徐州开发区污水厂次氯酸钠消毒加药方式的改进措施

摘要：徐州经济技术开发区污水处理厂位于开发区纬荆山路以南、引线河东侧,设计规模为4.5万m3/d,根据污水处理厂进水水质和特点要求,设计采用水解酸化-缺氧-好氧〔A/0〕活性污泥法工艺，目前执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级A排放标准，其中粪大肠菌群数不超过1000个/L。建厂时采用紫外灯消毒方式，但是自运行以来受进水中的氯化物、总固性物影响紫外灯管表面出现结垢现象且极难清理，灯管结垢后紫外线强度降低，在遇到瞬时水量大情况时不能保证粪大肠菌群数达标，导致出水效果大大降低，同时灯管的使用寿命也大大缩短；徐州开发区污水厂对消毒方式的选型进行研究并针对开发区污水厂由于受到构筑物场地限制，无法增设消毒接触池的特殊情况，对其采用的多种消毒方式进行对比总结，并着重阐述了采用次氯酸钠消毒方式的多种改进措施。

关键词：消毒，紫外灯消毒，消毒接触池，次氯酸钠，粪大肠菌群数

一、前言

徐州开发区污水厂的纳污企业以光伏企业（多晶硅、单晶硅）为主，占总处理水量的60%左右，由于此类废水含有高浓度的氯化物、总固性物（溶解性、胶状性的二氧化硅），除了对水下设备、设施有较大的腐蚀作用，在后续的消毒工艺中会使紫外灯管上产生大量的垢，大大降低了紫外灯的使用寿命及效果。所以，在提标改造中改用次氯酸钠消毒的方式，由于受到构筑物场地限制，无法增设消毒接触池，导致次氯消毒的停留时间不足，及时过量投加也无法保证出水粪大肠菌群数稳定达标。为此，我厂就次氯的投加点及投加方式进行了进一步探讨。

二、开发区污水厂消毒方式的选型

2.1消毒技术概述

消毒对于饮用水是必不少的处理工艺，对污水处理而言，虽不是必需的，但对于污水厂的尾水的安全排放或回用，尤其是对近年来实施较多的工业水回用工程，消毒处理已成为必须考虑的工艺步骤之一，具有非常重要的作用。另外，根据国家规定，新建污水处理厂处理出水应消毒。

生活污水、医院污水、禽畜养殖、生物制品和食物、制药等部门排出的废水通常含有大量细菌，其中一些属于病原菌。每人每天估计大约排泄2×109个大肠杆菌。生活污水中含有大肠杆菌可达10万－100万个/ml，粪便链球菌1000－100000个/m1，此外还含有各种致病、经水传播的疾病、肠炎、肝炎等。此外，由肠道传染病毒，如伤寒、痢疾、霍乱以及马鼻疽、钩端螺旋体病、肠炎、肝炎等。此外，由肠道病毒引起的传染病如肝炎等和结核病也能随水传播。未经消毒而任意排放这类废水，可能会导致严重的卫生问题。

污水中的病原体主要有三类：病原性细菌、肠道病毒和蠕虫卵。

所谓消毒：是指通过消毒剂或其它消毒手段，杀灭水中致病微生物的处理过程。消毒与灭菌是两种不同的处理工艺，在消毒过程中并不是所有的微生物被破坏，它仅要求杀灭全部致病微生物。

在废水处理过程中，由于水中的致病微生物大多数粘附在悬浮粒上，因此如混凝、沉淀和过滤一类的过程也可去除相当部分的致病微生物。例如，采用明矾混凝可除去95％－99％的柯萨基(C0xsachie)病毒，而FeCl3的除率为92％－94％。另外，其他处理过程中所加入的化学药剂，如苛性碱、酸、氯、臭氧等，也同时对致病微生物有杀灭作用。因此，对排放的尾水进行消毒，必须结合整个过程，确定其必要性、适应性和处理程度。

消毒方法大体可分为两类：物理方法和化学方法。物理方法主要有加热、冷冻、辐照、紫外线和微波消毒等方法。但目前最常用的还是用化学试剂的化学方法。化学方法是利用各种化学药剂进行消毒，常用的化学消毒剂的化学剂有多种氧化剂（氯、臭氧、溴、碘、高锰酸钾等）、某些重金属离子（银、铜等）及阳离子型表面活性剂等。

