城镇污水厂尾水消毒发展新思考
一 消毒处理现状及问题
1.1 消毒处理现状
水消毒技术在给水处理中的应用已有100多年的历史，但在污水处理中的应用时间却不长，而我国更是才刚刚起步。城市污水经一级处理或二级处理（包括活性污泥法和膜法）后，水质得到较大改善，细菌等微生物含量也大幅度减少，但其绝对值仍数量可观，并具有存在病原微生物的较大可能性，因此污水排放前应进行严格消毒灭活。
2003年在某些国家及地区爆发的非典型性肺炎，再一次向人们敲响了警钟，提醒人们要加强控制病原微生物的传播风险，使得城乡污水的高效消毒处理越发受到重视，已逐渐成为防止疾病传播、扩散的一道重要防线。目前常用尾水消毒技术有加氯消毒和紫外线消毒两种方式。
1.2 存在问题
在过去一百多年，加氯消毒对全球大众的饮水安全做出了巨大贡献。随着化学工业的飞速发展，环境激素、抗生素、农药、除草剂、保鲜剂、染色剂等的化学品大量生产和使用，水环境微污染越来越严重，水体越来越“肥”，是不争的事实。
目前，加氯消毒引起的卤代消毒副产物的致癌、致畸、致突变（简称“三致”）危害已非常明确，而且不能灭杀隐孢子虫、贾第鞭毛虫（两虫）等病原微生物，同时耐氯微生物的发现和加药消毒后影响口感等更加凸显氯消毒的技术弊端。
二 常用消毒工艺介绍
2.1 加氯消毒
加氯消毒是指用氯或氯制剂进行水体消毒的一种方法，其中氯制剂主要有液氯、漂白粉、漂白粉精、有机氯制剂等，氯消毒基本原理是氯溶于水后生成次氯酸。由于次氯酸体积小，电荷呈中性，易于穿过细胞壁。同时，作为一种强氧化剂，能损害细胞膜，使蛋白质、RNA和DNA等物质释出，并影响多种酶系统，从而使细菌死亡，达到水体消毒的目的。
氯是在水处理过程中最常应用的消毒剂，它可以快速灭活水体中的致病细菌，并能够保持一段时间的持续消毒能力，抑制后续水体中致病细菌的生长和繁殖，广泛用于各种水体消毒处理。但在近30年的研究中发现，氯消毒剂在消毒过程中会与天然有机物或人工合成有机物发生反应生成多种有害消毒副产物，其“三致”作用越来越受到人们广泛关注。此外，传统的氯消毒技术对一些耐氯性病原微生物的灭活效果不理想，无法有效灭活隐孢子虫和贾第鞭毛虫，使出水水质存在一定的安全隐患。
2.2 紫外线消毒
UV是光谱的一部分，该光谱分为3个波长段：包括UVA(波长为320～400 nm)、UVB（波长为280～320 nm）、UVC（波长为100～280 nm）。在水处理工艺中主要发挥消毒作用的部分是UVC，消毒原理是细胞内的遗传物质吸收UVC，在相邻的核苷酸之间形成双键或二聚体，发生光化学损伤，阻止遗传物质进行转录和复制，从而灭活微生物。
三 常用消毒工艺对比
3.1 消毒工艺对比
常用消毒工艺对比如表3-1所示。
表3- 1：常用消毒工艺对比表
3.2 消毒工艺投资成本对比
次氯酸钠消毒与紫外线消毒工艺投资成本对比如表3-2所示。
表3- 2：次氯酸钠消毒与紫外线消毒工艺投资成本对比表
由“表3-2：次氯酸钠消毒与紫外线消毒工艺投资成本对比表”分析得知，次氯酸钠消毒工艺总投资成本约为紫外线消毒工艺总投资成本的3倍。
3.3 运行成本对比
1、次氯酸钠消毒工艺运行成本分析
处理量按照10万m³/d计算，次氯酸钠消毒工艺运行成本分析如表3-3所示。
表3- 3：次氯酸钠消毒工艺运行成本分析表
2、紫外线消毒工艺运行成本分析
处理量按照10万m³/d计算，紫外线消毒工艺运行成本分析如表3-4所示。
表3- 4：紫外线消毒工艺运行成本分析
由“表3-3：次氯酸钠消毒工艺运行成本分析表”及“表3-4：紫外线消毒工艺运行成本分析表”分析得知，次氯酸钠消毒工艺吨污水消毒成本约为紫外线消毒工艺吨污水消毒成本的3倍。
四 紫外线消毒制约因素及案例分享
4.1 制约因素
紫外线技术由于其消毒效率高，广谱性强，对隐孢子虫、贾第鞭毛虫等病原微生物有较好的灭活效果。在常规消毒CT值范围内不产生副产物，占地面积小，运行费用低，对环境友好而受到广泛关注。
当前紫外线消毒技术也存在一些应用问题：没有持续性消毒效果，设备厂家参差不齐，进口设备价格高，维护费用较高；国产设备套管清洗技术不成熟，节能降耗技术不够先进等问题。
