國(guó)內(nèi)大部分大型給水廠都使用液氯消毒，氯消毒雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但在消毒的同時(shí)，會(huì)生成一些消毒副產(chǎn)物，如三鹵甲烷（THMs）等。而紫外線消毒法瞬間殺菌能力強(qiáng)，基本上沒有消毒副產(chǎn)物，且運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便快捷。目前我國(guó)的紫外線消毒一般用于小規(guī)模給水廠水處理系統(tǒng)、純水制備系統(tǒng)、工業(yè)回用水和污水處理系統(tǒng)。給水紫外線消毒或是紫外線聯(lián)合其他消毒工藝的報(bào)道較為少見。本文介紹了在中試規(guī)?；A(chǔ)上開展的紫外＋氯聯(lián)合消毒及對(duì)應(yīng)的工藝研究結(jié)果，以探討該消毒工藝在大中型給水廠中的實(shí)用性。

1 試驗(yàn)方法

1.1試驗(yàn)工藝流程

本試驗(yàn)為四個(gè)平行工藝同步進(jìn)行試驗(yàn)，在砂濾池出水后分為四個(gè)平行工藝（如圖1 所示）。

（1）常規(guī)處理；

（2）常規(guī)處理＋氯消毒（Cl2）；

（3）常規(guī)處理+ 紫外線消毒（UV）+ 氯消毒（Cl2）；

（4）常規(guī)處理+紫外線消毒（UV）；

1.2 試驗(yàn)規(guī)模

最大常規(guī)處理的規(guī)模為6 m3 /h，考慮試驗(yàn)的連續(xù)性和運(yùn)行管理的方便，處理水量可以在4～6  m3 /h范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。常規(guī)處理后出水一部分使用氯消毒，一部分使用紫外消毒，同時(shí)進(jìn)行平行對(duì)比。

即：工藝（1）：2.5  m3 /h（無消毒）；

工藝（2）：1  m3 /h（氯消毒）；

工藝（3）：2.5 m3 /h（紫外線＋氯消毒）；

工藝（4）：2.5  m3 /h（紫外線消毒）。

1.3 試驗(yàn)參數(shù)

1.3.1 試驗(yàn)原水：佛山市北江東平河原水。

1.3.2 氯投加量

兩座氯消毒池停留時(shí)間均為0.5 h。氯投加量根據(jù)出水余氯值控制在0.7～0.8 mg /L 左右進(jìn)行投加。以濃度為0.1 ％的次氯酸鈉代替液氯，單純氯消毒工藝有效氯投加量一般為0.94～1.27 mg /L，UV+氯消毒工藝投加量一般為0.8～1.02 mg /L。

1.3.3 紫外線劑量

試驗(yàn)過程中使用了15 W、20 W、40 W共3種不同功率的紫外燈，實(shí)測(cè)強(qiáng)度分別為1 875 μW/cm2、2 500 μW/cm2、5 000 μW/cm2。紫外消毒器為管道式紫外燈。紫外消毒器的長(zhǎng)度H=865 mm，外殼內(nèi)徑61 mm，內(nèi)套管外徑是24.5 mm，截面積S 是24.5 cm2。如果紫外燈照射水體的時(shí)間為Y，那么：

Y=H /V=HS /X

其中，X 為進(jìn)入消毒器的流量，L 為流速；

V=X /S

如果X 為0.044 m3 /min，則Y=0.865×24.5×10-4 /（0.044 /60）=2.89 s

對(duì)水體殺菌效果取決于紫外線照射劑量Q= 強(qiáng)度（μW/cm2）×Y

所以，此次試驗(yàn)紫外線照射劑量Q 分別為：

1 668μW•s/cm2、2 225μW•s/cm2和4 450μW•s/cm2。

1.3.4 試驗(yàn)時(shí)間安排見表1。

1.3.5 檢測(cè)方法

菌落總數(shù)檢測(cè)方法為平皿記數(shù)法，UV254 用紫外分光光度法測(cè)定，三鹵甲烷用氣相色譜法測(cè)定，游離余氯測(cè)試方法為3，3’，5，5’- 四甲基聯(lián)苯胺比色法測(cè)定。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 紫外線消毒持續(xù)時(shí)間

