浅议城市污水再生水消毒处理技术的应用

摘要：本文介绍了再生水消毒的目的和意义，通过对再生水消毒技术的探讨与分析，说明了紫外线在再生水消毒处理中将会有广阔的应用前景。

关键词: 再生水；消毒；应用

中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A文章编号：

我国是一个严重缺水的国家，水资源短缺已经成为影响我国经济社会可持续发展的重要因素。城市污水再生水指以城市污水为水源，经适当处理后达到一定水质标准，并在一定范围内重复利用的水资源。在污水处理厂内增设再生水处理系统，将再生水作为第二水源，可以有效缓解当前水资源的供需矛盾。

1 再生水消毒的目的和意义

城市污水中携带有大量的细菌、病毒等致病性微生物，在深度处理的过程中，随着悬浮物和胶体颗粒的去除，黏附在悬浮物和胶体颗粒上的大部分微生物也被除去，使深度处理后的出水中细菌的相对含量大幅度减少，但是其绝对值仍然很可观，并可能存在病原菌。如果将此种再生水进行利用，则由于其在使用过程中可能与人体直接接触，从而对公众健康带来较大的风险，甚至造成一定的危害，引发公共卫生事件。所以，必须通过消毒处理，将其中的细菌降低到对环境及公众可接受的风险水平，从而达到再生水的安全使用。

建设部制定的“城市污水再生利用政策”中指出“再生水生产和使用过程应确保公众和操作人员的卫生健康，消除病原体污染和传播的可能性”、“消毒是再生水生产的必备单元，也是处理流程的最后一个单元，其功能是利用物理、化学或生物的方法去除和灭活水中的各种病原体”。由此可见再生水消毒的必要性。

2 再生水消毒技术探讨与分析

目前，用于再生水消毒处理的技术主要有氯消毒、氯胺和次氯酸盐消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒，以及紫外线消毒等。

2.1 氯消毒

氯是一种强氧化物质，在常温常压下为黄绿色气体，分子式为Cl2，较空气重2.5倍，具有强烈的刺激性和氯臭味，有剧毒。当加压至6～7个大气压时可液化，体积缩小457倍，可灌入钢瓶中贮存，故又称液氯，液氯较水重1.5倍。氯消毒的原理，一般认为主要是通过次氯酸(HClO)起作用。次氯酸为很小的中性分子，它能扩散到带负电的细菌表面，并穿透细菌的细胞壁进人细菌内部，当HClO分子达到细菌内部时能氧化和破坏细菌的酶系统而使细菌的代谢过程终止，最后死亡。不同微生物对氯的抵抗能力按递减的顺序依次为：细菌芽抱、原生动物芽孢、病毒、营养细菌。由于现行的分析方法中，氯消毒的效率基本上以大肠菌的杀灭情况来测量，所以只能保证致病营养细菌的灭活。

氯消毒是国内外最主要的消毒技术，具有工艺成熟、消毒效果稳定可靠、成本低廉的特点，且消毒后的余氯有持续消毒能力，能防止残余细菌在管道内继续繁殖，有效地抑制细菌的滋生。但同时也存在着以下问题：

2.1.1氯与水中有机物反应产生大量的消毒副产物（disinfection by-products，DBPs），自70年现饮用水加氯消毒可以产生三卤甲烷(THMs)后，人们对DBPs的成分进行了大量研究，结果发现DBPs有上百种物质[。主要种类有三卤甲烷（THMs）、卤乙酸（HAAs）、卤代酮类（HKs）、卤乙腈（HANs）、卤乙醛类（CH）、三氯硝基甲烷、甲醛、乙醛、2.4.6-三氯酚等，近年又发现DBPs中还含有3-氯-4-二氯甲基-5-羟基-2-(5)氢-呋喃酮（MX）和2-氯-3-二氯甲基-4-氧-丁二烯酸等。上述物质大都具有致畸、致癌、致突变作用，危害人体健康；

2.1.2水中不断发现新型的抗氯致病性微生物，如兰伯氏贾第虫、隐孢子虫。这些致病性微生物对氯有较强的抵抗作用，而且会直接导致人群大面积获传染性疾病，因而必须采用很高的消毒剂量或是新型的消毒技术才能有效控制；

2.1.3液氯腐蚀性强，不安全，易发生泄氯事故。

另外，长期使用氯消毒法，细菌产生不同程度的抗药性，使氯的使用量逐渐增加，不仅提高了生成有害化合物的可能，而且运行成本也大量增加。因此，开发新型消毒剂从卫生安全和使用的角度均具有十分重要的意义。

