀蒸氣燈是在0.13Pa到1.33Pa的內壓下工作，輸入電功率是每厘米弧長(cháng)0.5W，輸出功率大約是0.2W，適用小型污水處理廠(chǎng)。

 

2）低壓高強度紫外線(xiàn)消毒燈

 

水銀的蒸氣燈輸入的電功率大約是每厘米的弧長(cháng)1.5W，殺菌的紫外燈可以輸出的功率大約是每厘米的弧長(cháng)0.6W，紫外的輻射253.7nm。

 

紫外燈的轉換效率在低壓高強度紫外燈的功率水平比較低的時(shí)候，會(huì )有一定程度的下降，但并非調節下限越低則效果越好，適用于中型污水處理廠(chǎng)。

 

3）中壓高強度燈系統

 

水銀蒸汽燈輸入電功率是每厘米的弧長(cháng)50W到150W，在0.013MPa到1.330MPa的內壓下工作，紫外燈的運行溫度大約在700℃，所以能耗較大。

 

采用低壓的高強度的紫外燈系統以及中壓的高強度的紫外燈系統，能夠使得燈管的數量減少90%以上，進(jìn)而可以縮小占地的面積，使得紫外消毒對于水質(zhì)比較差出水也可適用。

 

目前，紫外線(xiàn)消毒器的結構形式主要有兩種：

 

1）敞開(kāi)式結構

 

在敞開(kāi)式UV消毒器中，被消毒的水在重力作用下流經(jīng)UV消毒器，并殺滅水中的微生物。值得注意的是，這種方式雖然較為簡(jiǎn)單，但是浪費能量且會(huì )降低滅菌效果，很少在實(shí)際中使用。

 

2）封閉式結構

 

封閉式UV消毒器屬承壓型，用金屬筒體和帶石英套管的紫外線(xiàn)燈把被消毒的水封閉起來(lái)。

 

4、紫外線(xiàn)消毒的優(yōu)劣勢

 

紫外線(xiàn)消毒的優(yōu)點(diǎn)，如下所示： 

 

1）殺菌率高。對于細菌和病毒的殺菌作用大約在一秒之內。

 

2）殺菌的廣譜性能好。在目前所有的消毒方法中，紫外消毒的殺菌廣譜性能是最好的，它幾乎對所有細菌和病毒都可以高效率地殺滅，且對一些會(huì )對人類(lèi)的危害比較大的原生動(dòng)物類(lèi)均可以有效地殺滅。

 

3）沒(méi)有二次污染。因為沒(méi)有加入任何化學(xué)藥劑，所以它不會(huì )產(chǎn)生二次污染，且不會(huì )改變水體成分。

 

4）運行安全且可靠。紫外線(xiàn)消毒技術(shù)是對環(huán)境和操作人員來(lái)說(shuō)相對安全且可靠的方法。 

 

5）維護較簡(jiǎn)單且費用低。所以，它在價(jià)性比上擁有很大的優(yōu)勢。

 

6）占地小且土地投資省，沒(méi)有噪音。對于日處理量3000噸的紫外線(xiàn)消毒設備，占地面積僅需2米×0.8米，高1.5米。如果預留夠足夠的空間，此系統僅需要4平米運行的操作的空間。

 

此外，紫外線(xiàn)消毒依靠自流式供水，并不產(chǎn)生噪音。

 

7）連續的大水量的消毒。紫外線(xiàn)消毒的一個(gè)特點(diǎn)是連續運行，除了定期需要一、二個(gè)小時(shí)以?xún)壤械乇ｐB之外，它最佳的操作條件為24小時(shí)連續的運行。

 

大水量是其另一個(gè)特點(diǎn)，在當前，紫外消毒技術(shù)最大水量己達每小時(shí)6萬(wàn)噸。 

 

紫外線(xiàn)的消毒技術(shù)同樣存在一些缺點(diǎn)，大致有以下的幾個(gè)方面： 

 