一级B排放标准达标率还算可以，提标升级改造至一级A标准时，由于前置处理工艺投加了大量絮凝剂，污水中生成了大量的螯合物，附着在紫外线套管上，透光率明显降低，消毒达标风险较大，紫外线消毒技术使用受到较大的限制，很多污水处理厂重新选择加药消毒。
紫外线消毒在尾水消毒应用效果的制约因素主要有：
1）有效紫外剂量不足；
2）自动清洗系统不可靠；
3）运行维护不到位，灯管达到使用寿命仍在继续使用；
4）取样和检测不规范。
实际工程应用中克服以上制约紫外线消毒效果的限制性因素，出水是可以稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）表中一级A出水标准限值。
4.2 案例分享
案例一：成都中和污水处理厂二期工程
项目概况：
对该项目连续30天进行取样检测，粪大肠菌群数检测结果均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）表中一级A出水标准限值。
案例二：西宁第一污水处理厂
项目概况：
对该项目连续30天进行取样检测，粪大肠菌群数检测结果均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）表中一级A出水标准限值。
案例三：江西宜春方科污水处理厂
项目概况：
项目描述：
江西宜春方科污水处理厂提标改造项目于2019年下半年完成安装和调试，出水粪大肠菌群数执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准，紫外线消毒设备运行一切正常。
经过一阶段运行后，方科公司反馈出水消毒效果处于临界点，重庆大学、哈尔滨工业大学（深圳）等多名专家一起到现场就反馈情况进行详细诊断，经过现场反复对处理工艺路线论证和试验得出结论，紫外消毒渠前段磁混凝沉淀单元的磁粉具有紫外线吸光和影响水的透光率问题，这是导致消毒效果处于临界点情况的主要原因，经多方探讨后对此结论认可。
现场将紫外设备关闭后，采用次氯酸钠进行消毒，投加量在8.0-10.0 t/d(成本为6400~10000元，运行成本高)，已远远超过国标投加量，出水余氯较高且对受纳水体的水生态也产生破坏影响，出水消毒效果也仍处于临界点，与紫外消毒的出水效果相似。经过多次对比后，紫外消毒和次氯酸钠消毒的出水效果均处于一级 A 标准临界点，于是将紫外消毒灯管开启一部分并联合投加次氯酸钠消毒(次氯酸钠投加量仅为0.6-1.0 t/d)。经过一阶段的验证后，出水效果稳定达标，也不存在余氯过高的情况，经计算运行费用约为2500元/d，根据现场实际情况该紫外线+次氯酸钠联合消毒已经达到最佳效果，方科公司对此也接受并认同。
通过对污水消毒效果、生态环境效益和运行成本等多方面分析，紫外线+次氯酸钠联合消毒是一种技术创新的污水净化消毒方式，当地政相关部门、省厅以及国家有关部委领导到现场视察过程中，对该绿色低碳联合消毒方式表示认可和赞同，同时在本地行业得到了有效示范推广，为污水净化绿色低碳运行做了突出贡献。
单次氯酸钠与紫外线+次氯酸钠联合消毒运行成本对比如表4-1所示。
表4- 1：技改前后运行成本对比分析表
通过以上分析，采用“紫外线+次氯酸钠消毒”联合工艺相比单“次氯酸钠消毒”工艺每吨水消毒成本降低0.040元，每年可节省消毒成本204.21万元。
五 尾水消毒发展趋势及思考
目前国家对水资源、水循环、水生态越来越重视，大力倡导“绿色低碳”理念，高毒性消毒副产物、新兴有机污染物关乎着人民的生命安全和身体健康，越来越受到行业单位和社会公众的广泛重视。基于此，寻找探索一种“绿色低碳”、消毒副产物少的新型消毒工艺技术是非常有必要的。
山西省人民政府办公厅与2021年7月19日发布《山西省水环境质量巩固提升2021年行动计划》中已要求消毒方式由添加次氯酸钠逐步改为臭氧或紫外线消毒。
基于紫外消毒有别于加氯消毒的作用原理，紫外消毒技术的突出优势主要体现在紫外线消毒是物理消毒方法，无消毒副产物等二次污染风险；其次，紫外线消毒技术可快速灭活抗氯性微生物和“两虫”等致病微生物，较好地弥补了传统氯消毒方式的技术缺陷。
紫外线消毒技术是一项对环境、生态和人类友好的技术，与化学消毒方法相比，它更具 “绿色低碳”特性，对人类社会的可持续发展具有重要价值。
