編者按：今年2月2 6日我們在公眾號發(fā)布了李激教授的文章：新冠肺炎疫情期間城鎮(zhèn)污水處理廠消毒設(shè)施運(yùn)行調(diào)研與優(yōu)化策略，引發(fā)廣泛關(guān)注，閱讀次數(shù)接近8 000次。本文作為續(xù)篇，將對上一篇文章進(jìn)行一些重要數(shù)據(jù)的補(bǔ)充。次氯酸鈉消毒是目前我國城鎮(zhèn)污水處理廠應(yīng)用最廣泛的一種消毒方式，但行業(yè)內(nèi)對次氯酸鈉的運(yùn)行參數(shù)如投加量等及其消毒效果尚未達(dá)成共識。以執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)的某城鎮(zhèn)污水處理廠二沉池出水為研究對象，開展了以次氯酸鈉為消毒藥劑的加氯消毒試驗。結(jié)果表明，該廠二沉池出水的糞大腸菌群對數(shù)去除率與消毒工藝中的有效氯投加量、接觸時間以及水溫均呈正相關(guān)，消毒后出水的氧化還原電位（ORP）值可間接表征消毒效果，CT值（ 接觸時間T (min)×接觸時間結(jié)束時消毒劑殘留濃度C(mg/L)）可指導(dǎo)消毒藥劑的投加量。在該廠保持接觸時間為12 min的前提下，有效氯投加量在3.67 mg/L時，可滿足糞大腸菌群對數(shù)去除率達(dá)到2.5 lg以上，確保該廠消毒后出水的糞大腸菌群數(shù)達(dá)到一級A排放標(biāo)。在此優(yōu)化的試驗條件下，ORP為578 mV，總氯CT值為7.6 mg•min/L，游離氯CT值為3.3 mg•min/L。該研究結(jié)果可為城鎮(zhèn)污水處理廠加氯消毒提供參考技術(shù)指標(biāo)。

王慕1，談?wù)駤?/span>1，李激2，陳江杰1，張旻1，王瑞杰1，王月紅1，王曉莉1，王燕2，高志霖3，趙正華3，羅國兵4

王慕（1987—），工程師，碩士，長期從事飲用水和污水的檢測及處理技術(shù)研究，曾參與“十二五”水專項課題，負(fù)責(zé)腸球菌、產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌以及AOC的檢測方法開發(fā)及標(biāo)準(zhǔn)化工作，申請多件專利，發(fā)表多篇論文，現(xiàn)任無錫市政公用環(huán)境檢測研究院技術(shù)主管。

談?wù)駤桑?/span>1968—），高級工程師，江蘇省住建廳污水廠運(yùn)行管理考核專家組成員、技術(shù)培訓(xùn)老師，參與編制《江蘇省城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行管理考核標(biāo)準(zhǔn)》、《江蘇省城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行臺賬范本》等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在國內(nèi)核心期刊發(fā)表多篇論文，先后擔(dān)任無錫市太湖新城污水處理廠、蘆村污水處理廠副廠長、廠長等職務(wù)，具有豐富的污水處理專業(yè)技術(shù)及污水處理廠運(yùn)營管理能力�，F(xiàn)任無錫市政公用環(huán)境檢測研究院有限公司副總經(jīng)理、總工程師。無錫市政公用環(huán)境檢測研究院有限公司為隸屬于無錫市政公用產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司的全資國有企業(yè)，是國內(nèi)領(lǐng)先的第三方檢測研發(fā)單位，公司擁有“國家城市供水水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)無錫監(jiān)測站”國家級CMA資質(zhì)，經(jīng)營范圍包括水質(zhì)、土壤、污泥、大氣、噪聲、輻射、涉水材料等專業(yè)檢測和技術(shù)咨詢、科技研發(fā)、成果轉(zhuǎn)化等服務(wù)。

李激(1970— )，博士，教授，博導(dǎo)，業(yè)內(nèi)知名專家，長期從事污水處理廠建設(shè)、運(yùn)行管理、提標(biāo)改造、科技攻關(guān)等工作。承擔(dān)和參與“十二五”“十三五”等國家及省部級科研課題14項；獲國家環(huán)保部科學(xué)技術(shù)獎和華夏建設(shè)科學(xué)技術(shù)獎等8項；參與近10部行業(yè)技術(shù)規(guī)程和導(dǎo)則編制；國內(nèi)外期刊累計發(fā)表專業(yè)論文80余篇�，F(xiàn)就職于江南大學(xué)，主要從事教學(xué)和科研工作。

