基于综合效果评价的再生水消毒方法应用研究

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水资源的短缺和人们环保意识的提高,使得城市污水再生利用受到越来越多的关注。保障再生水的水质安全是更好的推广再生水利用的基础和前提条件。消毒工艺是再生水处理过程中的重要组成部分,对确保再生水水质满足使用标准所规定的微生物数量起着把关的作用。近年来,有关饮用水和污水水质条件下的消毒技术应用的研究较多,针对再生水消毒的研究多以微生物灭活效果为评价指标。但事实上,由于再生水水质标准的限制,水中有机物和其它杂质的含量较高,当采用一些常用的消毒技术时,在取得灭菌效果的同时也有可能带来具有潜在风险的水质变化,如生成消毒副产物。因此,如何根据再生水的水质条件,并且以更加全面的指标来评价应用于再生水的消毒技术的效果,对优化再生水消毒工艺进而有效保障再生水的安全利用,具有十分重要的现实意义。  研究选取了目前水处理中常用的次氯酸钠和紫外线两种消毒技术及其组合工艺,以城市再生水为研究对象,分别选择余氯量、微生物(粪大肠菌群)灭活率、消毒副产物——三卤甲烷生成量和水体急性生物毒性为评价指标来进行研究。研究内容包括理论探讨和应用效果验证。首先,尝试建立了针对再生水水质的次氯酸钠消毒动力学模型,并对模型中表达的CT值对灭活粪大肠菌群的效果进行了较为深入和系统的试验研究。之后,利用紫外消毒动力学模型,探讨了同一紫外剂量下不同光照强度对粪大肠菌群灭活率和其光复活率的影响,并利用正交试验对影响紫外消毒效果的主要水质因素进行了优先序分析。最后,采用综合指标评价了紫外和次氯酸钠协同消毒工艺的优势,特别对经紫外线消毒后水中有机物含量和分子量分布的变化进行了测试。通过理论分析和试验研究,得出以下结论:  采用次氯酸钠消毒。次氯酸钠的衰减符合一级氯衰减模型,在考虑消毒剂衰减的情况下,再生水氯消毒符合Chick-Watson Model。次氯酸钠消毒时的微生物灭活效果和消毒副产物的产生量受CT值的影响,CT值提高时,三卤甲烷的生成量和粪大肠菌群的灭活率都有提高。在相同CT值条件下,C值的改变影响粪大肠菌群的灭活率以及三卤甲烷的产生量。当CT值在60~240mg·min/L范围内,高浓度短接触时间和低浓度长接触时间的消毒组合条件下三卤甲烷生成量比适中浓度适中接触时间条件下三卤甲烷的生成量低。当CT值在5~60mg·min/L范围内,适中浓度适中接触时间组合下的灭菌效果要好于低浓度长接触时间和高浓度短接触时间组合下的灭菌效果。  采用紫外线消毒。选择适宜的紫外剂量是保证再生水中微生物灭活效果的最关键因素。试验证明,紫外剂量为30mJ/cm2的紫外线能够满足再生水水质标准中对微生物质量的要求,与《城市给排水紫外线消毒设备》(GB/T19837-2005)规定的紫外有效剂量不应低于80mJ/cm2相比要低。同一紫外剂量下,光照强度不同,粪大肠菌群的灭活率也不同。采用紫外剂量为5mJ/cm2时,低光照强度下的粪大肠菌群光复活率要高于高光照强度下的复活率,并且随着紫外剂量的增加,粪大肠菌群的光复活率变低。水中腐殖质、浊度和铁离子都是影响紫外消毒效果的因素,粪大肠菌群灭活率随着腐殖质、浊度、Fe3+浓度的增加而降低,其影响程度最大的是腐殖质,其次是浊度再次是Fe3+浓度。  采用紫外线和次氯酸钠协同消毒。试验分析表明,消毒剂量下的紫外线的照射,对水中有机物的分子量分布没有显著影响,但能降低水中有机物的含量,所以,相对于单独使用次氯酸钠对再生水消毒,采用先紫外线后次氯酸钠协同消毒方式能降低消毒后水中的三卤甲烷含量和急性生物毒性。本试验条件下,消毒剂投加后水相比原水急性生物毒性会增加。在相同的次氯酸钠投加量和紫外剂量下,对比单一消毒的方式,协同消毒能提高再生水中粪大肠菌群的灭活率与余氯含量。
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