新冠肺炎疫情期间城镇污水处理厂消毒设施运行调研与优化策略

① 消毒方式多种，各种消毒方式均能有效杀菌：56座城镇污水处理厂中有41座采用单独消毒方式，主要为次氯酸钠、二氧化氯、紫外和臭氧，数量分别为31、5、4和1座；有18座采用组合消毒方式，其中14座采用紫外+次氯酸钠的组合工艺，2座采用二氧化氯+次氯酸钠，2座采用芬顿氧化+次氯酸钠的组合工艺，从调研出水的粪大肠菌群数值来看，各种消毒方式均能有效杀菌（其中仅1座紫外消毒的污水厂提供了粪大肠菌群数据，结果可能稍有偏差）；

②目前多数污水处理厂存在消毒接触时间不足现象：调研的污水处理厂消毒接触时间范围为1～90 min，我国《室外排水设计规范》（GB50014-2006）明确规定“为了提高和保证消毒效果，规定二氧化氯或氯消毒的接触时间不应小于30 min”，但调研数据显示消毒接触时间≥30 min的污水处理厂仅占43%，消毒接触时间≤10 min和≤2min的污水处理厂分别占28%和17%；

③实际运行中消毒药剂加药量和消毒接触时间存在一定的相关性：消毒接触时间≥30 min的污水处理厂次氯酸钠平均有效氯投加量为3.25 mg/L，消毒接触时间＜30 min的污水处理厂平均有效氯投加量为3.86 mg/L，消毒接触时间≤5 min的污水处理厂平均有效氯投加量为4.27 mg/L，说明实际的污水处理厂的加药量和消毒接触时间存在一定的相关性，停留时间越长，加药量越低；

④次氯酸钠和其他消毒方式的组合消毒加药量低于单纯次氯酸钠消毒，其中采用深度处理末端采用芬顿等高级氧化对消毒具有显著效果：单独次氯酸钠消毒的平均有效氯投加量为3.69 mg/L，采用组合工艺的次氯酸钠消毒的平均有效氯投加量为2.93 mg/L，其中采用芬顿高级氧化+次氯酸钠工艺平均有效氯投加量为0.88 mg/L，采用二氧化氯+次氯酸钠工艺平均有效氯投加量为2.50 mg/L，采用紫外+次氯酸钠工艺的平均有效氯投加量为3.34 mg/L，说明次氯酸钠和其他消毒方式的组合消毒加药量低于单纯次氯酸钠消毒。

⑤污水处理厂均存在余氯过高现象：56座污水处理厂中有24座有出水余氯的测试数据，出水总余氯在0.09～8.5 mg/L之间，平均值为1.12 mg/L，总余氯浓度在0.20 mg/L以上的占比达到70%。

另实际调研中有数据的43座污水处理厂的出水粪大肠菌群数均低于1000MPN/L，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A的排放限值要求，低于方法检出限20 MPN/L（《水质 粪大肠菌群的测定 多管发酵法》（HJ 347.2-2018）15管法）的有17座，虽然均无超标，但表中数据均为各厂2019年平均瞬时样数据，在实际采样中仍存在个别厂出现粪大肠菌群数偶然超标的现象。

为了验证调研数据结果，特在消毒接触时间分别为12min和30min的两座城镇污水处理厂开展不同次氯酸钠加药量的生产性验证试验，具体实验数据分别如表2、表3和图1所示。对表2数据进行分析，该厂现场无消毒接触池，次氯酸钠投加后经管道混合，消毒接触时间约12min，实验期间水温14℃，次氯酸钠有效氯投加量需5mg/L，出水粪大肠菌群数才小于1000 MPN/个。表3为污水处理厂有消毒接触池，接触时间30min，实验期间水温17℃，有效氯投加量为4 mg/L，出水粪大肠菌群数小于1000 MPN/个。验证试验结果来看，粪大肠菌群数达标所需有效氯投加量需≥ 4mg/L，与目前调研的次氯酸钠消毒有效氯投加量平均值3.7mg/L相近。

此外，氧化还原电位（ORP）可反映水溶液中所有物质表现出来的宏观氧化还原性，氧化还原电位越高，氧化性越强，故可考虑根据ORP数值判断消毒出水氧化性，从而间接预估消毒情况。由图1可知，出水ORP和出水粪大肠菌群数存在较好的相关性，污水处理厂可考虑根据出水ORP判断消毒效果。由表2和表3实验数据及常州排水管理处运行经验表明执行GB18918-2002一级A标准的城镇污水处理厂加氯消毒后出水口ORP数值大于600 mV时，出水粪大肠菌群数能够小于1000 MPN/L。因此，可考虑在加氯消毒后出水口检测ORP数值，辅助判断消毒效果。

表2 城镇污水处理厂不同次氯酸钠加药量消毒前后数据（无接触消毒池，管道混合，接触时间12 min）

表3 城镇污水处理厂不同次氯酸钠加药量消毒前后数据（消毒接触时间30 min）

图1 粪大肠菌群与游离氯和ORP的关系（a:接触时间12 min；b:接触时间30 min）

2.2 消毒方式分析

紫外消毒由于具有光强易衰减、易光复活性等特点，且当尾水悬浮物浓度较高时，会显著影响紫外消毒效果[14]。因此，随着我国执行一级A标准的城镇污水处理厂逐步增多，以及对于粪大肠菌群数指标的逐渐重视，应用紫外消毒工艺的城镇污水处理厂逐渐减少[15]。

图2消毒方式分布图

次氯酸钠作为消毒剂具有投加成本相对较低、运行管理方便、持久性效果好等特点，因此应用较为广泛。由图2所示，在本次调研中发现，56座城镇污水处理厂中的31座单独采用次氯酸钠作为消毒剂，有4座污水处理厂仍采用单独紫外作为消毒工艺，另14座在紫外的基础上增设了次氯酸钠消毒方式，另有少部分污水处理厂采用二氧化氯+次氯酸钠或芬顿氧化+次氯酸钠的组合工艺，前四者之和所占的比例总计高达83.1%。

二氧化氯作为一种强氧化剂，具有易爆的特性，因此需采取现场制取的方式以确保安全。常用的制备方法为盐酸还原法[16]，由于原料为盐酸和氯酸钠，这两种原料分为为易制毒、易制爆化学品，运输、保存、使用等要求较高，因此在城镇污水处理厂使用的较少，在本次调研中，仅有5座污水处理厂采用单独二氧化氯进行消毒。另二氧化氯发生器的产物中有消毒作用的主要为二氧化氯和氯，产物产量常以有效氯计，目前常用测定方法为《二氧化氯消毒剂发生器安全与卫生标准》（GB 28931-2012）中的五步碘量法[17]，即Cl2、ClO2、ClO2-、ClO3-在不同pH时与碘离子反应生成I2，并用硫代硫酸钠溶液滴定游离I2，测得各物质含量确定有效氯含量。但城镇污水处理厂出水pH一般在6.5～8之间，二氧化氯仅转化为亚氯酸盐[18]，按照产物中二氧化氯和氯的比值为1估算，实际能发挥作用的有效氯量仅为发生器产生有效氯量的42%，因此，在实际运行中建议以实际能发挥作用的有效氯量来调控加氯和衡量其效果。