青島某污水廠(chǎng)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(tuán)島污水處理廠(chǎng)，山東 青島 266002；2.青島市排水運(yùn)營(yíng)服務(wù)中心，山東 青島 266002)

1 引言

為保護(hù)收納自然水體，控制污水中病原微生物，多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)要求，出水中糞大腸菌群數(shù)需滿(mǎn)足小于1000個(gè)/L。目前城鎮(zhèn)污水廠(chǎng)主要采取紫外線(xiàn)[1]、次氯酸鈉[2]、二氧化氯[3]和臭氧[4]等方式對(duì)出水端尾水消毒。次氯酸鈉價(jià)格便宜，運(yùn)行安全方便，消毒效果較好，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)輸、使用方便[5]，青島某污水廠(chǎng)在升級(jí)改造前采用投加次氯酸鈉消毒的方式，經(jīng)多年運(yùn)行證明次氯酸鈉是一種經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)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(jìn)一步分解形成新生態(tài)氧，新生態(tài)氧的極強(qiáng)氧化性使菌體和病毒上的蛋白質(zhì)等物質(zhì)變性，從而致死病源微生物[7]。而因污水處理廠(chǎng)出水中含有氨態(tài)氮，當(dāng)投加次氯酸鈉后，一部分次氯酸鈉溶液通過(guò)水解后形成次氯酸，次氯酸和次氯酸根稱(chēng)為游離性余氯。另一部分次氯酸鈉和氨態(tài)氮結(jié)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(tǒng)稱(chēng)為余氯[8]。因此余氯是一個(gè)重要的污水處理廠(chǎng)出水監(jiān)控指標(biāo)[9]。但當(dāng)投加次氯酸鈉量過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致出水中余氯含量增加，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染[10～12]。因此合理的加氯量對(duì)控制水廠(chǎng)成本和保護(hù)環(huán)境都有著重要的意義。

紫外消毒的原理[13]主要是通過(guò)紫外照射破壞水中微生物的遺傳物質(zhì)DNA、RNA的結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致微生物無(wú)法復(fù)制，對(duì)細(xì)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(chǎn)生消毒副產(chǎn)物[14]。為節(jié)省次氯酸鈉的投加量，青島某污水處理廠(chǎng)在2020年進(jìn)行了升級(jí)改造，出水端增加了紫外消毒輔助設(shè)備。在升級(jí)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(guān)系，找到次氯酸鈉最小的投加量，從而更好的節(jié)約次氯酸鈉投入量，精細(xì)控制出水端余氯含量，保護(hù)環(huán)境。

DR300是多功能便攜式余氯測(cè)定設(shè)備，具有快速、簡(jiǎn)便、便攜的特點(diǎn)，無(wú)需實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和條件，能快速及時(shí)地測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)中余氯的濃度，反饋工藝及時(shí)調(diào)整[15]。但該儀器檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性尚不確定，需進(jìn)行驗(yàn)證。

2 材料與方法

2.1 余氯測(cè)定分光光度法

2.1.1 設(shè)備

島津UV2600紫外分光光度計(jì)。

2.1.2 測(cè)定步驟

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

2.2 便攜式余氯測(cè)定儀法

2.2.1 設(shè)備

哈希 DR300便攜式余氯測(cè)定儀。

2.2.2 試劑

DPD余氯試劑。

2.2.3 步驟

打開(kāi)儀器，選擇測(cè)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(fù)搖晃比色皿20 s，混勻。加入試劑后1 min內(nèi)，將樣品比色皿放入樣品池中，讀數(shù)，記錄結(jié)果。

2.3 糞大腸菌群測(cè)定方法

2.3.1 設(shè)備

科立德Sealer Plus 程控定量封口機(jī)。

2.3.2 試劑

科立德 ONPG-MUG培養(yǎng)基。

2.3.3 步驟

糞大腸菌群的測(cè)定按照HJ1001-2018《水質(zhì) 總大腸菌群、糞大腸菌群和大腸埃希氏菌的測(cè)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(jié)果與討論

3.1 便攜式余氯測(cè)定儀(DR300)測(cè)定結(jié)果精密度

采集某污水廠(chǎng)出水不同時(shí)間段的2個(gè)樣品按2.2節(jié)方法進(jìn)行8次余氯測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表1。兩個(gè)樣品8次平行結(jié)果的RSD為2.31%和0.73%。證明該便攜式設(shè)備測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定。

表1 精密度檢驗(yàn)結(jié)果

3.2 便攜式余氯測(cè)定儀與分光光度法方法比對(duì)

采集某污水廠(chǎng)出水不同時(shí)間段的5個(gè)樣品，同時(shí)按HJ586-2020《水質(zhì) 游離氯和總氯的測(cè)定N，N-二乙基-1,4-苯二胺分光光度法》和便攜式余氯測(cè)定儀法進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表2。將兩種方法的結(jié)果進(jìn)行配對(duì)T測(cè)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3、4。從表3可以得出便攜式余氯測(cè)定儀與國(guó)標(biāo)法HJ586-2010測(cè)定結(jié)果：相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果R值為 0.996(R>0.9),證明2種方法具有顯著的相關(guān)性。從表4中可以得出：便攜式余氯測(cè)定儀與國(guó)標(biāo)法HJ586-2010測(cè)定結(jié)果T檢驗(yàn)的P值為0.838(P>0.05)，證明便攜式余氯測(cè)定儀與國(guó)標(biāo)法HJ586-2010測(cè)定結(jié)果之間沒(méi)有顯著性差異。從相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果和T檢驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，便攜式余氯測(cè)定儀測(cè)定的結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