1）無(wú)持久的殺菌能力。紫外線(xiàn)的消毒對于出水會(huì )受到二次的污染亦或出水微生物會(huì )根據自我的修復的機制，而對于被紫外線(xiàn)來(lái)破壞DNA亦或RNA則無(wú)法進(jìn)行自我修復。 

 

2）燈套管的表面常會(huì )結垢。因為水質(zhì)影響(生物和礦物質(zhì)以及懸浮物等)，燈套管的表面常會(huì )來(lái)結垢。它將會(huì )影響著(zhù)紫外光透出以及殺菌的效果。 

 

3）受濁度和水中懸浮物(SS)影響較大。過(guò)高SS會(huì )影響著(zhù)紫外光的水中穿透力。 

 

4）細菌的光修復，在紫外的劑量足夠的條件之下，失活病毒和細菌不會(huì )復活，但是在紫外劑量并不足的條件之下，很多失活病毒和細菌可以進(jìn)行光復活，甚至可無(wú)需要光的協(xié)助來(lái)完成自身修復。

03

7大不同：紫外線(xiàn)消毒VS次氯酸鈉消毒

 

1、消毒對象對比

 

紫外線(xiàn)消毒是去掉其繁殖能力進(jìn)行滅活， 因此對絕大多數病毒、細菌等都具有滅活效果。

 

次氯酸鈉消毒屬于氯化消毒， 其最大的問(wèn)題是對某些病毒、芽孢無(wú)效。

 

2、副產(chǎn)物/環(huán)境影響對比

 

由于紫外線(xiàn)消毒技術(shù)不加入任何化學(xué)藥劑， 因此它不會(huì )對水體和周?chē)h(huán)境產(chǎn)生二次污染，不會(huì )改變水中任何成分，對保護工作人員的身體健康也具有積極的意義。

 

次氯酸鈉消毒會(huì )產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，如三氯乙酸、二氨乙酸、氯仿等。動(dòng)物實(shí)驗表明，不少氯化副產(chǎn)物具有致突變性和（或）致癌性。

 

3、后續消毒作用對比

 

紫外線(xiàn)消毒法不能提供剩余的消毒能力，當處理水離開(kāi)反應器之后，一些被紫外線(xiàn)殺傷的微生物在光復活機制下會(huì )修復損傷的DNA分子，使細菌再生。

 

與次氯酸鈉同為氯化消毒的液氯在消毒后，尾水中尚有一定的余氯存在，具有剩余消毒能力。

 

4、水質(zhì)要求對比

 

紫外線(xiàn)消毒工藝對紫外光穿透率較低的水質(zhì)（SS高于30mg/L的污水）并不適用，不但會(huì )增加能耗，還會(huì )造成消毒效果不好。

 

對于經(jīng)過(guò)二級處理的污水和再生水，紫外穿透率一般為40~80%，采用紫外線(xiàn)消毒方式是不錯的選擇。

 

次氯酸鈉消毒對水質(zhì)要求不高， 一般都可滿(mǎn)足污水處理尾水水質(zhì)達標要求。

 

5、處理接觸時(shí)間對比

 

一般來(lái)說(shuō)，液氯消毒接觸時(shí)間在10～30min左右，次氯酸鈉消毒時(shí)間相比略短，紫外線(xiàn)消毒時(shí)間最短。

 

6、運行管理對比

 

紫外線(xiàn)消毒以電為動(dòng)力，日常操作方便，紫外燈管和石英套管只需定期更換清除。

 

次氯酸鈉消毒液不宜長(cháng)久儲存， 一般僅備用幾天的用量以滿(mǎn)足消毒效果。

 

7、噸水運行成本對比

 

紫外線(xiàn)消毒成本約0.020元/t（含燈管更換費用），次氯酸鈉約0.034元/t。（源于兩家不同污水廠(chǎng)的真實(shí)數據）

 

需要特別說(shuō)明的是，消毒成本及效果易受消毒藥劑投加量（或紫外劑量）、接觸時(shí)間、 進(jìn)水水質(zhì)水量等因素影響。故以上成本數據，只具備部分參考意義。

 

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（ 來(lái)源｜微信公眾號「環(huán)保水圈」    作者｜「環(huán)保老吳」）