其中，氯价格便宜，消毒可靠又有成熟经验，是应用最广的消毒剂。但最近人们发现采用加氯消毒也可以引起一些不良的副作用。如废水中含酚一类有机物质时，有可能形成致癌化合物主日氯代酚或氯仿等，水中病毒对氯化消毒也有较大的抗性，因此，目前还展开了对其他废水消毒手段的研究，如二氧化氯消毒，紫外线消毒等。

2.2消毒方法比较

徐州开发区污水处理厂的出水，根据《城市污水处理及污染防治技术政策》（建设部、国家环境保护总局、科技部建城[200]124号）7.2条规定：为保证公共卫生安全，防止传染性疾病传播，城市污水处理设施应该设置消毒设施，本次设计采用消毒工艺。在污水处理工程中得到广泛应用消毒方法主要有：液氯、紫外线消毒技术和次氯酸钠消毒技术。

2.2.1氯消毒

在水溶液中，卤素（包括氯、溴和碘）是非常高效的消毒剂，其中，氯在污水消毒中应用的最为广泛。

氯溶于水时，会生成次氯酸，次氯酸可以快速进入细胞膜，破坏细胞组织，从而起到杀菌消毒的作用。

氯作为一种强氧化性消毒剂，由于其杀菌能力强，价格低廉，使用简单，是目前污水消毒中应用最广泛的消毒剂，已经积累了大量的实践经验。氯气消毒自1908年问世以来，随着水质分析技术的不断发展和完善，科学家们对液氯消毒在水处理上的应用重新进行了评估和研究，发现氯气消毒具有以下缺点：（1）氯会与水中腐殖酸类物质反应形成致癌的卤代烃；（2）氯会与酚类反应形成带有怪味的氯酚；（3）氯与水中的氨反应形成消毒效力低的氯胺，而且排入水体后对鱼类有危害；（4）氯在PH值较高时消毒效力大幅度下降；（5）氯长期使用会引起某些微生物的抗曲线性。有鉴于此，人们对其他的代用消毒剂产生了很大的兴趣并进行了广泛的研究。

2.2.2紫外线消毒

紫外线消毒技术是利用紫外线-C波段（即杀菌波段，波长180-380mm）破坏水体中各种病毒和细菌及其他致病体中的DNA结构。它是基于现代防疫学、光学、数学、生物学及物理化学的基础，利用特殊设计的高效率、高强度和长寿命的C波段紫外光发生装置产生强紫外C光照射流水，当水中各种细菌、病毒、寄生虫、水藻及其病原件受到一定剂量的紫外C光辐射后，其细胞中DNA结构受到破坏（键断裂、光学反应），从而改变DNA的生物活性；使微生物自身不能复制，在不使用任何化学药剂的情况下杀灭水中细菌、病毒以及其它致病菌，不产生任何污染，目前国内有很多污水处理厂等均采用此种消毒方式，现场检测其杀菌效率高达99.9％，其具有如下优势：

2.2.2.1高效率杀菌

紫外线消毒技术具有其它技术无法比拟的杀菌效率，一般对细菌和病毒的杀菌作用一般在几秒以内，传统的消毒方式一般需要接触时间在20min以上；

2.2.2.2高效杀菌广谱性

紫外线对几乎所有的细菌、病毒都有高效率的杀灭，特别是一些对人类危害极大的，而含氯消毒剂无法有效杀灭的寄生虫如隐性包囊虫(cryptosporidium)、贾第鞭毛虫（giardia1）等，其它都能有效杀灭。

2.2.2.3无二次污染

由于紫外线仅仅是消毒，并且不加入任何化学药剂，因此对水体和周围环境不产生二次污染，不改变水体中任何成分，对于含氯的消毒剂来说，它与水中有机物产生有机氯已被世界公认为对人体产生致癌作用，臭氧也有类似问题，会产生大量难闻的未溶解的臭氧，对人体健康会产生不良影响。

