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乐鱼,李激 | 城镇污水处理厂次氯酸钠消毒效果的影响因素研究 王慕1，谈振娇1，李激2，陈江杰1，张旻1，王瑞杰1，王月红1，王晓莉1，王燕2，高志霖3，赵正华3，罗国兵4 结论 1）通过加氯
发布时间：2024-03-04
焦点提醒：李激 | 城镇污水处置厂次氯酸钠消毒结果的影响身分研究 王慕1，谈振娇1，李激2，陈江杰1，张旻1，王瑞杰1，王月红1，王晓莉1，王燕2，高志霖3，赵正华3，罗国兵4 结论 1）经由过程加氯消毒实验发觉，城镇污水处置厂在利用次氯酸钠消毒时，出水的粪年夜肠菌群对数去除率与消毒工艺中的有用氯投加量、接触时候和水温等均呈正相干，消毒后出水的ORP值可间接表征消毒结果，CT值可指点消毒药剂的投加。 2）本研究的城镇污水处置厂在连结接触时候为12 min的条件下，有用氯投加量在3.67 mg/L时，可满 编者案：本年2月26日我们在公家号发布了李激传授的文章：新冠肺炎疫情时代城镇污水处置厂消毒举措措施运转调研与优化策略，激发普遍存眷，浏览次数接近8000次。本文作为续篇，将对上一篇文章进行一些主要数据的弥补。次氯酸钠消毒是今朝我国城镇污水处置厂利用最普遍的一种消毒体例，但行业内对次氯酸钠的运转参数如投加量等和其消毒结果还没有告竣共鸣。以履行《城镇污水处置厂污染物排放尺度》（GB 18918—2002）一级A尺度的某城镇污水处置厂二沉池出水为研究对象，展开了以次氯酸钠为消毒药剂的加氯消毒实验。成果注解，该厂二沉池出水的粪年夜肠菌群对数去除率与消毒工艺中的有用氯投加量、接触时候和水温均呈正相干，消毒后出水的氧化还原电位（ORP）值可间接表征消毒结果，CT值（接触时候T(min)×接触时候竣事时消毒剂残留浓度C(mg/L)）可指点消毒药剂的投加量。在该厂连结接触时候为12 min的条件下，有用氯投加量在3.67 mg/L时，可知足粪年夜肠菌群对数去除率到达2.5 lg以上，确保该厂消毒后出水的粪年夜肠菌群数到达一级A排放标。在此优化的实验前提下，ORP为578 mV，总氯CT值为7.6 mg•min/L，游离氯CT值为3.3 mg•min/L。该研究成果可为城镇污水处置厂加氯消毒供给参考手艺目标。 王慕1，谈振娇1，李激2，陈江杰1，张旻1，王瑞杰1，王月红1，王晓莉1，王燕2，高志霖3，赵正华3，罗国兵4 王慕（1987—），项目师，硕士，持久处置饮用水和污水的检测和处置手艺研究，曾介入“十二五”水专项课题，担任肠球菌、产气荚膜梭状芽孢杆菌和AOC的检测方式开辟和尺度化工作，申请多件专利，颁发多篇论文，现任无锡市政公用情况检测研究院手艺主管。 谈振娇（1968—），高级项目师，江苏省住建厅污水厂运转治理查核专家构成员、手艺培训教员，介入编制《江苏省会镇污水处置厂运转治理查核尺度》、《江苏省会镇污水处置厂运转台账范本》等规范尺度，在国内焦点期刊颁发多篇论文，前后担负无锡市太湖新城污水处置厂、芦村污水处置厂副厂长、厂长等职务，具有丰硕的污水处置专业手艺和污水处置厂运营治理能力。现任无锡市政公用情况检测研究院无限公司副总司理、总项目师。无锡市政公用情况检测研究院无限公司为附属在无锡市政公用财产团体无限公司的全资国有企业，是国内领先的第三方检测研发单元，公司具有“国度城市供水水质监测网无锡监测站”国度级CMA天资，运营规模包罗水质、泥土、污泥、年夜气、噪声、辐射、渡水材料等专业检测和手艺征询、科技研发、功效转化等办事。 