這次新冠疫情爆發(fā)以后，各地污水廠主管部門要求污水廠進(jìn)行消毒處理，使污水廠的消毒工作又一次被關(guān)注起來（又一次的原因是17年前非典期間，污水廠的消毒也一樣被關(guān)注）。這一期專門和大家一起來探討污水廠的消毒問題。

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)用等多個(gè)角度來看，越來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)等等方面認(rèn)知欠缺；還有管理不到位的情況等。下面將圍繞次氯酸鈉展開污水廠的消毒工作的探討。

一、次氯酸鈉的消毒原理

污水廠的出水必須經(jīng)過消毒，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)人類有害的細(xì)菌、原生動(dòng)物的卵囊蟲及胞囊、蠕蟲、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)危害指標(biāo)，污水在排出廠之前，要進(jìn)行相應(yīng)的流程，來把糞大腸菌群數(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到環(huán)境可接納的范圍，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法來進(jìn)行消毒效果的衡量，氯氣消毒的作用機(jī)理是氯氣在水中通過奪取生物體內(nèi)電子變成氯離子來進(jìn)行消毒，所以有效氯是指氯氣生成氯離子的數(shù)量，而次氯酸鈉（NaClO）中的氯離子由+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：

Cl（有效）=Cl（當(dāng)量）× Cl（實(shí)際百分?jǐn)?shù)）

                  =2×Cl÷NaClO×100%

                  =2×35.5÷(23+35.5+16)×100%

                  =95.3%

在一些文獻(xiàn)資料中，對(duì)氯的消毒都是采用有效氯來計(jì)算的，次氯酸鈉的有效氯是95.3%。一般污水廠采用的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，次氯酸鈉溶液的濃度在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%左右就是正常的了，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。污水廠在使用過程中的次氯酸鈉一般以10%的有效氯來計(jì)算。

污水廠的化驗(yàn)室可以通過余氯檢測(cè)的碘量法（GB19106-2013次氯酸鈉國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）的實(shí)驗(yàn)方法來檢測(cè)購(gòu)買的次氯酸鈉產(chǎn)品中有效氯的含量，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，最常見的是三鹵甲烷和鹵乙酸，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，消毒劑是其中的很大一部分，因此對(duì)于采用次氯酸鈉進(jìn)行消毒的污水廠來說，選擇合理的投加量是需要認(rèn)真思考的問題。

次氯酸鈉在水中需要一定的接觸時(shí)間來實(shí)現(xiàn)有效消毒，因此在實(shí)際應(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)際處理水量來計(jì)算廠內(nèi)實(shí)際接觸時(shí)間，這個(gè)接觸時(shí)間對(duì)后面加藥量的計(jì)算有很大作用。

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)間所需余氯量的計(jì)算公式為：


其中：C為所需的余氯量，N0為消毒前的糞大腸菌群數(shù)，N為消毒需要達(dá)到的糞大腸菌群數(shù)，t為消毒接觸時(shí)間。

比如說某廠深度處理后的出水中糞大腸菌群數(shù)為16000個(gè)/L，要求達(dá)到一級(jí)A的出水標(biāo)準(zhǔn)1000個(gè)/L，接觸時(shí)間為45分鐘，可以計(jì)算：

C=（16000÷1000）1/3÷（0.23×45）

   =0.24 mg/L

換算成工業(yè)品次氯酸鈉的使用量為：

0.24÷10%=2.4 mg/L

這個(gè)公式可以計(jì)算出理想狀態(tài)下消毒劑的使用量，但是要注意在污水廠的實(shí)際使用中，由于處理程度不同，處理水質(zhì)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)際操作過程中，可根據(jù)此方法計(jì)算后，進(jìn)行比例上浮后投加。

一般來說隨著污水處理流程的不斷加長(zhǎng)，水中微生物的去除效果會(huì)不斷上升，有研究表明在不同污水處理程度下，細(xì)菌的去除和破壞不一樣，下表是各個(gè)階段微生物去除率情況：


所以污水廠在消毒劑使用成本管控上，要注意對(duì)前端工藝的管理，前端生物處理工藝運(yùn)行越穩(wěn)定，處理的水質(zhì)越好，后端消毒劑投加量越小，這也要求管理者把污水廠的運(yùn)行管理作為一個(gè)系統(tǒng)來進(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)把這部分氨全部氧化完后，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

（1）NH4++HClO→NH2Cl+H2O+H+

（2）NH2Cl +HClO→NHCl2+H2O

（3）NHCl2+HClO→NCl3+H2O

（3）2NHCl2+H2O→N2+HClO+H++Cl–

注意第三步反應(yīng)是在不同的文獻(xiàn)中，表述不同的化學(xué)反應(yīng)，其中第一步反應(yīng)中的一氯胺NH2Cl在足夠的接觸時(shí)間下，仍能表現(xiàn)出相應(yīng)的消毒作用；第二步反應(yīng)的二氯胺NH2Cl有較強(qiáng)的氣味，消毒效果也下降。第三步反應(yīng)產(chǎn)生N2或者NCl3都能夠消減水中的氨氮。


很多污水廠利用次氯酸鈉這個(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，污水廠無法使用次氯酸鈉來長(zhǎng)期保持氨氮達(dá)標(biāo)。

污水廠在消毒工藝的運(yùn)行管理中，需要重點(diǎn)注意次氯酸鈉的折點(diǎn)消毒特性，由于出水中的氨氮過高，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)際使用過程中，現(xiàn)場(chǎng)存在多種因素影響次氯酸鈉的使用效果，比較常見的有：


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門的公式描述，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。這也是污水廠過量投加鐵鹽除磷劑，會(huì)導(dǎo)致次氯酸鈉效果下降的原因。

隨著監(jiān)管部門的嚴(yán)格要求，次氯酸鈉在污水廠內(nèi)的消毒使用越來越廣泛，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。