市政污水厂工艺优化运行管理（六十二）

市政污水厂工艺优化运行管理（六十二）

随着我国及各地方对水环境质量标准的不断收紧，特别是在许多城镇污水处理厂开始执行准地表水V类甚至更严格的排放标准后，传统意义上的二级处理已无法满足要求。深度处理工艺因此成为主流，而消毒单元，作为整个水处理流程的最后一个流程，承担了保障最终水质卫生安全的关键使命。这些年来的全球性的大流行病使污水消毒成为控制病毒传播源头的重点，因此污水厂的消毒不再仅仅是粗放地“大致杀灭”病原体，而是必须实现对粪大肠菌群等指标的精准、稳定、无虞的控制，确保出水质量万无一失。

污水厂现有的消毒需要满足微生物及病原体灭活的需求，目前常用的技术包括氯化、臭氧和紫外线（UV）。这些传统工艺在污水处理行业范围内应用最为广泛，但它们都存在显著的运营限制和一定化学污染，特别是在污水处理厂出水（特别是三级处理出水）应用中，这些限制更为突出。

传统化学消毒（如氯化法、次氯酸钠）的主要存在的问题在于消毒副产物（DBPs）的生态风险和余氯控制的精确性。在污水厂出水中，氯化作用会生成三卤甲烷（THMs）、卤乙酸（HAAs）和高细胞毒性的含氮DBPs（如NDMA、NMEA）。这些DBPs不仅对人类健康有潜在危害，其生态毒性也对受纳水体的水生生物构成威胁。此外，我国对直接排入地表水体的污水总余氯有严格的限制（通常低于0.5mg/L），传统加药系统难以实现精准控制，极易造成药剂浪费和环境超标。

 

      臭氧是一种强效消毒剂，在灭活包括流行病毒（冠状病毒）在内的多种病毒方面非常有效 。但是臭氧制备过程的高昂的成本和操作复杂性限制了其广泛应用。   

 

物理消毒（如紫外线，UV）虽然避免了DBPs问题，但其主要存在的问题是微生物复活风险和水质敏感性。污水厂三级出水经UV消毒后，微生物（如大肠杆菌）存在高的光复活风险，这种风险即使通过避光处理也只能被推迟或削弱，无法有效保证抑制，对下游水体健康构成持续威胁。

下面对污水厂现有的几种工艺的缺陷和运行风险分别进行讨论：

1、氯化与氯胺工艺：DBP生态风险与余氯控制的精确性缺陷

氯化处理是全球应用最广泛的水处理方法，其具有成本效益且能提供持续的消毒残留保护。然而，这种方法的缺陷在于其固有的化学特性、环境敏感性以及出水余氯难以精确控制。

（1）致癌性消毒副产物（DBP）的生态风险

氯化法的最主要且最严重的缺陷在于，氯化过程产生的氯不可避免地会与水中的天然有机物（NOM）发生反应，生成有害的、甚至具有致癌性的消毒副产物。

在污水厂出水消毒中，DBP问题具有更强的生态敏感性：

含氮DBPs的形成：污水处理过程中，高浓度的含氮前体物会导致生成含氮DBPs（N-DBPs），尽管在污水厂出水中的浓度较低，但它们通常具有更高的细胞毒性和遗传毒性。一些特定的工业废水（如金属加工、纺织印染）中可能在处理过程中生成高浓度的NDMA，而NMEA也曾在鱼塘废水中被检出。

 

生态毒性：水源水中高浓度的NAs（氮污染物前体物）与污水厂出水或处理后农业/工业废水排放相关，其生成的特定NAs类DBPs对鱼类等水生生物具有毒性，构成显著的生态风险。特别是一些污水厂使用次氯酸钠的折点氨氮去除工艺，大量投加次氯酸钠以达到在线指标氨氮的稳定达标，对接纳水体的自然生态破坏的尤为严重。

这一缺陷迫使水处理厂必须实施复杂的预处理步骤，例如强化混凝，以去除DBP前体物质，从而显著增加了基础设施的成本和运营的复杂性。

（2）关键环境因素与余氯排放标准的影响

氯化消毒的有效性与水体的环境条件密切相关，主要的影响因素有：

温度：加氯进行消毒是化学反应过程，污水厂是一个随自然温度变化较为明显的处理过程，化学反应的效率会受到自然温度变化影响。研究表明，在较高温度下，实现相同的灭活水平所需的消毒剂剂量较低。相反，在冬季，为了维持既定的灭活效果，必须增加接触时间或氯剂量。这种对环境温度的依赖性直接导致了运营成本的增加和基础设施规模的压力。在季节性气候地区，为了应对冬季对更高Ct值（浓度、时间）的需求，必须设计更大的接触池，从而抵消了氯化法在化学品本身上的低廉成本。

浑浊度：加氯消毒的效率对水体浑浊度非常敏感，但这种敏感性取决于造成浑浊度的物质的化学性质，如果是生化处理过程中遗漏的有机物等，会造成消毒剂的过度消耗，降低消毒剂的使用量。

 

pH：加氯消毒过程中，有效消毒剂——次氯酸（HOCl）与效率较低的次氯酸根离子（OCl?）之间的比例是受到pH值影响的。这意味着有效的氯剂量控制需要对水体的pH值进行精确控制，从而增加了额外的运营负担。

余氯排放标准：我国对污水厂出水（特别当其直接排入地表水体时）的总余氯浓度有严格的限值要求，通常要求小于0.5mg/L。传统的加药控制系统难以实现如此精密的余氯控制，导致消毒剂量过高可能损害受纳水体生态环境，剂量过低则可能导致粪大肠菌群等微生物指标超标。