李激(1970— )，博士，传授，博导，业内出名专家，持久处置污水处置厂扶植、运转治理、提标革新、科技攻关等工作。承当和介入“十二五”“十三五”等国度和省部级科研课题14项；获国度环保部科学手艺奖和华夏扶植科学手艺奖等8项；介入近10部行业手艺规程和导则编制；国表里期刊累计颁发专业论文80余篇。现就职在江南年夜学，首要处置讲授和科研工作。 2019年末，一场由新型冠状病毒（SARS-CoV-2）激发的疫情在全国舒展开来，随后连续有专家团队在患者的粪便、尿液、泪液和唾液等代谢物中检出病毒核酸阳性，由此引发污水处置行业对新型冠状病毒可能具有的水介传布风险的高度警戒。是以在疫情时代若何做好污水的消毒工作，保障污水处置厂出水的生物平安性已成为污水处置行业存眷的核心问题。 《城镇污水处置厂污染物排放尺度》（GB 18918—2002）将粪年夜肠菌群数列为城镇污水处置厂出水致病微生物的节制目标。为包管城镇污水处置厂出水中粪年夜肠菌群数的不变达标，一般采取在污水处置环节结尾设置消毒工艺的办法。常见的污水消毒体例有化学法（如液氯、次氯酸钠、二氧化氯、臭氧等）和物理法（如紫外线）。此中液氯和二氧化氯的消毒结果较为靠得住，运转本钱适中，但对现场平安管控要求较高；臭氧和紫外线消毒效力高，但装备投资本钱年夜，现场治理复杂，而且电耗、能耗较多；次氯酸钠作为和液氯消毒道理根基分歧的化学药剂，具有消毒结果好，采购、运输和贮存环节平安便利，出产、治理和利用相对简单等长处，现已逐步成为我国污水处置厂最经常使用的消毒体例。 今朝国内污水处置行业对含氯系列的消毒药剂投加量等运转参数和其消毒结果的熟悉还没有获得分歧定见。参考我国现行各类给水排水设想手册与规范，如《给水排水设想手册第5册：城镇排水》（第三版）中给出的加氯量参考值为“一级处置后的污水20～30 mg/L，不完全人工二级处置后的污水10～15 mg/L，完全人工二级处置后的污水5～10 mg/L”，而未明白给出三级处置（即深度处置）后的加氯量；《室外排水设想规范》（GB 50014—2006）中给出的二级处置出水的加氯量为6～15 mg/L，但该数值来历在2003年6座污水处置厂的加氯消毒数据，那时的污水处置厂不管处置工艺仍是水质前提，都与当前的污水处置厂具有较年夜差别。另外，上述设想规范中保举的污水与氯的接触时候均不小在30 min，而今朝国内部门污水处置厂尚不具有知足30 min接触时候的前提。 面临上述问题与搅扰，以履行一级A排放尺度的某城镇污水处置厂二沉池出水为研究对象，展开了加氯消毒实验，并考查了分歧有用氯投加量、消毒接触时候和反映水温下的粪年夜肠菌群、余氯（含总氯和游离氯）和氧化还原电位（ORP）等目标的转变，以期成立污水加氯消毒结果与各影响身分间的联系关系性，为污水处置厂操纵次氯酸钠消毒供给理论根据。 一 材料与方式 1.1研究对象 本文研究对象为履行一级A排放尺度的某城镇污水处置厂，该厂今朝的处置能力为22万m3/d，工艺流程如图1所示。该厂今朝转盘过滤器和紫外消毒池均处在停运维修状况，现场加药点位在二沉池出沟渠结尾，消毒接触在二沉池至出水排放口（超出转盘过滤器和紫外消毒池）的管道内完成，按照日均流量、管径和管长等参数计较，得出接触时候约为12 min。加氯消毒实验用水取自该厂二沉池出水，水质参数见表1。 图1 某城镇污水处置厂工艺流程 表1 某城镇污水处置厂二沉池出水水质 1.2实验方式 收集加氯点前二沉池出水20 L作为实验用水，检测粪年夜肠菌群数、ORP、氨氮、TN、COD、浊度、pH、水温等水质目标。 