2019年底，一場由新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）引發(fā)的疫情在全國蔓延開來，隨后陸續(xù)有專家團(tuán)隊在患者的糞便、尿液、淚液和唾液等代謝物中檢出病毒核酸陽性，由此引起污水處理行業(yè)對新型冠狀病毒可能存在的水介傳播風(fēng)險的高度警惕。因此在疫情期間如何做好污水的消毒工作，保障污水處理廠出水的生物安全性已成為污水處理行業(yè)關(guān)注的焦點問題。

《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）將糞大腸菌群數(shù)列為城鎮(zhèn)污水處理廠出水致病微生物的控制指標(biāo)。為保證城鎮(zhèn)污水處理廠出水中糞大腸菌群數(shù)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，一般采用在污水處理環(huán)節(jié)末端設(shè)置消毒工藝的措施。常見的污水消毒方式有化學(xué)法（如液氯、次氯酸鈉、二氧化氯、臭氧等）和物理法（如紫外線）。其中液氯和二氧化氯的消毒效果較為可靠，運(yùn)行成本適中，但對現(xiàn)場安全管控要求較高；臭氧和紫外線消毒效率高，但設(shè)備投資成本大，現(xiàn)場管理復(fù)雜，并且電耗、能耗較多；次氯酸鈉作為和液氯消毒原理基本一致的化學(xué)藥劑，具有消毒效果好，采購、運(yùn)輸和儲存環(huán)節(jié)安全方便，生產(chǎn)、管理和使用相對簡單等優(yōu)點，現(xiàn)已逐漸成為我國污水處理廠最常用的消毒方式。

目前國內(nèi)污水處理行業(yè)對含氯系列的消毒藥劑投加量等運(yùn)行參數(shù)及其消毒效果的認(rèn)識尚未取得一致意見。參考我國現(xiàn)行各類給水排水設(shè)計手冊與規(guī)范，如《給水排水設(shè)計手冊第5冊：城鎮(zhèn)排水》（第三版）中給出的加氯量參考值為“一級處理后的污水20～30 mg/L，不完全人工二級處理后的污水10～15 mg/L，完全人工二級處理后的污水5～10 mg/L”，而未明確給出三級處理（即深度處理）后的加氯量；《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50014—2006）中給出的二級處理出水的加氯量為6～15 mg/L，但該數(shù)值來源于2003年6座污水處理廠的加氯消毒數(shù)據(jù)，當(dāng)時的污水處理廠無論處理工藝還是水質(zhì)條件，都與當(dāng)前的污水處理廠存在較大差異。此外，上述設(shè)計規(guī)范中推薦的污水與氯的接觸時間均不小于30 min，而目前國內(nèi)部分污水處理廠尚不具備滿足30 min接觸時間的條件。

面對上述問題與困擾，以執(zhí)行一級A排放標(biāo)準(zhǔn)的某城鎮(zhèn)污水處理廠二沉池出水為研究對象，開展了加氯消毒試驗，并考察了不同有效氯投加量、消毒接觸時間和反應(yīng)水溫下的糞大腸菌群、余氯（含總氯和游離氯）和氧化還原電位（ORP）等指標(biāo)的變化，以期建立污水加氯消毒效果與各影響因素間的關(guān)聯(lián)性，為污水處理廠利用次氯酸鈉消毒提供理論依據(jù)。

一

材料與方法

1.1研究對象

本文研究對象為執(zhí)行一級A排放標(biāo)準(zhǔn)的某城鎮(zhèn)污水處理廠，該廠目前的處理能力為22萬m 3/d，工藝流程如圖1所示。該廠目前轉(zhuǎn)盤過濾器和紫外消毒池均處于停運(yùn)維修狀態(tài)，現(xiàn)場加藥點位于二沉池出水渠末端，消毒接觸在二沉池至出水排放口（超越轉(zhuǎn)盤過濾器和紫外消毒池）的管道內(nèi)完成，根據(jù)日均流量、管徑和管長等參數(shù)計算，得出接觸時間約為12 min。加氯消毒試驗用水取自該廠二沉池出水，水質(zhì)參數(shù)見表1。

