污水处理厂出水消毒工艺方案论证
一、消毒工艺确定
A．尾水消毒处理的必要性
消毒是污水处理中的重要工序，早在2000年6月5日由建设部、国家环境保护总局、科技部联合发出的“关于印发《城市污水处理及污染防治技术政策》的通知“建城[2000]124号”中规定“为保证公共卫生安全，防治传染性疾病传播，城市污水处理设施应设置消毒设施”。
2002年12月24日由国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）中，对污水厂尾水消毒有了更严格的规定，根据出水水质，必须采用适当的消毒方式杀灭污水中含有大量细菌及病毒。
B．消毒方法比较
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。但目前最常用的还是使用化学试剂的化学方法。化学方法是利用各种化学药剂进行消毒，常用的化学消毒剂有多种氧化剂（液氯、臭氧、二氧化氯等）、某些重金属离子（银、铜等）及阳离子型表面活性剂等。
(1) 液氯消毒
在水溶液中，卤素（包括氯、溴及碘）是非常高效的消毒剂，其中，氯在污水消毒中应用得最为广泛。
在标准状况下，氯是一种淡淡的黄绿色的气体，在-34.5℃，100Kpa的情况下，氯以透明的、略带琥珀色的液态形式存在。液氯通常装在钢制的氯瓶中贮存、运输。
氯气的比重是空气的2.5倍，而液氯的比重为水的1.5倍，液氯蒸发非常快，通常1L液氯可蒸发成450L氯气，换句话说，1kg液氯约蒸发成0.31m3氯气。
氯溶于水时，会生成次氯酸，次氯酸可以快速进入细胞膜，破坏细胞组织，从而起到杀菌消毒的作用。
Cl2+H2O=HOCl+HCl HOCl=H+＋OCl－
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当PH值大于8.5时，次氯酸基本上全部离解成氢离子H＋和次氯酸根离子OCl－，在PH值小于6.0时，则基本上以次氯酸HOCl形式存在，由于次氯酸根离子OCl－带有电荷，不易扩散进入细胞膜，因而相对于次氯酸HOCl来说，杀菌能力较弱，仅为HOCl的1/8左右。
氯作为一种强氧化性消毒剂，由于其杀菌能力强，价格低廉，使用简单，是目前污水消毒中应用最广泛的消毒剂，已经积累了大量的实践经验。氯气消毒自1908年问世以来，为杀灭病原微生物，防止传染病的传播，起过重大作用。但自20世纪70年代以来，随着水质分析技术的不断发展和完善，科学家们对液氯消毒在水处理上的应用重新进行了评估和研究，发现氯气消毒具有以下缺点：
a. 氯会与水中腐殖酸类物质反应形成致癌的卤代烃（THMs）； b. 氯会与酚类反应形成具有怪味的氯酚；
c. 氯与水中的氨反应形成消毒效力低的氯胺，而且排入水体后对鱼类有危害；d. 氯在pH值较高时消毒效力大幅度下降； e. 氯长期使用会引起某些微生物的抗药性。
有鉴于此，人们对其他的代用消毒剂产生了很大的兴趣并进行了广泛的研究，其中二氧化氯在最近几年更是引起了人们的极大关注。
(2)二氧化氯消毒
二氧化氯于1811年首先由Humphry Davy用氯酸钾与硫酸反应时发现。1921年被用于纸浆的漂白。在水处理中的应用始于1944年，当时美国的Niagara Falls水厂为控制水中藻类繁殖与酚污染所产生的气味，率先使用二氧化氯获得成功。目前在欧美国家，二氧化氯在水厂中的使用已日趋普遍。
二氧化氯（ClO2，分子量67.47）是一种黄绿色气体，具有与氯相同的刺激性气味，其沸点为11℃，凝固点为-59℃。
二氧化氯的气体极不稳定，在空气中浓度为10%时就有可能发生爆炸，在45~50℃时会剧烈分解。二氧化氯的水溶液在较高温度与光照下会生成ClO2－与ClO3－，因此应在避光低温处存放。二氧化氯溶液浓度在10g/L以下时，基本没有爆炸的危险。
