青島某污水廠紫外-次氯酸鈉消毒效果研究

張 偉，江 湧， 楊 萌，馬 振

(1.青島市團島污水處理廠，山東 青島 266002；2.青島市排水運營服務中心，山東 青島 266002)

1 引言

為保護收納自然水體，控制污水中病原微生物，多數城鎮污水處理廠執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)的一級A排放標準要求，出水中糞大腸菌群數需滿足小于1000個/L。目前城鎮污水廠主要采取紫外線[1]、次氯酸鈉[2]、二氧化氯[3]和臭氧[4]等方式對出水端尾水消毒。次氯酸鈉價格便宜，運行安全方便，消毒效果較好，持續時間長，運輸、使用方便[5]，青島某污水廠在升級改造前采用投加次氯酸鈉消毒的方式，經多年運行證明次氯酸鈉是一種經濟、穩定、高效的消毒劑[6]。

次氯酸鈉消毒主要原理為：次氯酸鈉水解形成次氯酸，次氯酸再進一步分解形成新生態氧，新生態氧的極強氧化性使菌體和病毒上的蛋白質等物質變性，從而致死病源微生物[7]。而因污水處理廠出水中含有氨態氮，當投加次氯酸鈉后，一部分次氯酸鈉溶液通過水解后形成次氯酸，次氯酸和次氯酸根稱為游離性余氯。另一部分次氯酸鈉和氨態氮結合后生成一氯胺、二氯胺、三氯胺等氯胺，成為化合性余氯。氯胺、次氯酸、次氯酸根能起到殺菌作用，游離性余氯和化合性余氯統稱為余氯[8]。因此余氯是一個重要的污水處理廠出水監控指標[9]。但當投加次氯酸鈉量過高時，會導致出水中余氯含量增加，會對環境產生二次污染[10～12]。因此合理的加氯量對控制水廠成本和保護環境都有著重要的意義。

紫外消毒的原理[13]主要是通過紫外照射破壞水中微生物的遺傳物質DNA、RNA的結構，從而導致微生物無法復制，對細菌和病毒，尤其是原生生物具有良好的效果，且方法安全，不產生消毒副產物[14]。為節省次氯酸鈉的投加量，青島某污水處理廠在2020年進行了升級改造，出水端增加了紫外消毒輔助設備。在升級改造完成后，需要研究新工藝下次氯酸鈉投加量與出水端余氯的關系，找到次氯酸鈉最小的投加量，從而更好的節約次氯酸鈉投入量，精細控制出水端余氯含量，保護環境。

DR300是多功能便攜式余氯測定設備，具有快速、簡便、便攜的特點，無需實驗室設備和條件，能快速及時地測定現場水質中余氯的濃度，反饋工藝及時調整[15]。但該儀器檢測結果的準確性尚不確定，需進行驗證。

2 材料與方法

2.1 余氯測定分光光度法

2.1.1 設備

島津UV2600紫外分光光度計。

2.1.2 測定步驟

參照HJ586-2020《水質 游離氯和總氯的測定N，N-二乙基-1,4-苯二胺分光光度法》。

2.2 便攜式余氯測定儀法

2.2.1 設備

哈希 DR300便攜式余氯測定儀。

2.2.2 試劑

DPD余氯試劑。

2.2.3 步驟

打開儀器，選擇測試程序，插入適配的比色皿。向比色皿中加入10 mL樣品。將空白管擦拭干凈，放入樣品池中，清零。另取一比色皿加入10 mL樣品，加入DPD余氯試劑粉包，反復搖晃比色皿20 s，混勻。加入試劑后1 min內，將樣品比色皿放入樣品池中，讀數，記錄結果。

2.3 糞大腸菌群測定方法

2.3.1 設備

科立德Sealer Plus 程控定量封口機。

2.3.2 試劑

科立德 ONPG-MUG培養基。

2.3.3 步驟

糞大腸菌群的測定按照HJ1001-2018《水質 總大腸菌群、糞大腸菌群和大腸埃希氏菌的測定 酶底物法》。

2.4 試劑

成品次氯酸鈉溶液，有效氯含量10%。

3 結果與討論

3.1 便攜式余氯測定儀(DR300)測定結果精密度

采集某污水廠出水不同時間段的2個樣品按2.2節方法進行8次余氯測定，結果見表1。兩個樣品8次平行結果的RSD為2.31%和0.73%。證明該便攜式設備測定結果穩定。

