污水處理過程中，除了COD、SS、氮磷等常規(guī)污染物，也存在著大量的細(xì)菌和病毒，這些是不能被常規(guī)污水處理工藝去除的。因此，經(jīng)過常規(guī)的機(jī)械、一級(jí)和二級(jí)處理之后，仍然需要進(jìn)行消毒的處理。
目前我國城鎮(zhèn)污水廠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(yīng)用或組合聯(lián)用。
次氯酸鈉是應(yīng)用最多的消毒方法。相關(guān)調(diào)查顯示：江浙滬50多座城鎮(zhèn)污水處理廠中，有52.5%的污水廠采用次氯酸鈉消毒，有8.5%的污水廠采用二氧化氯消毒，有6.8%的污水廠采用紫外線消毒；有1.7%的污水廠采用臭氧消毒。
當(dāng)然，除了采用單獨(dú)消毒方式外，還有32.1%的城鎮(zhèn)污水廠采用組合消毒方式。工藝應(yīng)用從多到少依次是：紫外線+ 次氯酸鈉的組合工藝、二氧化氯+次氯酸鈉、高級(jí)氧化+次氯酸鈉的組合工藝。
通常來說，水的消毒需要滿足以下兩個(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(xù)消毒作用，用來防止有可能發(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和次氯酸鈉優(yōu)劣性的時(shí)候應(yīng)該考慮上面的兩個(gè)條件，此外還需要從經(jīng)濟(jì)的方面進(jìn)行一些考慮。
01
次氯酸鈉：投加量、工藝對(duì)比及影響因素
1、次氯酸鈉消毒的機(jī)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?dú)⒕鷻C(jī)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(xì)胞壁發(fā)生作用，且分子小，不帶電荷故可侵入細(xì)胞發(fā)生氧化作用或破壞其磷酸脫氫酶致細(xì)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(chǔ)存、運(yùn)輸、使用等環(huán)節(jié)安全風(fēng)險(xiǎn)較大，目前很多水廠開始逐步減少液氯的使用。
相對(duì)來看，次氯酸鈉消毒具有安全性高、投加設(shè)備簡單的優(yōu)勢，使用次氯酸鈉替代液氯消毒已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。
2、次氯酸鈉投加工藝對(duì)比
目前在利用次氯酸鈉消毒可分為兩種形式，一是應(yīng)用次氯酸鈉發(fā)生器在線生成次氯酸鈉溶液；二是采用次氯酸鈉成品溶液。
不論用何種投加方式/系統(tǒng)，都有其優(yōu)劣勢，對(duì)比如下所示：
通過上述對(duì)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(duì)于成品藥劑貨源充足的地方（有三家以上滿足供貨要求），建議采用外購成品次氯酸鈉溶液投加，運(yùn)行維護(hù)成本相對(duì)較低，設(shè)備訂貨周期與施工周期均較短，平時(shí)的運(yùn)行維護(hù)也無特殊要求。
對(duì)于小規(guī)模凈水廠，尤其是貨源、交通不便的地區(qū)，建議采用次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場制備投加，避免藥劑長時(shí)間儲(chǔ)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(yīng)滿足兩部分的要求：
1）殺滅細(xì)菌以達(dá)到指定的消毒指標(biāo)及氧化有機(jī)物等所消耗的“需氯量”。
2）抑制水中殘存的細(xì)菌的再度繁殖所需要的“余氯量”。余氯量的規(guī)定還提供了確定投藥量和判斷消毒效果的簡易方法。
4、次氯酸鈉消毒相關(guān)影響因素
1）次氯酸鈉投加量對(duì)滅活效果的影響
通過向1L水樣中投加不同量的次氯酸鈉，接觸反應(yīng)30min后，用濾膜法計(jì)數(shù)，結(jié)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(xiàn)100％滅活。如要達(dá)到GB18920-2002類似的要求，最佳次氯酸鈉投加量可參考2.5～3.0mg/L。
