這次新冠疫情爆發(fā)以后，各地污水廠主管部門(mén)都在要求污水廠進(jìn)行消毒處理，使污水廠的消毒工作又一次被關(guān)注起來(lái)（又一次的原因是17年前的非典期間，污水廠的消毒也一樣被關(guān)注）。這一期專(zhuān)門(mén)和大家一起來(lái)探討污水廠的消毒。
污水廠的消毒方式有多種，加氯消毒，二氧化氯，次氯酸鈉，臭氧，紫外線等等，這些消毒方式在各個(gè)污水廠的設(shè)計(jì)中都有采用，這些類(lèi)型的消毒方式，消毒原理各自不同，各有各的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)非典SARS以后污水廠實(shí)際使用的情況，包括從原料的采購(gòu)，使用的便宜性，安全性，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的多個(gè)角度來(lái)看，越來(lái)越多的污水廠愿意接受甚至改造使用次氯酸鈉作為污水廠的消毒劑。但是很多污水處理廠的管理人員對(duì)次氯酸鈉在污水廠的消毒加藥都存在著一定的認(rèn)知不足，比較常見(jiàn)的就是貯存，加藥量，余氯，糞大腸菌群能否達(dá)標(biāo)等等方面欠缺；還有管理不到位的情況等。下面將圍繞次氯酸鈉展開(kāi)污水廠的消毒工作探討。
一、次氯酸鈉的消毒原理
污水廠的出水必須經(jīng)過(guò)消毒，這是由于城市生活污水中含有大量的微生物，其中包含對(duì)人類(lèi)有害的細(xì)菌，原生動(dòng)物的卵囊蟲(chóng)及胞囊，蠕蟲(chóng)，病毒等。眾多的有害微生物的檢驗(yàn)工作量非常巨大，為了更快速的檢測(cè)污水中的有害微生物數(shù)量，把糞大腸菌群數(shù)作為污水廠的生物學(xué)危害的指標(biāo)，污水廠在排出廠之前，要進(jìn)行相應(yīng)的流程，來(lái)把糞大腸菌群數(shù)降低到一定的指標(biāo)范圍內(nèi)，使污水中的有害微生物降低環(huán)境可接納，這就是污水廠的消毒。要注意污水廠的消毒不是滅菌，消毒是達(dá)到一定數(shù)量就可以了，滅菌是全部滅殺。
污水廠的消毒中常用的其他消毒劑有很多，次氯酸鈉是比較常用的一種，次氯酸鈉是作為氯消毒劑的一種，其消毒原理和氯氣的消毒原理基本相同，是通過(guò)對(duì)微生物體內(nèi)的酶（也就是現(xiàn)在很流行的“酵素”）的活性抑制來(lái)實(shí)現(xiàn)微生物的滅活消毒的。在氯消毒劑中常用有效氯的說(shuō)法來(lái)進(jìn)行消毒效果的衡量，氯氣消毒的作用機(jī)理是在氯氣在水中通過(guò)奪取生物體內(nèi)電子變成Cl-來(lái)進(jìn)行消毒，所以有效氯是指氯氣生成Cl-的數(shù)量，而次氯酸鈉（NaClO）中的Cl氯離子為+1價(jià)位，變?yōu)?1價(jià)位，要奪兩個(gè)電子，也就是兩個(gè)當(dāng)量的氯，因此次氯酸鈉的有效氯含量就是：
在一些文獻(xiàn)資料中，對(duì)氯的消毒都是采用有效氯來(lái)計(jì)算的，次氯酸鈉的有效氯就是95.3%。一般污水廠采用的都是工廠制備好的次氯酸鈉直接運(yùn)輸?shù)綇S內(nèi)進(jìn)行投加的，次氯酸鈉的溶液的溶液的濃度在12~15%之間，換算成有效氯就是11~13%之間。因此污水廠在采購(gòu)次氯酸鈉期間，不要被一些商家誤導(dǎo)，一般有效氯在10%左右就是正常了，高于這個(gè)值都是虛假的成分較多，而且越高濃度的次氯酸鈉越容易揮發(fā)，在污水廠儲(chǔ)存期間，很容易揮發(fā)降低濃度，在儲(chǔ)存罐頂部要注意留有氯氣釋放孔，儲(chǔ)存空間要強(qiáng)制排風(fēng)，防止有毒氣體的積攢。污水廠在使用過(guò)程中的次氯酸鈉一般以10%的有效氯來(lái)計(jì)算。