3.3 不同濃度次氯酸鈉對(duì)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(shí)驗(yàn)室中按表5中的投加量投入到污水處理廠(chǎng)出水中，按2.2節(jié)的方法測(cè)定其余氯含量，同時(shí)測(cè)定糞大腸菌群數(shù)量，結(jié)果見(jiàn)表5。從表5中可以得出：次氯酸鈉的添加量與產(chǎn)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(xiàn)性關(guān)系，投加高濃度的次氯酸鈉能夠產(chǎn)生相應(yīng)高濃度的余氯，并能抑制糞大腸菌群的產(chǎn)生。在水樣中投加次氯酸鈉濃度達(dá)到2.0 mg/L時(shí)，余氯濃度能達(dá)到0.6 mg/L，能夠明顯的抑制糞大腸菌群的生長(zhǎng)，糞大腸菌群測(cè)定結(jié)果為52個(gè)/L,能夠滿(mǎn)足GB18918-2002 《城鎮(zhèn)污水廠(chǎng)綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A的要求(<103個(gè)/L)。

表2 便攜式余氯測(cè)定儀與HJ586-2010方法測(cè)定結(jié)果 mg/L

表3 便攜式余氯測(cè)定儀與HJ586-2010法測(cè)定結(jié)果相關(guān)性檢驗(yàn)

表4 便攜式余氯測(cè)定儀與HJ586-2010法測(cè)定結(jié)果T檢驗(yàn)

3.4 次氯酸鈉聯(lián)合紫外消毒效果

根據(jù)表5的研究結(jié)果，在污水處理廠(chǎng)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(cè)定儀測(cè)定余氯濃度。并分別取開(kāi)啟紫外消毒工藝的出水樣品和未開(kāi)啟紫外消毒工藝的出水樣品測(cè)定糞大腸菌群的個(gè)數(shù)。以研究實(shí)際生產(chǎn)中次氯酸鈉聯(lián)合紫外消毒工藝對(duì)出水中糞大腸菌群的消毒效果，結(jié)果見(jiàn)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(shù)量，次氯酸鈉聯(lián)合紫外消毒明顯優(yōu)于單用次氯酸鈉消毒效果。當(dāng)次氯酸鈉投加量在2.0 g/m3時(shí)，余氯濃度能達(dá)到0.6 mg/L左右，在開(kāi)啟紫外消毒的情況下，出水中糞大腸菌群的數(shù)量基本上能夠滿(mǎn)足GB18918-2002 《城鎮(zhèn)污水廠(chǎng)綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A的要求(<103個(gè)/L)。而單獨(dú)使用次氯酸鈉消毒則需要次氯酸鈉投加量達(dá)到3.0 g/m3，余氯達(dá)到1.42 mg/L，出水中糞大腸菌群數(shù)量才能滿(mǎn)足GB18918-2002 《城鎮(zhèn)污水廠(chǎng)綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A的要求。

表5 不同次氯酸鈉投加量對(duì)余氯的影響以及對(duì)糞大腸菌群的影響

表6 某污水廠(chǎng)出水各時(shí)間段不同消毒方式糞大腸菌群測(cè)定結(jié)果

4 結(jié)論

通過(guò)DR300便攜式余氯測(cè)定儀測(cè)定結(jié)果與HJ586-2020《水質(zhì) 游離氯和總氯的測(cè)定N，N-二乙基-1,4-苯二胺分光光度法》測(cè)定結(jié)果進(jìn)行T測(cè)驗(yàn)比對(duì)，證明其測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定可靠。便攜式余氯測(cè)定儀相比分光光度法具有簡(jiǎn)單、快速的特點(diǎn)，可快速測(cè)定污水廠(chǎng)出水中的余氯，從而更快地反饋出水中余氯結(jié)果，用于生產(chǎn)工藝調(diào)整。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)際證明投加高濃度的次氯酸鈉能夠產(chǎn)生相應(yīng)高濃度的余氯，能夠抑制糞大腸菌群的生長(zhǎng)，但過(guò)高濃度的余氯會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，因此應(yīng)將次氯酸鈉的投加量控制在合理的范圍內(nèi)。在工藝改造完成后，次氯酸鈉聯(lián)合紫外消毒法的工藝能夠節(jié)省次氯酸鈉的用量，次氯酸鈉投加量在2.0 g/m3時(shí)，就能滿(mǎn)足GB18918-2002 《城鎮(zhèn)污水廠(chǎng)綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A的要求(<103個(gè)/L)，比單獨(dú)升級(jí)改造前單獨(dú)使用次氯酸鈉消毒能夠節(jié)省次氯酸鈉1.0 g/m3，據(jù)此測(cè)算年可節(jié)省次氯酸鈉20 t左右，從而達(dá)到節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境的目的。