為了研究紫外線消毒的持續(xù)性，我們進(jìn)行了紫外線照射后細(xì)菌復(fù)活試驗(yàn)。試驗(yàn)分為四組平行試驗(yàn)，一天取一組樣，每組都是經(jīng)過20 W的紫外線燈管照射（照射時(shí)間2.89 s，劑量2 225 μW.s /cm2）后取樣放在化驗(yàn)室中培養(yǎng)檢測(cè)。其復(fù)活情況見表2。

此次復(fù)活試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示盡管消毒初始狀態(tài)一致，初始時(shí)刻都沒細(xì)菌，但由于后期環(huán)境條件稍有不同（四個(gè)樣的原水中細(xì)菌種類、氣溫、操作等），四個(gè)樣細(xì)菌的復(fù)活量差異還是比較大的，尤其是3＃，可見后期環(huán)境對(duì)細(xì)菌復(fù)活速率的影響還是至關(guān)重要的。在存放時(shí)間為6 h以前，細(xì)菌增長(zhǎng)速度還是十分緩慢的，四個(gè)樣均值25.5 CFU/mL，效果最好的4＃仍為0 CFU/mL，而最差的3＃ 也才48 CFU /mL，完全符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）；由增殖曲線（圖2）可以看出四個(gè)樣的均值超標(biāo)時(shí)間大致在10h，但是，3＃在8h就已經(jīng)超標(biāo)。紫外線殺菌是因?yàn)樗苁辜?xì)菌的細(xì)胞中含有細(xì)菌的遺傳信息核酸DNA 和RNA 發(fā)生異構(gòu)變化，從而使細(xì)菌自身的新陳代謝機(jī)能出現(xiàn)障礙，造成的細(xì)菌群體死亡。但是，紫外線消毒只是利用UV-C 輻射破壞細(xì)菌的核酸物質(zhì)，并沒有向水中增加任何化學(xué)物質(zhì)，因此當(dāng)處理水離開反應(yīng)器之后，特別是對(duì)于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)娘嬘盟?，在管網(wǎng)傳輸過程中一些被紫外線殺傷的微生物有可能會(huì)修復(fù)損傷的DNA 和RNA分子，使細(xì)菌再生，也可能在沿途孳生新的細(xì)菌。前6h由于細(xì)菌處于復(fù)活階段，細(xì)菌基數(shù)少，所以增長(zhǎng)速度慢，根據(jù)以上數(shù)據(jù)與王俊嬌等的研究，初步斷定紫外消毒持續(xù)時(shí)間為6h，僅適用與一些即時(shí)的中水回用，工業(yè)用水等工程，而想讓其為市政管網(wǎng)供水，其消毒持續(xù)能力還是欠缺的。所以為了保證紫外線消毒工藝后續(xù)的消毒持續(xù)性，就需要與其他消毒工藝聯(lián)合，維持殺菌效果。

2.2 三鹵甲烷

由于三鹵甲烷具有三致性，對(duì)人類的健康十分有害，而且也是現(xiàn)行氯消毒工藝的主要副產(chǎn)物，為此，對(duì)三鹵甲烷在各處理工藝進(jìn)出水中的變化結(jié)果進(jìn)行了取樣分析，各工藝流程源水和消毒出水中三鹵甲烷的檢測(cè)數(shù)據(jù)見圖3 和表3。

由圖表中經(jīng)分析可以得出：

（1）由于北江原水水質(zhì)較好，原水中幾乎沒有三鹵甲烷。所有工藝出水THMs值均在《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）允許范圍之內(nèi)。

（2）從表3中可以看出，UV 工藝消毒水THMs總均值和原水、濾后水一樣，比UV+氯消毒水、氯消毒水分別降低了56.7 ％、67.4 %，確實(shí)是三種消毒工藝中減少THMs生成效果最好的?？梢詳喽ǎ?jiǎn)渭兊腢V消毒由于不投加任何化學(xué)藥劑，因此它不會(huì)對(duì)水體和周圍環(huán)境產(chǎn)生二次污染且不產(chǎn)生有毒有害副產(chǎn)物THMs。

