城市污水厂尾水氯消毒及其余氯控制技术进展

摘要：论述了城市污水消毒处理的必要性。预见在相当长一段时间内氯消毒将是我国城市污水消毒处理的重要方法。阐明了氯在杀死细菌的同时产生具有三致作用的消毒副产物，并且在尾水排入水体后，余氯会对水体生物体产生持续的毒性影响，为保护水生生物，需在氯化消毒后加以脱氯。对各种脱氯药荆进行分析，并指出氯化一脱氯工艺的不足，提出对于我国城市污水厂消毒工艺的建议。

关键词：污水消毒；氯消毒余氯毒性脱氯

中图分类号： U664 文献标识码： A

引 言

废水中含有数量庞大、种类繁多的微生物群，这些微生物有些是无害的，但相当部分是致病菌。人们所关心的生活污水中的生物体包括肠道细菌、病毒以及原生动物胞囊等。消毒是灭活这些致病生物体的基本方法之一。污水消毒的方式有氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、紫外线辐射等。选择适当的消毒剂的标准为：(1)在正常操作条件下具有渗入并破坏传染性微生物的能力；(2)安全可靠，便于处理、储存、运输；(3)消毒后不存留有毒性、致畸性或致癌性化合物；(4)投资可行且运行维护费用低。随着国民经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，为了保护城市水环境，对城市污水处理厂尾水消毒的要求将越来越高[1]。且在相当长的一段时间内，由于氯消毒效果可靠、价格便宜，还将是尾水消毒最重要的方法。

1 氯消毒技术与余氯的毒性

1．1 污水氯消毒的原理

向水中加人液氯或者次氯酸盐(如NaCl0)溶液消毒时，在水中发生如下反应：

Cl2+H20 H0Cl+H++Cl-

OCI-+H20H0Cl+0H-

H0Cl、OCI一之和称做有效自由氯，其中以HOCI消毒效果最好。排入水体时，氯会和水中的氨氮、有机氮反应生成消毒效果较差的无机氯胺和有机氯胺，称做化合氯。总余氯是指有效自由氯和有效化合氯之和。

氯的消毒效果受接触时间、投加量、水质(含氮化合物浓度、SS浓度)、温度、pH以及控制系统的影响。

1．2 余氯的毒性

氯对致病微生物有很强的灭活作用，因而被广泛用于许多污水处理厂。然而，在氯化消毒杀灭水中病原微生物的同时，氯与水中的有机物反应，产生有诱变致癌作用的消毒副产物如THMs(三卤甲烷)等，THMs长期存在于水体，对人类和水生生物产生长期毒性影响。关于饮用水氯消毒副产物毒性的研究，国内外已有大量报道[2-3]，污水消毒后的尾水排入水体或作为回用水时，虽然因为水质与饮用水有所不同，但所形成的消毒副产物对水体造成的潜在危害也是极大的。尾水氯消毒后，将含有一定浓度的余氯，直接排入水体，无论其是化合性或游离性余氯都将对鱼类或水生生物造成毒性影响。研究表明，由于鱼类不同，对氯的敏感性也不一样，一般是在0．1～0．001mg／L之间。水中余氯量只有0．014~0．029 mg／L时，金鱼接触96 h后，就会有50%死亡。水生无脊椎动物对氯的耐受力变化不如鱼类那么大，96 h的半致死量一般是0．1 mg／L。大型水蚤耐受氯的繁殖限度为0．005 mg／L，当氯达到0．014 mg／L时即行死亡。当水中余氯为0．65～10．1 mg／L时，藻类只与其接触5～10 min(立即脱氯)，但生长依然受到了明显生植物仅接触几秒钟也会使其长时间受到抑制。可见氯对水生动植物的影响很大。根据美国国家环保局的规定，在尾水排入的水体中，总余氯的标准为小于0．16~mol／I(0．011mg／L，以Cl计)。

2 余氨的控制—— 脱氯技术进展

为了保护水中生物体免受消毒尾水中余氯的毒性影响，必须对排入水体的尾水余氯量进行严格控制，为满足美国国家环保局对尾水余氯的标准，美国许多污水处理厂安装了脱氯设施。

脱氯工艺将氯化消毒后废水中的总余氯去除，使尾水中余氯和消毒副产物的潜在毒性最小。典型的脱氯工艺是添加过量的二氧化硫等还原性药剂(如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠、焦亚硫酸钠)。另外，活性炭也是一种较好的脱氯剂。几种常用脱氯剂抑制。当水中余氯大于0．45 mg／L，浮游水的比较见表1。