污水廠的化驗(yàn)室可以通過(guò)余氯檢測(cè)的碘量法（GB19106-2013次氯酸鈉國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)檢測(cè)購(gòu)買(mǎi)的次氯酸鈉產(chǎn)品中的有效氯的含量，也是污水廠保證采購(gòu)消毒商品合格的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)手段。
二、次氯酸鈉的投加計(jì)算
次氯酸鈉投入水中后，會(huì)發(fā)生水解，產(chǎn)生有效氯的反應(yīng)，當(dāng)有效氯和水中的微生物反應(yīng)完成后，剩余的有效氯就是余氯，這也是很多污水廠感到迷茫的一個(gè)問(wèn)題，出水的余氯保持在多少，余氯不是越高越好，高余氯進(jìn)入到自然水體中會(huì)產(chǎn)生不良的消毒副產(chǎn)物DBPs，最常見(jiàn)的三鹵甲烷和鹵乙酸，還有N-亞硝基二甲烷（NDMA）等等，其中NDMA是已知的最強(qiáng)致癌因子之一。同時(shí)污水廠對(duì)于成本的支出管控上，消毒劑也是成本構(gòu)成的很大一部分，因此選擇合理的投加量，是每個(gè)采用次氯酸鈉進(jìn)行消毒的污水廠需要認(rèn)真進(jìn)行工作。
次氯酸鈉在水中需要一定的接觸時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)有效的消毒，因此在實(shí)際的應(yīng)用中，污水廠都有設(shè)計(jì)接觸池，提供足夠的接觸時(shí)間來(lái)進(jìn)行消毒，一般污水廠在設(shè)計(jì)負(fù)荷下接觸時(shí)間在30分鐘，各個(gè)污水廠可以根據(jù)實(shí)際的處理水量來(lái)計(jì)算自己廠內(nèi)實(shí)際的接觸時(shí)間，這個(gè)接觸時(shí)間對(duì)后面的加藥量的計(jì)算有很大的作用。
根據(jù)消毒動(dòng)力學(xué)和大量的污水廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)共同推導(dǎo)，由賽萊克（Selleck）等人提出的在理想狀態(tài)的接觸池反應(yīng)條件下，給定的接觸時(shí)間所需的余氯量的計(jì)算公式為：
這個(gè)公式可以計(jì)算出理想狀態(tài)下的消毒劑的使用量，但是要注意污水廠的實(shí)際使用中，由于處理程度的不同，處理水質(zhì)的變化，會(huì)導(dǎo)致消毒劑不可能完全作用于微生物的滅活，一般各種復(fù)雜的雜質(zhì)都會(huì)消耗大量的有效氯，因此這個(gè)計(jì)算可以作為消毒劑投加的一個(gè)基準(zhǔn)數(shù)值，實(shí)際的投加量根據(jù)這個(gè)計(jì)算，進(jìn)行比例上浮后投加。
一般來(lái)說(shuō)隨著污水處理流程的不斷加長(zhǎng)，水中的微生物的去除效果會(huì)不斷上升，有研究表明在不同的污水處理的程度下的細(xì)菌的去除和破壞不一樣，下表是各個(gè)階段的微生物去除率的情況：