（3）濾后水、UV工藝出水、UV+Cl2工藝出水、Cl2工藝出水的THMs 總均值分別為＜0.000 4 mg /L、＜0.000 4 mg /L、0.000 924 mg 轅L、0.001 229 mg /L，可見工藝中只要添加了氯消毒劑的出水THMs值就會(huì)相應(yīng)增加，具體反應(yīng)機(jī)理為：

氯（或溴離子或碘離子）+ 有機(jī)前質(zhì)（precursors）→三鹵甲烷+其它鹵化有機(jī)物。在加氯反應(yīng)中，水中無機(jī)物如Fe2+、Mn2+、H2S、NH3 等，會(huì)很快消耗所加入的氯，當(dāng)無機(jī)物的耗氯量達(dá)飽和時(shí)，多余的氯才會(huì)與有機(jī)物反應(yīng)，此時(shí)所加入的氯量與THMs 生成值成正比，所以用氯作消毒劑時(shí)出水中勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生THMs 。另一方面在有機(jī)物消耗氯后，須再加入足夠的氯量來飽和瞬時(shí)及短期的有機(jī)物耗氯量后，多余的氯才能產(chǎn)生長(zhǎng)期性的有效余氯，此時(shí)再多加氯也不會(huì)增加THMs 的生成。

（4）就生成THMs的兩種工藝對(duì)比，UV+ 氯消毒工藝比氯消毒工藝總體上THMs 值減少了24.9 ％，其控制THMs 生成效果比氯消毒工藝要好很多，并且其THMs 減少量還與紫外線強(qiáng)度有關(guān)。表3 數(shù)據(jù)顯示紫外線劑量在4 450μW•s /cm2的情況下，所生成的THMs 值比同等條件下的氯消毒水降低了37.5 ％；其次是紫外線劑量在2 225 μW•s /cm2 時(shí)，降低了34.9％；最后是1 668 μW•s /cm2，僅降低了9.5 ％。UV+氯消毒工藝比氯消毒工藝控制THMs效果好，因?yàn)閁V+氯消毒工藝中氯投加量少，水中氯濃度低，致使三鹵甲烷生成量減少。而紫外線劑量越大，其與氯消毒進(jìn)行對(duì)比的THMs 控制效果越好，這是因?yàn)椋阂环矫妫贤饩€劑量越大時(shí)，只用投加少量的氯就能達(dá)到控制的余氯值，在40 W時(shí)只需投加0.8 mg /L 左右，而在15 W時(shí)需投加1 mg /L左右，其氯投加量減少，THMs 值會(huì)相應(yīng)減少。另一方面，紫外線劑量越大，部分有機(jī)物降解得越多，其生成THMs的前致物就越少，自然THMs值就越低。

2.3 紫外線對(duì)氯投加量的影響

紫外線對(duì)氯投加量的影響如表4所示。

從表中可以看出，紫外線+氯消毒工藝比單獨(dú)使用氯消毒節(jié)省6％氯的投加量。

由于紫外線消毒工藝的消毒持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，所以中試基地采用與氯消毒工藝相結(jié)合，以保證
出廠水中的余氯能夠達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）。中試實(shí)驗(yàn)中采取UV+ 氯消毒工藝與單純氯消毒工藝兩種工藝的氯耗進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)條件為：紫外燈功率為40 W，強(qiáng)度為5 000μW•s /cm2，照射時(shí)間為1.25 s。

3 結(jié)論及建議

（1）紫外線消毒工藝瞬間滅菌能力非常強(qiáng)，但持續(xù)時(shí)間差，初步斷定紫外消毒持續(xù)時(shí)間為6 h，并且持續(xù)時(shí)間隨環(huán)境后期改變的影響較大，所以單獨(dú)使用時(shí)只建議在用水終端使用。對(duì)于大中型給水廠，供水管網(wǎng)面積大時(shí)，應(yīng)采用紫外線與氯聯(lián)合消毒工藝，以確保水中余氯，提高其持續(xù)殺菌能力。

（2）就減少THMs生成方面而言，UV消毒工藝效果最好，紫外線與氯聯(lián)合工藝次之，氯消毒工藝最差。

（3）在紫外＋氯消毒工藝聯(lián)合使用時(shí)，其氯的投氯量比單獨(dú)氯消毒工藝至少要節(jié)省6％以上。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”