城镇污水处理厂强化尾水消毒效果策略探讨

城镇污水处理厂强化尾水消毒效果策略探讨

司书鹏

上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海 200125

摘要：近年来随着污水处理标准的要求越来越高，越来越多的污水处理厂需要进行提标改造，且随着2019新冠疫情的发生，污水处理厂尾水消毒也越来越受到运行和环保监管部门的重视。本文根据某污水处理厂现状在运行的尾水紫外消毒运行情况，复核该厂实际紫外消毒能力，分析紫外消毒存在的问题，提出了紫外线+加氯协同消毒的改造路线，并核算运行成本，以期对同类型污水处理厂的尾水消毒提升提供技术借鉴。

关键词：污水处理厂；尾水消毒；次氯酸钠；协同消毒

目前，城镇污水处理厂大多采用预处理+二级生物处理+深度处理的污水处理工艺，污水处理标准普遍要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB19819-2002）[1]中的一级A标准，甚至个别经济发达省份提出了更加严格的地方标准，例如：浙江省地方标准《城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》（DB33/2169-2018）。污水经过生物处理后，尾水中主要污染物均得到有效去除，水质已得到大大改善，但是其中的微生物仍然未得到有效处理，其中可能存在病原菌，危害尾水排放水体的卫生安全，因此，尾水在排放至受纳水体前必须进行消毒。消毒方法大体上可分为两类：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。目前城镇污水处理厂的尾水消毒大多数还是采用紫外线消毒或化学药剂消毒。紫外线消毒技术作为物理消毒方式，无二次污染；运行维护安全、简便；消毒时间短（一般1~10S），无需接触池，占地小，结构简单，设备安装快，在各种消毒方法中对微生物最具广谱性[2]。

本文所述某城镇污水处理厂位于上海市，研究期间该厂在出水标准为二级标准，尾水中粪大肠杆菌群数要求不大于104个/L，污水处理主体工艺采用曝气沉砂池+AO+平流沉淀工艺，消毒工艺采用紫外线消毒，尾水排放至长江。本文结合运行情况，分析该城镇污水处理厂尾水消毒存在的问题，复核现状紫外线消毒能力，提出紫外+加氯系统消毒的改造方案，指导该厂稳定出水指标，满足环保要求，并对同类型污水处理厂的尾水消毒效果提升提供技术借鉴。

1. 现状存在问题

（1）大肠杆菌超标

通过实验室水质分析监测发现，该厂紫外消毒效果不稳定，尾水大肠杆菌群落测定值持续高于二级出水标准（104/L个）要求，影响整厂的环保考核效果。详见图1所示。

图1 研究期间大肠杆菌检测结果

（2）紫外设备超龄使用

根据厂内运行反馈，在紫外线灯管更换后的一段时间内，紫外消毒效果良好，但随着灯管的使用时间增长，紫外消毒效果逐渐下降，以致出现出水大肠杆菌群落超标。研究期间，该批紫外灯管使用时间已约3年，已远超紫外灯管的设计使用寿命12000h。

图2现状紫外消毒渠运行情况

2.紫外消毒能力复核

根据《城市给排水紫外线消毒设备》GB/T19837-2005，为保证达到出水标准中所要求的卫生学指标的二级标准标准，SS(水中悬浮物)应不超过20 mg/L，紫外线消毒设备在峰值流量和紫外灯运行寿命终点时，考虑紫外灯套管结垢影响后所能达到的紫外线有效剂量不应低于15mJ/cm2[3]。因此，本文采用有效紫外剂量15 mJ/cm2作为紫外线消毒标准进行复核。

该厂单条紫外消毒渠道宽2.6m，有效渠道深度1.58m，渠道截面积为32.864m2。经核算，高峰时期，每条渠流速为0.884m/s，与紫外灯管区有效接触时间为4.41s，故需要紫外灯管有效紫外线强度3.4 mJ/cm2。该厂采用紫外灯管紫外强度约为11 mJ/cm2，灯管衰减系数为0.7，套管的衰减0.9，套管的结垢衰减0.8[4]，实际紫外强度为5.5 mJ/cm2＞3.4 mJ/cm2。

