徐 瑛，李 洋，繆 繹

（1.無錫市水務集團有限公司，江蘇 無錫 214061；2.中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430014）

0 引言

2019 年底，一場由新型冠狀病毒引發的疫情在全國蔓延開來，這使得污水處理行業高度重視新型冠狀病毒可能存在的介水傳播風險。因此，如何“平疫結合”，做好污水的消毒處理工作，保證污水處理廠出水水質安全，成為污水處理行業關注的焦點問題。

1 城鎮污水處理廠糞大腸菌群分布調研

隨著季節、進水和處理工藝的不同，城鎮污水廠糞大腸菌群數分布也趨向于不同的規律，為了掌握糞大腸菌群分布規律，為其有效被去除打下基礎，本章節探索了不同工藝條件下、不同季節情況下污水糞大腸菌群的分布規律。

1.1 不同工藝條件下的類大腸菌群數調研

選取無錫水務三大污水處理廠，高新水務新城污水處理廠二廠作為研究對象，檢測無錫水務三大污水處理廠深度處理段的進出水，高新水務新城污水處理廠二廠各個工藝段進出水中的糞大腸菌群數，探究不同處理工藝對于糞大腸菌群的去除效果。

由表1 可知無錫水務三大污水處理廠MBR、深床濾池、濾布濾池等深度處理段進出水糞大腸菌群數分布，MBR 工藝對糞大腸菌群有兩個數量級的去除效果，深床濾池和濾布濾池對糞大腸菌群有一個數量級的去除效果。

表1 無錫水務三大污水處理廠深度處理段進出水

高新水務新城污水處理廠一廠各期的工藝分別為MBR、濾布濾池和MSBR，各期出水匯總后流入二廠，實驗期間2020 年3 月5 日和3 月17 日新城二廠各工藝段出水水質分別如表2、表3 所示，反硝化、濾布濾池、活性炭工藝對于糞大腸菌群的去除效果不明顯，而超濾和臭氧對糞大腸菌群有超過兩個數量級去除效果。

表2 2020 年3 月5 日新城二廠各工藝進出水糞大腸菌群數分布

表3 2020 年3 月17 日新城二廠各工藝進出水糞大腸菌群數分布

綜合以上分析可知，污水處理廠常規處理工藝對糞大腸菌群的去除效果欠佳，新城廠超濾膜孔徑0.025 μm，對微生物截留作用好，而臭氧本身作為一種消毒處理手段，對微生物有很好的殺滅效果。

1.2 不同時空條件下的類大腸菌群數調研

在調研了不同工藝條件對糞大腸菌群數去除的影響后，又繼續調研不同季節和氣溫條件下，及不同時空下，糞大腸菌群數的分布情況。研究對象選擇無錫水務城北污水處理廠，取其一、二期進水，三、四期進水，一、二、三期二沉池出水，四期MBR 出水，二、三期反硝化進水等，以及二、三期氣浮池進水與出水、一、四期氣浮池進水，出水與消毒池進水等點位進行全流程糞大腸菌群數調研。城北廠主要處理工藝如圖1。

圖1 城北廠工藝流程圖

根據調研的2021 年1 月—11 月糞大腸菌群的數據，取三期二沉池出水、四期MBR 出水和消毒池進水三組較有代表性的數據繪制了曲線變化圖，如圖2。可知城北廠消毒池進水糞大腸菌群數整體變化較大（104～105 個/L），呈春秋兩季略高，夏冬兩季相對偏低的趨勢，這是由于春秋兩季水溫適宜，營養充分，利于微生物生長繁殖，夏季水溫高，進水淡，且紫外線對微生物的殺傷效果強，冬季水溫低，水量少，不利于微生物生長繁殖。且四期MBR 出水比一、二、三期二沉池出水低1～2 個數量級，此現象也驗證了1.1 中MBR 可有效去除1～2 個數量級的糞大腸菌群的結論。

圖2 城北廠糞大腸菌群數變化圖

2 城鎮污水處理廠消毒處理技術和運行現狀分析

通過對城鎮污水處理廠全流程糞大腸菌群分布調研，可以發現，傳統生化處理階段以及深度處理階段對于糞大腸菌群去除的能力有限，而消毒工藝對其有很好的滅殺效果。

現如今我國城鎮污水處理廠所采用的消毒處理技術主要包括紫外、臭氧、次氯酸鈉、二氧化氯、液氯，以及這些方式的組合。但具體的消毒工藝參數和對糞大腸菌群的去除效果還需探索，因此有必要進行城鎮污水處理廠消毒運行效果調查和研究工作，根據目前污水處理廠消毒設施運行的現狀，提出針對性意見，保證城鎮污水處理廠消毒設施合理運行。

