消毒方式比较

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消毒方式比较

液氯消毒是目前最常见的消毒方式,对二级处理后的污水消毒,需加氯6~15mg/L,接触时间典型为30min。液氯消毒是依靠氯气水解产生的HClO,效果易受水中氨的含量和pH值影响。污水中有些病毒、芽孢和真菌耐氯性极强,液氯对其无能为力。同时液氯消毒易于形成卤代烃1,卤乙酸等消毒副产物,对环境有一定的影响。

二氧化氯在污水处理中投加量一般是5~15mg/L,在中水处理中投加量一般为4~10mg/L,典型的接触时间为5~30min。二氧化氯不与氨反应,不水解,杀菌效果受氨氮、pH值的影响较小;对经水传播的病原微生物包括耐氯性极强的病毒、芽孢及水路系统中异养菌、硫酸盐还原菌和军团菌等均有很好的杀灭效果;二氧化氯的杀菌速度快,只要几分钟就可以使杀菌效率达到99%以上;消毒后具有可检测的残余二氧化氯,可防止水中细菌的再繁殖。

根据上海排水公司在长桥污水厂的实验[1],对二沉池出水,二氧化氯投量2.3mg/L,100min接触时间后,细菌总数35个/mL,大肠菌23个/L;

0.15ppm。

7.6mg/L,100min接触时间后,细菌总数14个/mL,大肠菌3个/L,余ClO

2邹启贤等在深圳水务集团滨河污水厂试验[2],对氧化沟二级出水,二氧化氯投加量在7.5ppm时,大肠菌数低于1000个/L。

紫外线对污水中的病原微生物有良好的灭活作用,并对贾第虫、隐孢子虫等抗氯性原生动物有特效灭杀作用。但是紫外消毒受浊度,色度影响较大,无持续杀菌的能力,一些微生物在受到可见光照射后发生严重的光复活现象。韩庆昌等人[3]的研究表明紫外消毒,无论投加剂量如何,很难将大肠菌群总数控制在3个/L以下,如果污水处理后回用,需要和氯或二氧化氯联合使用。

2 一次性投资

一次性投资可以分为设备投资和土建投资。

2.1设备投资

液氯消毒,以1万吨污水/日计,需要购置加氯机(5-10万),液氯储罐(0.5万元/只)、天车(2万元)、电子秤(1.5万元)和配套漏氯报警吸收设备(15万元/套)。总投资大概24-29万元。并且,液氯是危险品,运输使用需到公安消防

局备案,手续繁琐。

二氧化氯发生器消毒,以1万吨污水/日计,包括原料储罐2只,二氧化氯发生器主机1台,化料器1台,根据自动化程度和污水厂规模的大小,造价为5~15万元。污水消毒系统可以与再生水消毒系统合建合用,节约投资,最适合北方以及缺水地区。

紫外线消毒,由于紫外线消毒设备的主要部件紫外线灯管主要为进口,造价较高,安装复杂,造成设备投资较高。以1万吨污水/日计,设备投资约为20万元。

2.2土建投资

传统污水处理工艺中,加液氯和加二氧化氯消毒过程需要在单独的接触消毒池中进行,土建投资较大。而紫外线消毒只需建设一个水渠,土建投资较省。

鉴于接触消毒池一般为推流式反应器,反应时间典型为30分钟。二次沉淀池水力停留时间一般取1.5~4小时,辐流式沉淀池、竖流式沉淀池和平流式沉淀池流态也为推移流,靠近出水集水槽部分水质已经澄清,消耗消毒剂的悬浮物已经被沉淀去除,在靠近集水槽部位投加消毒剂,可满足消毒的要求,沉淀和消毒不会互相干扰。因此,可以在传统沉淀池末端靠近集水槽的清水区设置消毒剂投加管,通过向沉淀池末端澄清水中投加消毒剂,完成消毒。消毒剂投加管与集水槽口之间水平距离,根据沉淀池的结构和消毒剂的种类不同,一般为2~60分钟内水流过的长度。这样,对于加液氯和加二氧化氯这两种消毒工艺,土建投资可以降为0,较之紫外线消毒方式有优势,非常适合于老污水处理厂的升级改造。

3 运行费用

加氯和二氧化氯两种消毒方式的运行费用主要是日常消耗药剂的费用、电耗和维护费用。由于原料易得,设备自动化程度一般较高,管理简便,因此以上两种方式运行费用较低。液氯价格大约是2-4元/kg,按照15ppm的投加量计算,吨污水消毒费用为0.03-0.06元。对于复合二氧化氯发生器,运行费用约为3.6元/kg有效氯,按照5ppm的投加量计算(一级B,二级),吨污水处理费用为0.018元。按照8ppm的投加量计算(一级 A),吨污水处理费用为0.029元。按照10ppm 的投加量计算(再生水),吨污水处理费用为0.036元。

紫外线消毒方式,其运行过程中电耗较大,灯管需进口且老化后要定期更换,

运行和维护费用较高。韩庆昌等人[3]对南方某污水厂二级出水做紫外线消毒试验,结果表明,欲使出水粪大肠菌群满足一级A,运行费用为0.036元/吨水;欲使出水粪大肠菌群FC<500个/L,运行费用为0.054元/吨水。