2）pH對(duì)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pH的升高，次氯酸鈉消毒的對(duì)數(shù)滅活率從2.03降到0.27，呈下降趨勢。
由此得出結(jié)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(qiáng)。
3）氨氮濃度對(duì)滅活效果的影響
氨氮與次氯酸鈉反應(yīng)迅速，次氯酸鈉被消耗，生成一氯胺和二氯胺。當(dāng)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(duì)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(xì)菌已經(jīng)完全滅活。
02
紫外線消毒：裝置選型、優(yōu)劣勢及影響因素
1、紫外線消毒的原理
紫外線消毒是一種物理消毒方法。紫外線是一種波長范圍為136nm～400 nm的不可見光線，在該波段中260nm附近已被證實(shí)是殺菌效率最高的。
需要特別說明的是，紫外線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(fù)制，此外紫外線還可引起微生物其他結(jié)構(gòu)的破壞。
2、紫外線消毒效果的影響因素
一般來說，紫外線的消毒效果取決于系統(tǒng)能夠照射至微生物的紫外劑量，和曝光時(shí)間、紫外光強(qiáng)成正比例，即：紫外劑量=紫外光強(qiáng)×曝光時(shí)間。
但在實(shí)際的應(yīng)用中，還應(yīng)考慮紫石英套管的結(jié)垢系數(shù)和老化系數(shù)，所以實(shí)際上有效紫外劑量的計(jì)算公式應(yīng)該是：
有效紫外劑量=紫外光強(qiáng)×曝光時(shí)間×燈管老化系數(shù)×結(jié)垢系數(shù)。
3、紫外線消毒燈及消毒器選項(xiàng)
紫外線的消毒燈可以分成三類：
1）低壓低強(qiáng)度汞紫外線消毒燈
水銀蒸氣燈是在0.13Pa到1.33Pa的內(nèi)壓下工作，輸入電功率是每厘米弧長0.5W，輸出功率大約是0.2W，適用小型污水處理廠。
2）低壓高強(qiáng)度紫外線消毒燈
水銀的蒸氣燈輸入的電功率大約是每厘米的弧長1.5W，殺菌的紫外燈可以輸出的功率大約是每厘米的弧長0.6W，紫外的輻射253.7nm。
紫外燈的轉(zhuǎn)換效率在低壓高強(qiáng)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(diào)節(jié)下限越低則效果越好，適用于中型污水處理廠。
3）中壓高強(qiáng)度燈系統(tǒng)
水銀蒸汽燈輸入電功率是每厘米的弧長50W到150W，在0.013MPa到1.330MPa的內(nèi)壓下工作，紫外燈的運(yùn)行溫度大約在700℃，所以能耗較大。
采用低壓的高強(qiáng)度的紫外燈系統(tǒng)以及中壓的高強(qiáng)度的紫外燈系統(tǒng)，能夠使得燈管的數(shù)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(duì)于水質(zhì)比較差出水也可適用。
目前，紫外線消毒器的結(jié)構(gòu)形式主要有兩種：
1）敞開式結(jié)構(gòu)
在敞開式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單，但是浪費(fèi)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(jié)構(gòu)
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燈把被消毒的水封閉起來。
4、紫外線消毒的優(yōu)劣勢
紫外線消毒的優(yōu)點(diǎn)，如下所示：
1）殺菌率高。對(duì)于細(xì)菌和病毒的殺菌作用大約在一秒之內(nèi)。
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(duì)所有細(xì)菌和病毒都可以高效率地殺滅，且對(duì)一些會(huì)對(duì)人類的危害比較大的原生動(dòng)物類均可以有效地殺滅。
3）沒有二次污染。因?yàn)闆]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(yùn)行安全且可靠。紫外線消毒技術(shù)是對(duì)環(huán)境和操作人員來說相對(duì)安全且可靠的方法。