表1脱氯剂对比分析

脱氯剂 反应方程式 没去除1份氯需要的药剂量 说明 应用情况

二氧化硫（SO2） SO2+CL2+H2O=2HCL+H2 SO4 0.96 二氧化硫气体有毒，实用中应注意危险 在美国作为主要的脱氯剂得到应用

亚硫酸钠（Na2SO3） Na2SO3+CL2+H2O=2HCL+Na2SO4 1.77 脱氯后过量的药剂排入水体后，消耗溶解氧，造成水体缺氧 在美国应用于生产

硫代硫酸钠（Na2S2O3） Na2S2O3+4CL2+H2O=2HCL+2NaHSO4 0.56 Na2S2O3·5H2O比Na2S2O3在水肿溶解更快，较为便宜 在温哥华地区广泛实用

活性炭 C+2CL2+2H2O=4HCL+CO2 0.085 工艺造价昂贵，仅在出水要求很高时实用 医院污水消毒中有采用

通常认为，脱氯反应是瞬时发生的，因而水中不会再有余氯。然而有研究表明，亚硫酸盐的脱氯反应是分两步进行的：00％的氯在与亚硫酸盐接触的前2 min内被去除，另外1O 的脱氯反应速度缓慢，反应常数大约为0．026／min。George R Helz等人对两座污水厂的试验表明，含四价硫元素(s(IV))的药剂的脱氯工艺去除了87% ～98%的余氯，但其余2%～13%的余氯不仅减少的极为缓慢，也大大超出了美国国家环保局的标准。由动力学依据推断，组成这些抗S(IV)的余氯的成分可能是被氯化的有机氯胺，它们具有很强的憎水性，对受纳水体的生物体十分有害。因为脱氯药剂对标准检测方法的干扰，过去人们一直忽略了这些抗S(IV)的余氯。有机氯胺的存在，不仅使消毒效果变差，还影响了脱氯过程的进行，使得脱氯效果无法达到预期目的。因此，国外很多学者开展了关于控制尾水中有机氯胺含量和脱氯机理的深入研究。

美国国家环保局从1990年开始要求城市污水厂在残留余氯方面达到以下标：氯消毒池末端和脱氯后氯的残留量要分别达到1．O0mg／L以上和0．10mg／L以下。由于脱氯过程脱氯剂的投加量与废水的流量和余氯量密切相关，为达到这一目标需要进行以下操作：(1)测定废水流量和氯消毒池末端残留余氯；(2)计算出所需次氯酸钠(或液氯)的投加量，以满足氯消毒池末端所要求的余氯量；(3)计算出所需还原剂(SO 等)的投加量，以满足脱氯池末端对余氯量的要求；(4)进行次氯酸钠和还原剂的投加；(5)尽可能快地重复上述步骤[4]。

为了节省化学药剂的投加量并使过程控制条件最优化，在氯消毒／脱氯过程中采用自动控制系统正逐渐受到重视。

3 结束语

氯消毒产生的副产物对水生环境产生长期的毒性影响，为了保护水生物，必须对消毒尾水进行脱氯处理，国家应尽早建立起一套完整的城市污水二级处理厂出水水质的细菌总数及余氯量的标准体系，通过法律法规的要求，使污水处理厂出水水质得以保障。关于脱氯处理的手段、动力学研究、工艺控制研究有待进一步开展[5]。

参考 文 献

[1]WHO．W0rld water project．W0rld Health Or—ganization，1996

[2]USEPA.Wastewater Technology Fact Sheet Chlorine Disinfection．USEPA.1999，832-F-99—062

[3]Douglas Reed．Selecting Alternatives Chlorine．Pollution Engineering．1998.30(9)：48～51

[4]陈尧，王向东．紫外线消毒技术在污水处理中的应用．重庆环境科学，2001，23(3)：49～51

[5]曹瑞钰．氯消毒机理、危害及脱氯．中国给水排水，1995，11(4)：36~39