取污水厂现用最新批次次氯酸钠，按《次氯酸钠》（GB/T 19106—2013）中5.3的方式检测其有用氯含量，并配制成1 g/L稀释液待用。 取500 mL实验用水在500 mL带盖棕色试剂瓶中，将浓度为1g/L的次氯酸钠稀释液按设想有用氯投加量（1、2、3、4、5、6、8、10 mg/L）挨次插手，加盖摇匀，在设想接触时候（5、12、30 min）和设想水温（16.8、28.9 ℃）下充实反映，检测粪年夜肠菌群数（检测前对水样采取硫代硫酸钠脱氯）、余氯（游离氯、总氯）、ORP、氨氮、TN、COD、浊度、pH、水温。为确保每一个实验组反映不受干扰，每一个有用氯投加量、接触时候和反映水温均零丁放置一个实验样品。 1.3 实验装备 便携式余氯测定仪（美国HACH公司，PCⅡ，需共同总氯试剂包和游离氯试剂包利用）；程控定量封口机（美国IDEXX公司，2009D）；隔水式恒温培育箱（上海一恒科学仪器无限公司，GHP-9080）；便携式多参数水质阐发仪（带ORP电极，美国YSI公司，PROPLUS）；紫外可见分光光度计（美国HACH公司，DR6000）；浊度仪（美国HACH，2100AN）；消解器（美国HACH，DRB200）；无菌采样瓶（美国IDEXX，120 mL，含硫代硫酸钠）。 1.4阐发方式 表2 检测项目和方式 项目 方式 粪年夜肠菌群数 《水质 总年夜肠菌群、粪年夜肠菌群和年夜肠埃希氏菌的测定 酶底物法》（HJ 1001—2018） 总氯 《水质 游离氯和总氯的测定 N,N-二乙基-1,4-苯二胺分光光度法》（HJ 586—2010） 游离氯 《水质 游离氯和总氯的测定 N,N-二乙基-1,4-苯二胺分光光度法》（HJ 586—2010） ORP 《氧化还原电位的测定 (电位测定法)》（SL 94—1994） pH 《水质 pH值的测定 博璃电极法》（GB 6920—86） 氨氮 《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》（HJ 535—2009） 总氮 《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（HJ 636—2012） COD 《COD 光度法快速测定仪手艺要求和检测方式》（HJ 924—2017） 浊度 《水质 浊度的测定 浊度计法》（HJ 1075—2019） 水温 《水质 水温的测定 温度计或倒置温度计测定法》（GB 13195—91） 二 成果与会商 2.1 有用氯投加量和接触时候对粪年夜肠菌群对数去除率的影响 对粪年夜肠菌群的消毒结果采取对数去除率（即消毒后微生物存活率倒数的对数值，以10为底）目标进行评价。如图2所示，粪年夜肠菌群对数去除率跟着有用氯投加量的增添而上升。当有用氯投加量不异时，接触时候越长，粪年夜肠菌群对数去除率越高，而在到达不异的粪年夜肠菌群对数去除率的条件下，接触时候越长，所需有用氯投加量越少。以实验用水为例，不变到达一级A排放尺度的粪年夜肠菌群数需知足最少2.5 lg的去除率，此时有用氯的投加量别离是4.50 mg/L（接触时候5 min）、3.67 mg/L（接触时候12 min）、2.93 mg/L（接触时候30 min）。研究成果注解，消毒工艺接触时候不足30 min的污水处置厂可经由过程恰当提高次氯酸钠的用量来提高粪年夜肠菌群对数去除率，从而包管出水的粪年夜肠菌群数不变达标。