由上可知，二氧化氯的气体和液体都极不稳定，不能象氯气那样装瓶运输，只能在使用现场临时制备。研究表明，将二氧化氯吸收在含特殊稳定剂（如碳酸
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钠、硼酸钠及过氧化物）的水溶液中，制成稳定的二氧化氯溶液，浓度在2%~5%，该溶液可长期进行贮存，无爆炸的危险，使用也很方便。
有试验研究表明，二氧化氯对大肠杆菌、脊椎灰质炎病毒、甲肝病毒、兰泊氏贾第虫胞囊、尖刺贾第虫胞囊等均有很好的杀灭作用，效果优于自由氯。对消毒剂能力的评价，通常用达到一定杀灭率时所需的浓度与时间的乘积ct为指标，ct值越低，消毒效果越好。
(3)紫外线消毒
紫外线用于水的消毒，具有消毒快捷，不污染水质等优点，因此近年来越来越受到人们的关注。目前在欧洲已有两千多座饮水处理厂采用紫外线进行消毒。同时，紫外线技术在高纯水制造工艺中得到了非常广泛的应用，尤其是微电子工业高纯水系统，几乎已离不开紫外线杀菌装置。展望未来，紫外线技术在21世纪仍将是人们所关注的消毒技术之一。
水的紫外线消毒，是通过紫外线对水的照射进行的，是一个光化学过程。光子只有通过系统中分子的定量转化而被吸收后，才能在原子和分子中产生光化学变化。换句话说，若光没有被吸收则无效。当紫外线照射到微生物时，便发生能量的传递和积累，积累结果造成微生物的灭活，从而达到消毒的目的。
另外，石英套结垢也是紫外线消毒器运行时存在的一个问题。石英套结垢会降低紫外线的穿透能力，从而大大地降低其杀菌效果。
（4）臭氧消毒
臭氧（O3）的氧化很强，比氯和其他常用的氧化剂强，臭氧的氧 化电位为 EV＝－2.07，仅次于氟高于氯。是小型给水处理常用的一 种氧化消毒剂。
臭氧消毒具有以下特点：
1）臭氧在常温下易挥发，不易储存，一般采取现场制取，现场 使用方式。 2）臭氧是一种强氧化消毒剂，其氧化消毒效果位于化学消毒剂 之首，对水中无机物、有机物、细菌和病毒均有氧化消毒灭活作用。
3）会产生溴酸盐和甲醛盐等副产物，对人体有害。
4）使原水中溶解有机物产生微絮凝作用，强化水的澄清、沉淀 和过滤效果，提高出水水质，并节省出水的消毒剂用量。
5）反应速度快，臭氧水处理过程可分为：传质速度控制（快速 或瞬时反映）
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和化学反应速度控制（慢速反应）的过程，可根据去除 物的种类和性质确定反应速度类型和接触时间。
6）臭氧在投加过程中产生的尾气需要回收处理。 7）臭氧的制取成本较高。
8）没有延时消毒作用，管网水中无法维持剩余臭氧量。 9）臭氧不能直接加入水中，需要设臭氧混合反应装置。 C． 几种常用的消毒方法的比较如下：
项目 优几种常用的消毒方法的比较 缺 具有持续消毒作 含有机物时，产生副产 用、消毒成本较 物、氯气有毒，泄漏危 低。设备成熟、操 险、腐蚀性强 适用条件 液氯 适应各类水厂使用 作方便。投加量易 控制 杀菌效率高、接触 适用于处理水量不大 紫外线 无持续的消毒效果、寿 时间短；不产生副的工矿企业、集中用水 照射 命短，运行维护成本高 产物 用户 氧化消毒效果较消毒成本高,不易储存， 二氧 氯 气好.投加单易爆炸；需要现场制取， 适应于有机物微污染 化氯 耗少. 接触时间制取设备复杂,产生副 短，残余 量保持产物，且副产物控制较 臭氧 氧化消毒能力强、 生产投资大，生产运行 适应于有机物严重污染 除臭除味 成本高。无持续性消毒 通过上表比较可以看出，在各种氯消毒工艺中液氯消毒仍然是目前最为低廉的消毒手段，但液氯泄露较为危险，使用需要审批，较为繁琐。针对出水一级A标准对于色度的要求，建议采用臭氧接触的消毒方法。
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