经复核，从安装紫外设备量来看，该厂的配置能力能够满足设计标准，出水应能够达到标准，这从更换灯管后出水达标也印证了这一判断。尾水大肠杆菌群数指标不能稳定达标的主要原因可能是：（1）紫外线设备超龄使用，紫外线强度衰减严重，不能满足设计紫外强度要求；（2）紫外灯管维护清洗不足导致灯管结垢严重。

3.提高消毒能力措施

为解决消毒能力不足的问题，可采用两种尾水消毒强化改造方案：

（1）批量更换新紫外消毒设备，改造在线紫外灯清洗设备。

（2）增加化学消毒措施，采用紫外-氯协同消毒工艺。

根据运行单位使用经验，更换紫外灯管后，使用时间无法充分保证，可能只能阶段性达标，且投入太大，经济效益不强。因此，本文建议采用紫外-氯协同消毒工艺。

4.加氯药剂的选择

污水处理厂行业常用的加氯药剂主要有液氯、二氧化氯、次氯酸钠等三种药剂。三种加氯药剂技术比选总结如下表所示：

综
合比较三种加氯药剂，本文推荐采用次氯酸钠消毒作为辅助消毒药剂，全厂采用紫外+次氯酸钠协同消毒。

5.加氯量及运行成本分析

加氯消毒需要一定的接触时间来反应杀灭出水中病原菌，但是该厂为已建成污水处理厂，厂内用地紧张，无新建接触消毒池的可能，但是厂内箱涵较长，可充分利用平流二沉池出水至紫外消毒渠（检测点）的水力流行时间，将补充加氯点选取在二沉池出水渠。

根据对厂内出水箱涵的核算：二沉池至紫外消毒渠出水箱涵水力流行时间时间为约为6.77min。

根据张敬平人[5]利用次氯酸纳溶液对江苏无锡芦村污水处理厂二沉池出水的试验，采用次氯酸钠溶液5mg/L的投加量，在5min时，大肠杆菌灭杀率为74.09%；10min时，大肠杆菌灭杀率为90.48%。提高次氯酸钠投加量能够提高消毒效果，当次氯酸钠投加量提高至200mg/L时，5min大肠杆菌灭活率达到100%。考虑到加氯仅作为辅助消毒的手段和运行成本，本文推荐协同次氯酸钠投加量为5mg/L（有效率约5mg/L）。

新增运行成本分析：市场上工业级10~13%次氯酸钠溶液价格约为700元/t，以有效氯投加量5mg/L，折合每吨水处理成本0.037元。

6.结论

本文在对上海某污水处理厂现状消毒运行情况分析和消毒设备能力复核的基础上，发现紫外灯管“超龄”使用和灯管结构严重，紫外线强度能力不足，导致出水大肠杆菌群数超标现象。经综合比较，笔者对该厂尾水消毒强化提出了紫外+次氯酸钠系统消毒的改造方案，建议次氯酸钠投加点设置在二沉池出水端，充分利用尾水在箱涵和管渠的流行时间进行接触消毒，投加次氯酸钠量5mg/L（有效率约5mg/L），运行成本0.037元/吨。

7 参考文献

[1] 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918-200[S].

[2] 张辰,张欣,吕东明,肖卫星. 紫外线消毒系统的设计[J].给水排水，2004,30(3):25-27.

[3] 赵春禄,张明明等. 城市污水处理厂紫外线消毒系统设计要点[J].水工业市场,2012,2:53-55.

[4] 李廷华.临安市污水处理厂紫外线消毒系统设计[J],西南给排水,2009, 31(5):5-8.

[5] 张敬平,沈元,等. 次氯酸钠和二氧化氯消毒液对城市污水消毒效果的研究[J],医学动物防制,2005,21(10):705-708.