圖1 某城鎮(zhèn)污水處理廠工藝流程

表1 某城鎮(zhèn)污水處理廠二沉池出水水質(zhì)

1.2試驗方法

采集加氯點前二沉池出水20 L作為試驗用水，檢測糞大腸菌群數(shù)、ORP、氨氮、TN、COD、濁度、pH、水溫等水質(zhì)指標(biāo)。

取污水廠現(xiàn)用最新批次次氯酸鈉，按《次氯酸鈉》（GB/T 19106—2013）中5.3的方法檢測其有效氯含量，并配制成1 g/L稀釋液待用。

取500 mL試驗用水于500 mL帶蓋棕色試劑瓶中，將濃度為1g/L的次氯酸鈉稀釋液按設(shè)計有效氯投加量（1、2、3、4、5、6、8、10 mg/L）順序加入，加蓋搖勻，在設(shè)計接觸時間（5、12、30 min）和設(shè)計水溫（16.8、28.9 ℃）下充分反應(yīng)，檢測糞大腸菌群數(shù)（檢測前對水樣采用硫代硫酸鈉脫氯）、余氯（游離氯、總氯）、ORP、氨氮、TN、COD、濁度、pH、水溫。為確保每個試驗組反應(yīng)不受干擾，每個有效氯投加量、接觸時間和反應(yīng)水溫均單獨安排一個試驗樣品。

1.3 試驗設(shè)備

便攜式余氯測定儀（美國HACH公司，PCⅡ，需配合總氯試劑包和游離氯試劑包使用）；程控定量封口機(jī)（美國IDEXX公司，2009D）；隔水式恒溫培養(yǎng)箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司，GHP-9080）；便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀（帶ORP電極，美國YSI公司，PROPLUS）；紫外可見分光光度計（美國HACH公司，DR6000）；濁度儀（美國HACH，2100AN）；消解器（美國HACH，DRB200）；無菌采樣瓶（美國IDEXX，120 mL，含硫代硫酸鈉）。

1.4分析方法

表2 檢測項目及方法

二

結(jié)果與討論

2.1 有效氯投加量和接觸時間對糞大腸菌群對數(shù)去除率的影響

對糞大腸菌群的消毒效果采用對數(shù)去除率（即消毒后微生物存活率倒數(shù)的對數(shù)值，以10為底）指標(biāo)進(jìn)行評價。如圖2所示，糞大腸菌群對數(shù)去除率隨著有效氯投加量的增加而上升。當(dāng)有效氯投加量相同時，接觸時間越長，糞大腸菌群對數(shù)去除率越高，而在達(dá)到相同的糞大腸菌群對數(shù)去除率的前提下，接觸時間越長，所需有效氯投加量越少。以試驗用水為例，穩(wěn)定達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)的糞大腸菌群數(shù)需滿足至少2.5 lg的去除率，此時有效氯的投加量分別是4.50 mg/L（接觸時間5 min）、3.67 mg/L（接觸時間12 min）、2.93 mg/L（接觸時間30 min）。研究結(jié)果表明，消毒工藝接觸時間不足30 min的污水處理廠可通過適當(dāng)提高次氯酸鈉的用量來提高糞大腸菌群對數(shù)去除率，從而保證出水的糞大腸菌群數(shù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。但需注意的是， 次氯酸鈉投加量的提高可能會導(dǎo)致消毒后出水的余氯含量偏高。同樣以糞大腸菌群對數(shù)去除率達(dá)到2.5lg為例，在不同接觸時間的條件下，消毒后出水的余氯見表3，可以看出，當(dāng)接觸時間僅為5 min時，游離氯可達(dá)到0.66 mg/L，如果此時受納水體為地表水，將會在一定程度上影響其水生生態(tài)環(huán)境。