5）維護(hù)較簡單且費(fèi)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，沒有噪音。對(duì)于日處理量3000噸的紫外線消毒設(shè)備，占地面積僅需2米×0.8米，高1.5米。如果預(yù)留夠足夠的空間，此系統(tǒng)僅需要4平米運(yùn)行的操作的空間。
此外，紫外線消毒依靠自流式供水，并不產(chǎn)生噪音。
7）連續(xù)的大水量的消毒。紫外線消毒的一個(gè)特點(diǎn)是連續(xù)運(yùn)行，除了定期需要一、二個(gè)小時(shí)以內(nèi)例行地保養(yǎng)之外，它最佳的操作條件為24小時(shí)連續(xù)的運(yùn)行。
大水量是其另一個(gè)特點(diǎn)，在當(dāng)前，紫外消毒技術(shù)最大水量己達(dá)每小時(shí)6萬噸。
紫外線的消毒技術(shù)同樣存在一些缺點(diǎn)，大致有以下的幾個(gè)方面：
1）無持久的殺菌能力。紫外線的消毒對(duì)于出水會(huì)受到二次的污染亦或出水微生物會(huì)根據(jù)自我的修復(fù)的機(jī)制，而對(duì)于被紫外線來破壞DNA亦或RNA則無法進(jìn)行自我修復(fù)。
2）燈套管的表面常會(huì)結(jié)垢。因?yàn)樗|(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)來結(jié)垢。它將會(huì)影響著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。過高SS會(huì)影響著紫外光的水中穿透力。
4）細(xì)菌的光修復(fù)，在紫外的劑量足夠的條件之下，失活病毒和細(xì)菌不會(huì)復(fù)活，但是在紫外劑量并不足的條件之下，很多失活病毒和細(xì)菌可以進(jìn)行光復(fù)活，甚至可無需要光的協(xié)助來完成自身修復(fù)。
03
7大不同：紫外線消毒VS次氯酸鈉消毒
1、消毒對(duì)象對(duì)比
紫外線消毒是去掉其繁殖能力進(jìn)行滅活， 因此對(duì)絕大多數(shù)病毒、細(xì)菌等都具有滅活效果。
次氯酸鈉消毒屬于氯化消毒， 其最大的問題是對(duì)某些病毒、芽孢無效。
2、副產(chǎn)物/環(huán)境影響對(duì)比
由于紫外線消毒技術(shù)不加入任何化學(xué)藥劑， 因此它不會(huì)對(duì)水體和周圍環(huán)境產(chǎn)生二次污染，不會(huì)改變水中任何成分，對(duì)保護(hù)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(yàn)表明，不少氯化副產(chǎn)物具有致突變性和（或）致癌性。
3、后續(xù)消毒作用對(duì)比
紫外線消毒法不能提供剩余的消毒能力，當(dāng)處理水離開反應(yīng)器之后，一些被紫外線殺傷的微生物在光復(fù)活機(jī)制下會(huì)修復(fù)損傷的DNA分子，使細(xì)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(duì)比
紫外線消毒工藝對(duì)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(duì)于經(jīng)過二級(jí)處理的污水和再生水，紫外穿透率一般為40~80%，采用紫外線消毒方式是不錯(cuò)的選擇。
次氯酸鈉消毒對(duì)水質(zhì)要求不高， 一般都可滿足污水處理尾水水質(zhì)達(dá)標(biāo)要求。
5、處理接觸時(shí)間對(duì)比
一般來說，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，紫外線消毒時(shí)間最短。
6、運(yùn)行管理對(duì)比
紫外線消毒以電為動(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久儲(chǔ)存， 一般僅備用幾天的用量以滿足消毒效果。
7、噸水運(yùn)行成本對(duì)比
紫外線消毒成本約0.020元/t（含燈管更換費(fèi)用），次氯酸鈉約0.034元/t。（源于兩家不同污水廠的真實(shí)數(shù)據(jù)）
需要特別說明的是，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(shù)據(jù)，只具備部分參考意義。
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