所以污水廠在消毒劑的使用成本的管控上，要注意對(duì)前端工藝的管理，前端生物處理工藝運(yùn)行的越穩(wěn)定，處理水質(zhì)越好，后端的消毒劑投加量越小，這也是要求管理者把污水廠的運(yùn)行管理作為系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行，不能割裂的對(duì)待某一環(huán)節(jié)。
三、次氯酸鈉的折點(diǎn)反應(yīng)
次氯酸鈉本身也是一種強(qiáng)氧化劑，可以氧化很多還原物質(zhì)，由于污水中含有各種物質(zhì)，特別是氨氮，硝態(tài)氮等氮族化合物，這一類(lèi)氮族化合物在次氯酸鈉的氧化作用下會(huì)變成氯胺，在這個(gè)過(guò)程中會(huì)消耗次氯酸鈉，次氯酸鈉所產(chǎn)生的余氯在氧化這部分氨的階段，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)下降的趨勢(shì)，當(dāng)把這部分胺全部氧化完以后，水中余氯會(huì)回升，這就是加氯反應(yīng)中的折點(diǎn)加氯。這個(gè)化學(xué)反應(yīng)分為三步反應(yīng)，分別為
很多污水廠利用了次氯酸鈉這個(gè)特性，進(jìn)行氨氮超標(biāo)的應(yīng)急處理，但是根據(jù)化學(xué)式計(jì)算和實(shí)際運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，次氯酸鈉降解氨氮的使用量非常巨大，次氯酸鈉的投加量和氨氮的比例在7~9：1的情況下，才可以滿足氨氮的完全轉(zhuǎn)化。因此在正常運(yùn)行中，污水廠無(wú)法使用次氯酸鈉來(lái)長(zhǎng)期保持氨氮的達(dá)標(biāo)。
次氯酸鈉的折點(diǎn)消毒特性，對(duì)污水廠的消毒工藝的運(yùn)行管理中，需要重點(diǎn)注意，由于出水中的氨氮過(guò)高，為保持足夠的余氯和消毒效果，就會(huì)大量增加次氯酸鈉使用量，為此污水廠在運(yùn)行工藝的控制中，前端脫氮處理要保持高效，才能減少次氯酸鈉消毒劑的使用量。
四、次氯酸鈉的影響因素。
在污水廠的實(shí)際使用過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)存在多種因素影響次氯酸鈉作為消毒劑的使用效果，比較常見(jiàn)的有：
1、污水處理程度：污水處理的程度越深，處理水水質(zhì)越好，需要的消毒劑越少。
2、次氯酸鈉與水的混合方式。次氯酸鈉與污水的混合越激烈，接觸越徹底，消毒的效果越明顯，消毒劑的使用量也就越少。比如在深度處理出水管上安裝消毒劑投加管，在接觸池內(nèi)設(shè)置上下隔板加大水的紊流狀態(tài)等。
3、接觸時(shí)間。接觸時(shí)間和消毒效果在上文中有專(zhuān)門(mén)的公式描述，接觸時(shí)間越長(zhǎng)消毒效果越好。
4、污水溫度。污水溫度每升高15℃，消毒劑的反應(yīng)速度提高一倍，接觸時(shí)間可減少一半；反之降溫15℃速度則降低一倍。
5、PH值。PH值越低，消毒效果越好。
6、其他干擾物質(zhì)。干擾物質(zhì)會(huì)影響次氯酸鈉的消毒作用，比如當(dāng)水中含有大量鐵鹽的時(shí)候，次氯酸鈉的效果下降明顯。這也是污水廠過(guò)量投加鐵鹽除磷劑，會(huì)導(dǎo)致次氯酸鈉的效果下降的原因。
隨著監(jiān)管部門(mén)的嚴(yán)格要求，次氯酸鈉在污水廠內(nèi)的消毒的使用越來(lái)越廣泛，了解和管理次氯酸鈉的使用是每個(gè)使用次氯酸鈉的污水廠應(yīng)該進(jìn)行的工作，也是做好污水處理最后一環(huán)的重要保證。