表1 精密度檢驗結果

3.2 便攜式余氯測定儀與分光光度法方法比對

采集某污水廠出水不同時間段的5個樣品，同時按HJ586-2020《水質 游離氯和總氯的測定N，N-二乙基-1,4-苯二胺分光光度法》和便攜式余氯測定儀法進行測定，結果見表2。將兩種方法的結果進行配對T測驗，結果見表3、4。從表3可以得出便攜式余氯測定儀與國標法HJ586-2010測定結果：相關性檢驗結果R值為 0.996(R>0.9),證明2種方法具有顯著的相關性。從表4中可以得出：便攜式余氯測定儀與國標法HJ586-2010測定結果T檢驗的P值為0.838(P>0.05)，證明便攜式余氯測定儀與國標法HJ586-2010測定結果之間沒有顯著性差異。從相關性檢驗結果和T檢驗的結果來看，便攜式余氯測定儀測定的結果準確、可靠。

3.3 不同濃度次氯酸鈉對余氯以及糞大腸菌群的影響

將有效氯濃度為10%的次氯酸鈉原液，在實驗室中按表5中的投加量投入到污水處理廠出水中，按2.2節的方法測定其余氯含量，同時測定糞大腸菌群數量，結果見表5。從表5中可以得出：次氯酸鈉的添加量與產生的余氯濃度是成正比，與水樣中糞大腸菌群濃度具有良好的線性關系，投加高濃度的次氯酸鈉能夠產生相應高濃度的余氯，并能抑制糞大腸菌群的產生。在水樣中投加次氯酸鈉濃度達到2.0 mg/L時，余氯濃度能達到0.6 mg/L，能夠明顯的抑制糞大腸菌群的生長，糞大腸菌群測定結果為52個/L,能夠滿足GB18918-2002 《城鎮污水廠綜合排放標準》一級A的要求(<103個/L)。

表2 便攜式余氯測定儀與HJ586-2010方法測定結果 mg/L

表3 便攜式余氯測定儀與HJ586-2010法測定結果相關性檢驗

表4 便攜式余氯測定儀與HJ586-2010法測定結果T檢驗

3.4 次氯酸鈉聯合紫外消毒效果

根據表5的研究結果，在污水處理廠某日出水端在9:00、11:00、12:00、15:00投加不同量的次氯酸鈉，用便攜式余氯測定儀測定余氯濃度。并分別取開啟紫外消毒工藝的出水樣品和未開啟紫外消毒工藝的出水樣品測定糞大腸菌群的個數。以研究實際生產中次氯酸鈉聯合紫外消毒工藝對出水中糞大腸菌群的消毒效果，結果見表6。從表6中可以看出，在次氯酸鈉濃度相同的情況下，使用紫外消毒可以明顯降低糞大腸菌群數量，次氯酸鈉聯合紫外消毒明顯優于單用次氯酸鈉消毒效果。當次氯酸鈉投加量在2.0 g/m3時，余氯濃度能達到0.6 mg/L左右，在開啟紫外消毒的情況下，出水中糞大腸菌群的數量基本上能夠滿足GB18918-2002 《城鎮污水廠綜合排放標準》一級A的要求(<103個/L)。而單獨使用次氯酸鈉消毒則需要次氯酸鈉投加量達到3.0 g/m3，余氯達到1.42 mg/L，出水中糞大腸菌群數量才能滿足GB18918-2002 《城鎮污水廠綜合排放標準》一級A的要求。

表5 不同次氯酸鈉投加量對余氯的影響以及對糞大腸菌群的影響

表6 某污水廠出水各時間段不同消毒方式糞大腸菌群測定結果

4 結論

通過DR300便攜式余氯測定儀測定結果與HJ586-2020《水質 游離氯和總氯的測定N，N-二乙基-1,4-苯二胺分光光度法》測定結果進行T測驗比對，證明其測定結果準確穩定可靠。便攜式余氯測定儀相比分光光度法具有簡單、快速的特點，可快速測定污水廠出水中的余氯，從而更快地反饋出水中余氯結果，用于生產工藝調整。

通過實驗室內試驗和生產實際證明投加高濃度的次氯酸鈉能夠產生相應高濃度的余氯，能夠抑制糞大腸菌群的生長，但過高濃度的余氯會對環境產生不利影響，因此應將次氯酸鈉的投加量控制在合理的范圍內。在工藝改造完成后，次氯酸鈉聯合紫外消毒法的工藝能夠節省次氯酸鈉的用量，次氯酸鈉投加量在2.0 g/m3時，就能滿足GB18918-2002 《城鎮污水廠綜合排放標準》一級A的要求(<103個/L)，比單獨升級改造前單獨使用次氯酸鈉消毒能夠節省次氯酸鈉1.0 g/m3，據此測算年可節省次氯酸鈉20 t左右，從而達到節約資源，保護環境的目的。