但需留意的是，次氯酸钠投加量的提高可能会致使消毒后出水的余氯含量偏高。一样以粪年夜肠菌群对数去除率到达2.5lg为例，在分歧接触时候的前提下，消毒后出水的余氯见表3，能够看出，当接触时候仅为5 min时，游离氯可到达0.66 mg/L，假如此时受纳水体为地表水，将会在必然水平上影响其水生生态情况。 图2 有用氯投加量和接触时候对粪年夜肠菌群对数去除率的影响 表3 分歧接触时候前提下消毒后出水的余氯 粪年夜肠菌群对数去除率 余氯 接触时候/min 5 12 30 2.5lg 总氯 1.52 0.63 0.25 游离氯 0.66 0.28 0.11 2.2 ORP值与粪年夜肠菌群对数去除率的相干性 ORP能够反应溶液的氧化还原性。其值越高，溶液的氧化性越强；反之，其值越低，溶液的还原性越强。有文献报导了ORP值与氯对一些微生物和细菌的杀灭结果高度相干。本研究注解，粪年夜肠菌群对数去除率与反映后水样的ORP值显现较好的对数相干性，如图3所示，接触时候5、12、30 min的相干系数（R）值别离为0.8680、0.7971、0.8706，猜测呈现这一相干性恰是因为水中投加了次氯酸钠这类氧化剂后，引发水质的氧化还原电位产生了改变。斟酌到粪年夜肠菌群数等致病微生物目标的检测周期一般需要48h，今朝部门欧美发财国度已遍及采取ORP值节制泳池水的消毒结果。是以为简单快速预判污水处置厂出水粪年夜肠菌群的去除结果，建议在出水排放口处安装在线ORP仪以辅助判定消毒结果。 图3 ORP与粪年夜肠菌群对数去除率的相干性 2.3 CT值与粪年夜肠菌群对数去除率的相干性 CT值（接触时候T（min）×接触时候竣事时消毒剂残留浓度C（mg/L））是采取化学法消毒工艺的一条适用设想原则，分歧的CT值凡是对应分歧的消毒后微生物灭活率。粪年夜肠菌群对数去除率与CT值显现较好的对数相干性：以总氯为C值的拟合曲线的R值为0.8246（见图4）；以游离氯为C值的拟合曲线的R值为0.9221（见图5）。为确保实验用水的粪年夜肠菌群数到达一级A排放尺度的对数去除率在2.5 lg以上，此时的总氯CT值为7.6mg·min/L，游离氯CT值为3.3mg·min/L。今朝，国内和国际相干尺度中仅对饮用水消毒给出保举CT值，例如在《饮用水卫生尺度》（GB 5749—2006）中给出的游离氯CT值为≥9 mg·min/L，一氯胺（总氯）CT值为≥60 mg·min/L；活着界卫生组织（WHO）《饮用水水质原则》中给出的针对2l g病毒灭活率的游离氯CT值为2～30 mg·min/L。能够看出这些数据与本研究中污水的CT值有较年夜差别。斟酌到污水处置厂活动水体中的悬浮物浓度遍及偏高，且各地水质差别较年夜，是以后续还需针对污水消毒的CT值，连系各地分歧的水质前提展开深切研究。 图4 总氯CT值与粪年夜肠菌群对数去除率的相干性 图5 游离氯CT值与粪年夜肠菌群对数去除率的相干性 2.4 水温对粪年夜肠菌群对数去除率的影响 实验水样中有用氯投加量为2 mg/L和5 mg/L时，别离在水温为16.8 ℃和28.9 ℃下接触消毒5 min，成果如图6所示，可见水温对粪年夜肠菌群对数去除率有显著影响。在不异的有用氯投加量下，水温升高可较着提高粪年夜肠菌群对数去除率，这多是因为温度的晋升使得次氯酸分散至微生物概况的速度变快，进而提高了穿透细胞壁产生氧化感化使其灭亡的几率。是以在为了到达近似的粪年夜肠菌群对数去除率的条件下，夏日水温较高时可恰当削减次氯酸钠的投加量；而在冬季水温较低的情况下，可经由过程加年夜有用氯投加量或恰当耽误接触时候到达不异的消毒结果。 