2.2.2.4运行可靠、安全

传统的消毒技术如含氯消毒剂、臭氧，其消毒剂本身就是属于剧毒、易燃、易爆炸的物质，这些物质会对现场操作人员以及周围环境和居民的安全产生潜在威胁，国家对这些物质也有严格的运行、保存和操作规定。

2.2.2.5占地小、无噪音

紫外线系统仅需要一过水水渠，将紫外线模式安装在自流水渠上即可，接触时间不到一分钟即可。

徐州开发区污水厂建厂初采用的是紫外灯消毒，紫外灯消毒具有不投加药剂、设备操作简单的特点，但是自运行以来受进水中的氯化物、总固性物影响紫外灯管表面出现结垢现象且极难清理，灯管结垢后紫外线强度降低，在遇到瞬时水量大情况时不能保证粪大肠菌群数达标，导致出水效果大大降低，同时灯管的使用寿命也大大缩短。

2.2.3次氯酸钠消毒

次氯酸钠是一种强氧化剂，属于真正高效、广谱、安全的强力灭菌、杀病毒药剂，有很强的杀菌效力，可以代替漂白粉等氧化剂。1、杀菌消毒原理（1）次氯酸钠消杀最主要的作用方式是通过它的水解形成次氯酸，次氯酸再进一 次氯酸钠是一种强氧化剂，属于真正高效、广谱、安全的确力灭菌、杀病毒药剂，有很强的杀菌效力，可以代替漂白粉等氧化剂。

2.2.3.1杀菌消毒原理（1）次氯酸钠消杀最主要的作用方式是通过它的水解形成次氯酸，次氯酸再进一步分解形成新生态氧【O】，新生态氧的极强氧化性使菌体和病毒上的蛋白质等物质变性 ，从而致死病源微生物。其过程可用化学方程式简单表示如下∶NaClO2 ＋ H2O = HCIO +NaOHHClO3 HCl4+【O】（2）根据化学测定，PPM级浓度的次氯酸钠在水里几乎是完全水解成次氯酸，其效率高于 99.99%。次氯酸在杀菌、杀病毒过程中，不仅可作用于细胞壁、病毒外壳，而且因次氯酸分子小，不带电荷，还可渗透入菌（病毒）体内，与菌（病毒）体蛋白、核酸、和酶等有机高分子发生氧化反应，从而杀死病原微生物。R-NH-R5 + HClOR2NCl ＋ H2O（3）次氯酸产生出的氯离子还能显著改变细菌和病毒体的渗透压，使其细胞丧失活性而死亡。此外，次氯酸钠还能够分解蔬菜、水果等农副产品上所残存的微量农药。绝大多数农药都是由有机物组成的，次氯酸钠所释放出来的新态氧能氧化分解掉这些物质。

2.2.3.2设备特点∶（1）装置设计紧凑 ，占地面积小，无二次污染;（2）安全性高 ，排氢装置保障设备安全运行;（3）阳极电催化活性效率高，寿命长;（4）有效氯浓度高，反应周期内达到8g/l以上;（5）设备只需定期加盐和酸洗，操作简易;（6）专设冷却水使设备处于电解最佳温度，酸洗系统使电极保持最佳效率;（7）达到或高干国家A级标准，电耗盐耗低，节约成本;（8）管路及阀门、管件均采用耐腐蚀、密封性好的新型塑料。

2.2.3.3技术性能（1）电解槽电流效率>75%;（2）直流电耗<4kw.h/kg 有效氯;（3）交流电耗<6kw.h/kg 有效氯;（4）盐耗<4kg/kg有效氯;（5）阳极强化寿命>26h;（6）阳极预测寿命>30000h。4.影响因素 （1）PH∶PH值对次氯酸钠杀菌作用影响最大。PH值愈高 ，次氯酸钠的杀菌作用愈弱，PH值降低，其杀菌作用增强。（2）浓度;在 PH、温度、有机物等不变的情况下，有效氯浓度增加，杀菌作用增强。 （3）温度∶在一定范围内，温度的升高能增强杀菌作用，此现象在浓度较低时较明显。 （4）有机物∶有机物能消耗有效氯，降低其杀菌效能。 （5）水的硬度∶水中的Ca+、Mg+等离子对次氯酸盐溶液的杀菌作用没有任何影响。（6）氨和氨基化合物∶在含有氨和氨基化合物的水中，游离氯的杀菌作用大大降低。（7）碘或溴∶在氯溶液中加入少量的碘或溴可明显增强其杀菌作用。 （8）硫化物;硫代硫酸盐和亚铁盐类可降低氯消毒剂的杀菌作用。