4 消毒后水中微生物的复活,副产物的形成,水质指标的变化

4.1消毒后水中微生物复活现象

加氯和二氧化氯消毒的原理都是利用药剂的强氧化性,与微生物体内的结构成分发生不可逆的化学反应,从而将其改性杀灭,不存在微生物复活的问题。

紫外线消毒的机制是微生物的DNA受到紫外线照射后生成胸腺嘧啶二聚体,致使自身不能复制而死亡或被菌体免疫系统消灭。但是一些微生物在受到可见光照射后,在体内光复活酶的作用下将连接在一起的二聚体解聚形成单体从而恢复其复制能力,这种现象称为光复活。光复活现象会引起经紫外线灭活后的细菌重新生长,从而使水的生物安全性得不到保障。张锡辉等人[4]的研究表明经过紫外线消毒后的水中,细菌光复活以后的活性和增殖能力得到显著提高,在辐照之后的10小时之内,辐照水样的细菌数低于对照样,但是随时间延长,辐照后水样的细菌数会高于对照样,在24小时后细菌数是没有经过紫外线消毒的水样的2-2.4倍。张永吉,刘文君[8]研究了紫外消毒时大肠杆菌数目以及活性的变化,结果表明,当辐照剂量在15-20mJ/cm2时,大肠杆菌数目降低6个log.,但是大肠杆菌的生理活性仅降低了94%。这是因为紫外线主要作用于遗传物质DNA,所以以细菌数目反映的杀灭率很高,而以生理活性反映的杀灭率则低得多。刘佳等人的研究[5]表明U V和氯复合消毒具有较好的灭活效果并能控制光复活。当UV照射剂量为5.4 mJ/cm2、投加2.5mg/L的氯并反应10 min后,出水大肠菌群<20CFU/L,且无光复活现象。

4.2消毒副产物的形成

污水中含有较多的有机物,采用加氯消毒时,不但消耗较多的氯而且会生成三卤甲烷(THMs)类致癌副产物。二氧化氯可与水中的有机物发生氧化反应,不发生加成与取代反应,不会形成卤代烃和卤乙酸等消毒副产物。

由于二氧化氯较氯气活泼,优先于氯气与有机物发生氧化反应,减少了氯气和有机物反应生成的三氯甲烷和其他有机氯,抑制处理后水中三氯甲烷等致癌物

形成,复合型二氧化氯可以应用于污水消毒。

一般认为紫外线消毒没有向水中添加化学物质,不会产生消毒副产物。但是如前所述,紫外消毒是通过形成DNA胸腺嘧啶二聚体抑制了微生物的繁殖,在暗修复和光修复的情况下,DNA二聚体会重新打开,使得微生物重新复活,在二聚体打开修复的过程中,会形成碱基配对的错码,产生具有新的碱基对的DNA的菌株。众所周知,在微生物研究和应用领域,紫外诱变是筛选培养新菌种的常用方

式[9,10]。因此紫外线消毒具有诱变产生新菌种的风险,应引起高度重视。

4.3对水质指标的影响

二氧化氯是一种强氧化剂,会与水中的多种化学成分发生反应将其去除,对水质具有综合改善作用。

①二氧化氯具有较好的脱色作用清华大学的研究[6]表明,加氯消毒对污水的色度影响不大而二氧化氯消毒可以降低污水的色度20-40%。这是因为二氧化氯的共轭结构及独特的电子转移机制,导致它具有较强的氧化能力,使之能与

污水中的有色物质反应,具有很好的脱色效果。兰州交通大学研究[7]表明以ClO

2为主Cl

为辅的混合气体对城市污水具有较好的脱色效果。

2

②二氧化氯可氧化水中有机物,进一步降低水的COD,嗅,味。

根据上海排水公司在长桥污水厂的实验[1]投加2-5ppm的二氧化氯,BOD去除效率可达30%以上,氨氮去除率20%左右;

二氧化氯可以快速氧化硫醇,硫醚,二硫化物,叔胺,仲胺等臭味化合物,降低出水气味;

③张锡辉等人的研究[4]表明紫外线辐照对水中有机物的影响与水样有机物的化学性质有关,当溶解性有机物质(DOM)吸收光线后进行光化学反应,发生分解变成小分子有机物,水样的COD浓度会升高,比没有经过紫外辐照的水样高32%。

(4)王丽莎等人[6]研究了污水氯,二氧化氯消毒处理中水质及毒性变化,结果表明,加氯消毒提高了污水的遗传毒性,而二氧化氯消毒则降低了污水的遗传毒性。

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,视污水处理的目标不同,消毒工艺应选择何种消毒剂可分为两种情况区别对待:二氧化氯消毒投资较省,运行费用较低,除了可以消毒之外,还可以降低水的 BOD,COD,色,嗅,降低水的遗传毒性,对水质具有综合改善作用。紫外线消毒设备简单,但投资较高,存在光复活的问题,而且有产生新菌种的生物风险。

1,对于我国南方地区,降水丰沛,一般不需要回用污水,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,对于我国北方地区,水资源紧缺,回用污水势在必行。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。

3,由于加氯消毒土建与设备投资较大,消毒时会形成消毒副产物,运输使用过程中存在泄漏的危险,一般不推荐使用。

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