圖2 有效氯投加量和接觸時間對糞大腸菌群對數(shù)去除率的影響

表3 不同接觸時間條件下消毒后出水的余氯

2.2 ORP值與糞大腸菌群對數(shù)去除率的相關(guān)性

ORP可以反映溶液的氧化還原性。其值越高，溶液的氧化性越強(qiáng)；反之，其值越低，溶液的還原性越強(qiáng)。有文獻(xiàn)報道了ORP值與氯對一些微生物和細(xì)菌的殺滅效果高度相關(guān)。本研究表明，糞大腸菌群對數(shù)去除率與反應(yīng)后水樣的ORP值呈現(xiàn)較好的對數(shù)相關(guān)性，如圖3所示，接觸時間5、12、30 min的相關(guān)系數(shù)（R）值分別為0.8680、0.7971、0.8706，推測出現(xiàn)這一相關(guān)性正是由于水中投加了次氯酸鈉這類氧化劑后，引起水質(zhì)的氧化還原電位發(fā)生了改變�？紤]到糞大腸菌群數(shù)等致病微生物指標(biāo)的檢測周期一般需要48h，目前部分歐美發(fā)達(dá)國家已普遍采用ORP值控制泳池水的消毒效果。因此為簡單快速預(yù)判污水處理廠出水糞大腸菌群的去除效果，建議在出水排放口處安裝在線ORP儀以輔助判斷消毒效果。

圖3 ORP與糞大腸菌群對數(shù)去除率的相關(guān)性

2.3 CT值與糞大腸菌群對數(shù)去除率的相關(guān)性

CT值（接觸時間T（min）×接觸時間結(jié)束時消毒劑殘留濃度C（mg/L））是采用化學(xué)法消毒工藝的一條實用設(shè)計準(zhǔn)則，不同的CT值通常對應(yīng)不同的消毒后微生物滅活率。糞大腸菌群對數(shù)去除率與CT值呈現(xiàn)較好的對數(shù)相關(guān)性：以總氯為C值的擬合曲線的R值為0.8246（見圖4）；以游離氯為C值的擬合曲線的R值為0.9221（見圖5）。為確保試驗用水的糞大腸菌群數(shù)達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)的對數(shù)去除率在2.5 lg以上，此時的總氯CT值為7.6mg·min/L，游離氯CT值為3.3mg·min/L。目前，國內(nèi)和國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中僅對飲用水消毒給出推薦CT值，例如在《飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）中給出的游離氯CT值為≥9 mg·min/L，一氯胺（總氯）CT值為≥60 mg·min/L；在世界衛(wèi)生組織（WHO）《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》中給出的針對2l g病毒滅活率的游離氯CT值為2～30 mg·min/L�？梢钥闯鲞@些數(shù)據(jù)與本研究中污水的CT值有較大差異�？紤]到污水處理廠流動水體中的懸浮物濃度普遍偏高，且各地水質(zhì)差異較大，因此后續(xù)還需針對污水消毒的CT值，結(jié)合各地不同的水質(zhì)條件開展深入研究。

圖4 總氯CT值與糞大腸菌群對數(shù)去除率的相關(guān)性

圖5 游離氯CT值與糞大腸菌群對數(shù)去除率的相關(guān)性

2.4 水溫對糞大腸菌群對數(shù)去除率的影響

試驗水樣中有效氯投加量為2 mg/L和5 mg/L時，分別在水溫為16.8 ℃和28.9 ℃下接觸消毒5 min，結(jié)果如圖6所示，可見水溫對糞大腸菌群對數(shù)去除率有顯著影響。在相同的有效氯投加量下，水溫升高可明顯提高糞大腸菌群對數(shù)去除率，這可能是由于溫度的提升使得次氯酸擴(kuò)散至微生物表面的速率變快，進(jìn)而提高了穿透細(xì)胞壁發(fā)生氧化作用使其死亡的概率。因此在為了達(dá)到近似的糞大腸菌群對數(shù)去除率的前提下，夏季水溫較高時可適當(dāng)減少次氯酸鈉的投加量；而在冬季水溫較低的環(huán)境下，可通過加大有效氯投加量或者適當(dāng)延長接觸時間達(dá)到相同的消毒效果。

圖6 水溫對糞大腸菌群對數(shù)去除率的影響

2.5 消毒工藝現(xiàn)場干擾因素分析

在研究過程中還發(fā)現(xiàn)以下幾點影響消毒效果的因素，現(xiàn)針對相關(guān)問題作出如下分析，并給出相應(yīng)建議：

1）消毒工藝段瞬時流量

消毒工藝段的瞬時流量存在較大幅度波動（如圖7所示），可見最大瞬時流量值和最小瞬時流量值可相差2.7倍以上。這種瞬時流量的不穩(wěn)定性給次氯酸鈉準(zhǔn)確投加帶來了極大的干擾，進(jìn)而影響出水糞大腸菌群的去除效果和余氯含量。建議在消毒工藝前端設(shè)置緩沖構(gòu)筑物如溢流井等，以保障進(jìn)入消毒環(huán)節(jié)的水量的穩(wěn)定。