次氯酸钠消毒不会像臭氧在空气中对生命造成损伤，也不会像氯气同水反应腐蚀进水管道，但是需要一定的停留时间，一般在10-30min最宜。

徐州开发区污水厂在提标改造工程中更换了原有的消毒方式，采用次氯酸钠消毒。 但是由于受到构筑物场地限制，无法增设消毒接触池，无法保证次氯的停留时间 ，无法保证稳定达标，为此我厂进行多次加药点及加药方式的试验。

2.3两种消毒方式的比较

紫外线消毒受水质尤其是悬浮物、浊度的影响大，尤其是污水出水穿透率相差很大，当穿透率从60%降低到50%时，需要的紫外线剂量要增加一倍，同样设备的配置和运行费用也同倍增加；另一方面，紫外灯消毒没有余氯效果，当处理水离开反应器之后，一些倍紫外灯杀伤的微生物在光复活机制下会修复损伤的DNA分子，使细菌再生。

虽然说次氯酸钠没有氯气通水反应后产生的盐酸那样对金属管道造成严重腐蚀，但次氯酸钠还是会产生比较大的腐蚀性；需要一定的停留时间、设备维修、管理费用较高。

三、确定次氯投加点及投加方式

3.1过滤池前采用自控系统投加

将加药点设置在滤池前投加，目的是用滤池来替代消毒接触池，次氯在此的停留时间大概是30min，在滤池前设置高位槽，通过自控系统进行投加能搞保证投加量的稳定性。

但是经过一段时间运行来看，由于二沉池及滤池内的有机物、杂物会消耗掉一部分次氯，尤其是进入到夏季，随着水温的增加，其生长繁殖速率加快，导致次氯的投加量明显增大，吨水投加量一度高达0.1元。

3.2滤池后采用喷雾式投加系统

为了降低投加量，节省运行成本，我厂将投加点移到过滤池后，通过流加的方式的方式进行投加后。加药点的后移虽然减少了用量，但是由于混合不均匀无法保证出水稳定达标。

3.2.1滤池后投加方式的确定

3.2.1.1将取样点后移的投加方式

目的是利用管道自身长度以增加停留时间，但是由于水流速度较快，无法达到充分混合，出水效果不是很稳定。

3.2.1.2增设搅拌器、管道混合器

目的是使药剂与出水能够得到充分混合，但是其工程量比较大，比较难以实现。

3.2.1.3采用喷雾式投加方式

目的是能够增加药剂与出水的接触面，使其能够充分混合均匀。通过对药剂投加量与所需要的喷雾成形面积对喷头的大小进行选型，并通过泵给予压力使其可以不间断的匀量的投加。并通过了多次市场调研，确定了喷头与泵的选型。

3.2.2喷雾式投加的实际效果

在确定了喷雾式投加方式的可行性后，对药剂的投加量及稀释浓度进行了多次试验，自4月份投入使用以来能够在保证出水大肠杆菌达标的同时降低了次氯的用量。

经稀释一倍后的次氯通过喷雾加药系统的成雾效果较好且大肠杆菌的值也较稳定，但是由于次氯与水会产生NaOH6，而喷头的孔径比较细，容易堵塞喷头，需要定期清理。

自采用喷雾式次氯加药装置运行以来在保证出水大肠杆菌稳定的同时次氯的吨水成本下降了40.3%。

四、结论

次氯酸钠消毒是目前国内污水处理中应用较普遍的一种消毒方式，但是由于其消毒原理所致，如何保证其消毒效果的稳定性，需要在细节上进行控制。徐州开发区污水厂通过多次试验确定了次氯酸钠的最佳投加点及投加方式，在实际运行中也能够保证出水大肠杆菌达标的同时降低次氯的投加量，但是喷雾加药系统还存在易堵塞影响喷雾效果得现象，后续我厂还将进一步进行改善以确保次氯加药系统的稳定运行。