图6 水温对粪年夜肠菌群对数去除率的影响 2.5 消毒工艺现场干扰身分阐发 在研究进程中还发觉以下几点影响消毒结果的身分，现针对相干问题作出以下阐发，并给出响应建议： 1）消毒工艺段瞬时流量 消毒工艺段的瞬时流量具有较年夜幅度波动（如图7所示），可见最年夜瞬时流量值和最小瞬时流量值可相差2.7倍以上。这类瞬时流量的不不变性给次氯酸钠正确投加带来了极年夜的干扰，进而影响出水粪年夜肠菌群的去除结果和余氯含量。建议在消毒工艺前端设置缓冲修建物如溢流井等，以保障进入消毒环节的水量的不变。 图7 某城镇污水处置厂消毒工艺出水流量瞬时曲线 2）次氯酸钠有用氯含量 为研究次氯酸钠有用氯含量随时候的转变纪律，将次氯酸钠原液避光加盖保留3d，天天检测其有用氯含量，同时与3d内现场储药罐中同批次次氯酸钠的有用氯含量尴尬刁难比。如图8所示，可见保留方式适当的次氯酸钠原液的有用氯含量并未产生较着改变，而现场储药罐内次氯酸钠的有用氯含量却产生了较着的衰减，且日均衰减速度跨越10%。这首要是因为现场储药罐具有罐体上盖密封不严、露天暴晒、灌注新药时罐内旧药余量过量等问题。有用氯含量的转变也会影响次氯酸钠投加量的����APP正确性。是以建议污水处置厂应正视对次氯酸钠试剂的现场治理，宜采取避光（黑色或深色）、密封（留一出气口）、耐侵蚀（如聚四氟乙烯）的罐体存储，并尽可能在利用至低液位处再灌注新药。 图8 次氯酸钠随时候的衰减趋向 3）粪年夜肠菌群数测定方式 为研究脱氯对检测水样中粪年夜肠菌群数的影响，在3座污水处置厂总排放口处罚别取经次氯酸钠消毒后出水水样，一组在现场利用硫代硫酸钠脱氯，一组为未脱氯作为对比组。经尺度方式检测后发觉，未脱氯水样中的粪年夜肠菌群数较着低在已脱氯水样中的粪年夜肠菌群数（见图9）。别的，从3座污水处置厂的出水对照数据来看，已脱氯水样中粪年夜肠菌群数可超越未脱氯水样的10～1000倍不等，申明余氯的具有会严峻干扰粪年夜肠菌群数检测的正确性，从而影响对现实消毒结果的正确判定，是以建议采样时应对水样进行脱氯处置。 图9 余氯对粪年夜肠菌群检测成果的影响 三 结论 1）经由过程加氯消毒实验发觉，城镇污水处置厂在利用次氯酸钠消毒时，出水的粪年夜肠菌群对数去除率与消毒工艺中的有用氯投加量、接触时候和水温等均呈正相干，消毒后出水的ORP值可间接表征消毒结果，CT值可指点消毒药剂的投加。 2）本研究的城镇污水处置厂在连结接触时候为12 min的条件下，有用氯投加量在3.67 mg/L时，可知足粪年夜肠菌群对数去除率到达2.5lg以上，即保障该厂消毒后出水的粪年夜肠菌群数到达一级A排放尺度，此时的ORP为578 mV，总氯CT值为7.6 mg•min/L，游离氯CT值为3.3 mg•min/L。斟酌到CT值和浩繁影响身分相关，建议各厂连系各自现实研究肯定各自的CT值。 3）消毒工艺环节进水瞬时流量的年夜幅波动和储药罐内次氯酸钠有用氯含量的衰减等均会间接影响消毒结果，出水样品收集后未实时脱氯也会影响对消毒结果的正确评价。建议在消毒工艺前端设置缓冲修建物以保障水量的不变性，增强对现场次氯酸钠的进料存储和利用治理，收集后检测粪年夜肠菌群数等目标的水样需脱氯处置以包管检测数据的正确性。 编纂：衣春敏 建造：文 凯 审核：李德强 李激 | 新冠肺炎疫情时代城镇污水处置厂消毒举措措施运转调研与优化策略
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