圖7 某城鎮(zhèn)污水處理廠消毒工藝出水流量瞬時曲線

2）次氯酸鈉有效氯含量

為研究次氯酸鈉有效氯含量隨時間的變化規(guī)律，將次氯酸鈉原液避光加蓋保存3d，每天檢測其有效氯含量，同時與3d內(nèi)現(xiàn)場儲藥罐中同批次次氯酸鈉的有效氯含量作對比。如圖8所示，可見保存方法得當(dāng)?shù)拇温人徕c原液的有效氯含量并未發(fā)生明顯改變，而現(xiàn)場儲藥罐內(nèi)次氯酸鈉的有效氯含量卻發(fā)生了明顯的衰減，且日均衰減速率超過10%。這主要是由于現(xiàn)場儲藥罐存在罐體上蓋密封不嚴(yán)、露天暴曬、灌注新藥時罐內(nèi)舊藥余量過多等問題。有效氯含量的變化也會影響次氯酸鈉投加量的準(zhǔn)確性。因此建議污水處理廠應(yīng)重視對次氯酸鈉試劑的現(xiàn)場管理，宜采用避光（黑色或深色）、密封（留一出氣口）、耐腐蝕（如聚四氟乙烯）的罐體存儲，并盡量在使用至低液位處再灌注新藥。

圖8 次氯酸鈉隨時間的衰減趨勢

3）糞大腸菌群數(shù)測定方法

為研究脫氯對檢測水樣中糞大腸菌群數(shù)的影響，在3座污水處理廠總排放口處分別取經(jīng)次氯酸鈉消毒后出水水樣，一組在現(xiàn)場使用硫代硫酸鈉脫氯，一組為未脫氯作為對照組。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)方法檢測后發(fā)現(xiàn)，未脫氯水樣中的糞大腸菌群數(shù)明顯低于已脫氯水樣中的糞大腸菌群數(shù)（見圖9）。另外，從3座污水處理廠的出水對比數(shù)據(jù)來看，已脫氯水樣中糞大腸菌群數(shù)可超出未脫氯水樣的10～1000倍不等，說明余氯的存在會嚴(yán)重干擾糞大腸菌群數(shù)檢測的準(zhǔn)確性，從而影響對實際消毒效果的準(zhǔn)確判斷，因此建議采樣時應(yīng)對水樣進(jìn)行脫氯處理。

圖9 余氯對糞大腸菌群檢測結(jié)果的影響

三

結(jié)論

1）通過加氯消毒試驗發(fā)現(xiàn)，城鎮(zhèn)污水處理廠在使用次氯酸鈉消毒時，出水的糞大腸菌群對數(shù)去除率與消毒工藝中的有效氯投加量、接觸時間以及水溫等均呈正相關(guān)，消毒后出水的ORP值可間接表征消毒效果，CT值可指導(dǎo)消毒藥劑的投加。

2）本研究的城鎮(zhèn)污水處理廠在保持接觸時間為12 min的前提下，有效氯投加量在3.67 mg/L時，可滿足糞大腸菌群對數(shù)去除率達(dá)到2.5lg以上，即保障該廠消毒后出水的糞大腸菌群數(shù)達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，此時的ORP為578 mV，總氯CT值為7.6 mg•min/L，游離氯CT值為3.3 mg•min/L�？紤]到CT值和眾多影響因素有關(guān)，建議各廠結(jié)合各自實際研究確定各自的CT值。

3）消毒工藝環(huán)節(jié)進(jìn)水瞬時流量的大幅波動和儲藥罐內(nèi)次氯酸鈉有效氯含量的衰減等均會直接影響消毒效果，出水樣品采集后未及時脫氯也會影響對消毒效果的準(zhǔn)確評價。建議在消毒工藝前端設(shè)置緩沖構(gòu)筑物以保障水量的穩(wěn)定性 ，加強(qiáng)對現(xiàn)場次氯酸鈉的進(jìn)料存儲和使用管理，采集后檢測糞大腸菌群數(shù)等指標(biāo)的水樣需脫氯處理以保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

編輯：衣春敏

制作：文 凱

審核：李德強(qiáng)

李激 | 新冠肺炎疫情期間城鎮(zhèn)污水處理廠消毒設(shè)施運(yùn)行調(diào)研與優(yōu)化策略