2.1 城鎮污水處理廠消毒設施運行現狀

為了摸清當前我國城鎮污水消毒現狀，調查和研究了包括福建、浙江、江蘇、上海等省市的56 座城鎮污水處理廠消毒設施的運行情況。

圖3 反映了被調查的城鎮污水處理廠消毒方式分布，其中有41 座采用單獨消毒方式，分別是紫外、臭氧、次氯酸鈉和二氧化氯。其中應用次氯酸鈉消毒的污水處理廠最多，有31 座，占總污水處理廠數量的52.5%；采用臭氧消毒的污水處理廠最少，僅有1座，這是由于紫外線消毒具有缺乏持續性，容易產生光復活現象的缺點，且當出水懸浮物濃度過高時，紫外消毒效果會顯著降低。隨著我國對糞大腸菌群排放標準的重視，采用紫外消毒的污水處理廠逐漸減少。另外，還有18 座污水處理廠采用紫外+次氯酸鈉、二氧化氯+次氯酸鈉以及高級氧化+次氯酸鈉等組合消毒工藝。可以發現，18 座污水處理廠采用的組合消毒工藝中均使用了次氯酸鈉，次氯酸鈉在消毒領域應用較多。

圖3 城鎮污水處理廠消毒方式統計結果

次氯酸鈉消毒效果好，具有持續消毒能力，不涉及危化品，藥劑成本低，運行管理方便，因此被城鎮污水處理廠廣泛應用。但是由于相同排放標準下，城鎮污水處理廠有效氯投加量差別較大，不同有效氯投加量直接影響藥劑成本與消毒效果。因此，有必要對城鎮污水處理廠有效氯投加量進行調研分析，分析結果如圖4 所示。

圖4 城鎮污水處理廠有效氯投加量統計結果

圖4 反映了被調查的城鎮污水處理廠有效氯投加量的分布，87.7%的污水處理廠有效氯投加量集中在1～6 mg/L，8.2%的污水處理廠有效氯投加量超出6 mg/L，有效氯投加量較高，這可能是因為一些污水處理廠進水水量波動大，導致藥劑投加量計算不準確。楊敏[1]等通過實驗發現，當有效氯投加量為2 mg/L時，糞大腸菌群數由47 000 個/L 減少到了100 個/L，滿足一級A 排放標準（1 000 個/L）的要求。

消毒接觸時間對污水廠消毒殺菌也有一定的影響，對于污水處理廠次氯酸鈉消毒工藝接觸時間統計結果如圖5 所示。

圖5 城鎮污水處理廠消毒接觸時間統計結果

圖5 反映了被調查污水處理廠消毒工藝的接觸時間，47.8%的污水處理廠消毒接觸時間集中在11～30 min 范圍內；同時也存在1 座污水處理廠消毒接觸時間超過60 min，8 座污水處理廠低于2 min。何敏等[2]研究了消毒接觸時間對于次氯酸鈉消毒殺菌效果的影響，實驗結果表明，一般消毒接觸時間在15～30 min 時，消毒效果最佳。

分析以上調研結果可以發現，次氯酸鈉消毒處理技術被我國城鎮污水處理廠廣泛應用。然而，不同污水廠在采用次氯酸鈉消毒時，藥劑投加量以及消毒接觸時間不同，導致對糞大腸菌群的去除程度也有一定的差別。因此，有必要對次氯酸鈉消毒進行深入探索，保證次氯酸鈉消毒設施在污水處理廠合理運行。

3 城鎮污水處理廠次氯酸鈉消毒效果的影響因素研究

3.1 次氯酸鈉投加量和消毒接觸時間對于滅活糞大腸菌群的影響

在王慕[3]的實驗中，經過消毒處理后的水樣穩定達到一級A 排放標準，糞大腸菌群數去除率需≥2.5-lg，此時，次氯酸鈉投加量是4.50 mg/L、3.67 mg/L、2.93 mg/L，對應的消毒接觸時間分別為5 min、12 min、30 min。可以發現，隨著投藥量的增加，消接觸時間隨之減少，說明有次氯酸鈉投加量和消毒接觸時間存在一定的關系，增大投藥量的過程中，可適當減少接觸時間；當接觸時間過于長時，可適當減小加藥量。因此，如何確定最優的投藥量以及接觸時間，使得糞大腸菌群數去除率達到最大，是需要研究的重要問題。

對次氯酸鈉投加量和消毒接觸時間的研究，即為對CT 值（消毒劑殘留濃度和接觸時間的乘積被稱為CT 值）的研究。通過確定CT 值，可以確定污水處理廠相應次氯酸鈉消毒工藝參數，但目前我國缺少得出水糞大腸群群達標的普適性CT 值數據，眾多研究人員對于CT 值的研究成果可為我國城鎮污水處理廠次氯酸鈉消毒提供理論支持。厲智成等[4]探究了次氯酸鈉消毒過程中CT 值對于去除糞大腸菌群的影響，由實驗結果可知，CT 值相同的情況下，次氯酸鈉對糞大腸菌群的滅活率相差不大，CT 值為5～60（mg·min）/L 時，高投藥量、短消毒接觸時間和低投藥量、長消毒接觸時間組合下，次氯酸鈉的殺菌效果要略弱于適中投藥量、適中消毒接觸時間組合下的殺菌效果。