2.2 氯胺和次氯酸盐消毒

氯胺是一氯胺（NH2Cl）、二氯胺（NHCl2）和三氯胺（NC13）的统称，其消毒的原理是通过缓慢释放次氯酸起消毒作用。只有当HOCl消耗后，氯胺才不断水解释放出HOCl，继续起到消毒作用。因此，氨胺的消毒作用比较缓慢，需要较长的接触时间和较大的投药量。但是氯胺消毒有其优点，当水中含有有机物和酚时，氯胺消毒不会产生氯臭和氯酚臭，同时大大减少三卤甲烷(THMs)产生的可能；氯胺稳定性好，在管网中的持续时间长，能有效控制微生物的繁殖。不过，由于其消毒能力比较弱，杀菌效果不及液氯，很少单独使用，通常作为辅助消毒剂以抑制管网中细菌再繁殖。

次氯酸盐加入水中后，经水解形成次氯酸。由于盐的水解比游离氯进行的慢，即形成次氯酸的速度比较慢，因而接触消毒需适当延长时间，消毒能力比较弱，杀菌效果不及液氯，对水中的贾第虫和隐孢子囊的去除效果也不能够令人满意。

2.3 二氧化氯消毒

二氧化氯常温常压下为带有浅绿的黄橙色（浓度高时为红色）、有辛辣味的有毒气体，分子式为ClO2。液态或气态二氧化氯都不稳定，易挥发，易爆炸，易溶于水形成黄绿色溶液。当二氧化氯在空气中的体积浓度超过10%时，便有爆炸的危险，但以溶解气体的形式保留在溶液中，在阴凉处避光保存并严格密封，则非常稳定。

二氧化氯具有很强的氧化性，其理论氧化能力是氯的2.63倍，比氯和过氧化氢强，而比臭氧弱。其消毒机理主要是该物质进人细菌及其他微生物体内与酶作用，使微生物蛋白质中的氨基酸和核酸氧化分解，导致氨基酸链断裂，蛋白质合成被抑制、破坏并失去功能，最后导致微生物死亡。同时，二氧化氯对细胞壁有较好吸附和透过性能，可有效地氧化细胞内含硫基的酶。除对一般细菌有杀死作用外，对芽孢、病毒、藻类、铁细菌、硫酸盐还原菌和真菌等均有很好的杀灭作用。

二氧化氯兼有氯和臭氧消毒的许多优点，消毒能力仅次于臭氧，远高于液氯，杀菌能力强，消毒快而耐久，对多种细菌、病毒具有广谱灭活作用，适用的水质范围广，且氧化有机物能力强，并可有效地控制色度和臭味。二氧化氯消毒最大的优势是消毒副产物少，所产生的CNBr、THMs和HANs要比氯消毒时产生的少得多，不生成四氯化碳、卤乙酸、氯酚等致癌物。其缺点是产生亚氯酸盐和氯酸盐，它们对人体健康有潜在的危害，而且二氧化氯本身也有害，且不能贮存，需现场制备，制备成本也比较高。此外，使用二氧化氯消毒的成本要高于氯消毒的5倍。

2.4 臭氧消毒

臭氧（O3）是分子氧离解成为原子氧时产生的一种不稳定气体，常温常压下为淡蓝色，具有特殊的臭味，密度为空气的1.658倍。臭氧既是消毒剂，又是一种强氧化剂。其消毒机理主要是通过氧化作用破坏微生物膜的结构来实现杀菌作用。臭氧首先作用于细胞膜，使膜构成成分受损失而导致新陈代谢障碍，臭氧继续渗透而破坏膜内脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，导致细胞溶解、死亡。而臭氧对病毒灭活作用则是通过氧化作用破坏病毒的核糖核酸（RNA）或脱氧核糖核酸（RNA）而完成的。

研究表明：臭氧能有效杀灭细菌、病毒、胞囊、芽孢，尤其是隐孢子虫属，且可出去水中多种有机物，特别是微量有毒污染物，或将多种难以降解或不可生物降的有机物氧化为可生物降解的有机物，同时还可去除铁、锰和其他无机污染物，以及脱色除臭。臭氧消毒的主要问题是生产设备（火花放电法）庞大，流程复杂，需要较高的运行管理水平，臭氧制取时产率低（1%～2%），电能消耗大，基建设备投资也较大，成本很高；此外，臭氧稳定性差，容易分解，室温下，水中的臭氧的半衰期约为30min，若单独采用难以保证持续的消毒效果。