3.2 水溫對于滅活糞大腸菌群的影響

溫度對次氯酸鈉消毒去除糞大腸菌群數的影響主要取決于次氯酸鈉擴散至微生物表面的速率，水溫升高，次氯酸鈉擴散至微生物表面的速率加快，穿透細胞壁發生氧化作用致其死亡的概率增大[5]。王慕[3]等試驗水中次氯酸鈉投加量為2 mg/L 和5 mg/L 時分別在16.8℃和28.9℃下接觸消毒5 min 的結果顯示，在投藥量相同的情況下，水溫升高可顯著提高糞大腸菌群對數去除率。次氯酸鈉投加量為2 mg/L，水溫設置為28.9℃，糞大腸菌群對數去除率為2.4-lg；次氯酸鈉投加量為5 mg/L，水溫設置為16.8℃，糞大腸菌群對數去除率為2.9-lg，兩種條件下，糞大腸菌群滅殺效果差別不大。楊敏[10]等研究水溫對于糞大腸菌群數去除的影響，研究結果表明，靜置狀態下，消毒前糞大腸菌群數59 000 個/L，接觸時間30 min，投加1.5、2、2.5 mg/L 次氯酸鈉，27 ℃水溫下，消毒后糞大腸菌群數分別為1100、50、0 個/L；溫度降至13℃，消毒后糞大腸菌群數分別為4 900、1 750、0 個/L。可見水溫升高，明顯提高了次氯酸鈉的殺菌效果。

因此，污水處理廠投加次氯酸鈉消毒時，在春夏水溫較高的情況下，可適當減少次鈉投加量，而秋冬水溫較低時，適當增加次鈉投加量，必要時可延長消毒時間。

3.3 ORP 對于滅活糞大腸菌群的影響

氧化還原電位（ORP）用來反映原水的氧化還原性，ORP 數值越大，原水的氧化性越強，消毒殺菌效果越好，反之，原水的還原性越強，消毒殺菌效果越差。故加入次氯酸鈉消毒的水樣氧化性越強，糞大腸菌群的去除率越高[6]。在王慕[3]的研究中，接觸時間一定時，隨著氧還原電位的升高（次氯酸鈉投加量增加），糞大腸菌群對數去除率也在提高。因此污水廠在進行次氯酸鈉消毒時，為了可以精準控制接觸時間，建議在污水處理廠的出水排口安裝在線ORP儀，根據ORP 儀數值的大小，調節消毒接觸時間。

3.4 氨氮濃度對于滅活糞大腸菌群的影響

污水廠在采用次氯酸鈉消毒的過程中，原水中的氨氮與次氯酸鈉水解產生的次氯酸反應生成結合性余氯，即一氯胺（NH2Cl）、二氯胺（NHCl2），結合性余氯同樣具有消毒殺菌效果。當次氯酸鈉投加量充足時，次氯酸和氨氮反應生成的結合性余氯以及次氯酸鈉組合滅殺原水中的糞大腸菌群。但當次氯酸鈉投加量不足時，水中氨氮濃度過高，原水中具有消毒能力的藥劑僅剩反應生成的結合性余氯，而結合性余氯的消毒能力遠低于次氯酸鈉，消毒效果大大減弱。

李璐瑤[7]探究了氨氮濃度對次氯酸鈉消毒效果的影響，分析其實驗結果可知，當次氯酸鈉投加量在1～2 mg/L 之間內，水中氨氮濃度越高，出水糞大腸菌群數就越多，次氯酸鈉的消毒能力也就受到一定的影響。在何敏[2]研究氨氮濃度對次氯酸鈉殺菌效果的影響實驗中，隨著水中氨氮濃度從0.2 mg/L 增加至1.2 mg/L，最佳投藥量由15 mg/L 減少到5 mg/L。由此可知，水中氨氮濃度不同，次氯酸鈉的投加量不同，污水處理廠若想在實際消毒過程中得到最好的殺菌效果以及最優的次氯酸鈉投加量，就要準確測定水中氨氮濃度。

4 結語

（1）次氯酸鈉消毒處理技術被我國城鎮污水處理廠廣泛應用。然而，不同污水廠在采用次氯酸鈉消毒時，藥劑投加量以及消毒接觸時間不同，導致對糞大腸菌群的去除程度也有一定的差別。

（2）次氯酸鈉投加量和消毒接觸時間存在一定關系，適中投藥量、適中接觸時間組合下的滅菌效果更優；水溫影響次氯酸鈉的消毒殺菌，在夏季水溫較高的情況下，可適當減少次鈉投加量，而冬季水溫較低時，適當增加次鈉投加量，必要時可延長消毒時間。

（3）ORP 值越大，糞大腸菌群去除率越高，污水處理廠在保證糞大腸菌群去除率的前提下，可通過監測水樣ORP 值，精準控制消毒接觸時間。

（4）過高的氨氮濃度會減弱次氯酸鈉的消毒殺菌效果，污水廠在實際消毒過程中，可以根據原水氨氮濃度，精確計算投藥量。