紫外線污水消毒技術(shù)在國外經(jīng)過20多年的發(fā)展，已經(jīng)成為成熟可靠、投資效益較高的綠色環(huán)保技術(shù)，在世界各地各類城市污水的消毒處理中得到日益廣泛的應(yīng)用，成為替代傳統(tǒng)加氯消毒的主流工藝技術(shù)。
為了解決今年非典型性肺炎疫情期間的消毒問題，國家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布的緊急通知中將紫外線消毒作為除加氯和臭氧外的另一種有效的消毒滅菌方法。結(jié)合紫外線消毒在國外的應(yīng)用實(shí)例，介紹一些國內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)和紫外線消毒技術(shù)的應(yīng)用情況。
1、城市污水消毒的必要性
2002年11月，某些國家及地區(qū)爆發(fā)了非典型性肺炎，這一疫情的元兇--冠狀病毒的廣泛傳播和頑強(qiáng)存活的能力，使人們意識到消毒的重要性，尤其是污水處理廠的尾水消毒，成為防止疫情擴(kuò)散的重要防線。
2003年5月4日，國家環(huán)境保護(hù)總局要求城鎮(zhèn)污水處理廠出水應(yīng)結(jié)合實(shí)際采取加氯或紫外線、臭氧等消毒滅菌處理，出水水質(zhì)糞大腸菌群數(shù)小于10000個(gè)／L。由此可見污水處理廠尾水消毒的必要性和緊迫性。
為了保護(hù)人類的生命健康，保護(hù)好水環(huán)境，世界許多國家和地區(qū)(北美、歐盟、日本、韓國、臺灣等)都要求對城市污水在排放前進(jìn)行消毒處理。我國國家環(huán)境保護(hù)總局和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局于2002年12月24日頒布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB l8918-2002)中首次將微生物指標(biāo)列為基本控制指標(biāo)，要求城市污水必須進(jìn)行消毒處理，從而使污水處理標(biāo)準(zhǔn)的病理指標(biāo)與國際接軌。
2、城市污水消毒標(biāo)準(zhǔn)
許多國家和地區(qū)在對城市污水要求消毒的同時(shí)，也制定了相應(yīng)的消毒指標(biāo)。美國的污水排放標(biāo)準(zhǔn)一般是由國家環(huán)保局(EPA)制定出指導(dǎo)性原則，再由各州制定出自己的排放標(biāo)準(zhǔn)，向本州的污水處理廠發(fā)放國家污染物清除系統(tǒng)(NPDES)排放許可證，證上規(guī)定各個(gè)污水處理廠的詳細(xì)排放指標(biāo)。該許可證及監(jiān)測數(shù)據(jù)最后匯總到美國環(huán)保局監(jiān)控管理，不能達(dá)標(biāo)的污水處理廠將被課以罰金。該執(zhí)行管理體系是世界上最為嚴(yán)格的，從而保證了標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格實(shí)施和執(zhí)行。目前美國大部分州對經(jīng)過二級生化處理后的污水出水的消毒指標(biāo)為糞大腸菌群不超過200個(gè)／100mL，極個(gè)別州的標(biāo)準(zhǔn)為糞大腸菌群不超過400個(gè)／100 mL或1000個(gè)／100mL。在污水再生處理方面，美國大部分州采用于美國加州的消毒標(biāo)準(zhǔn)，即加利福尼亞第22號條例，該標(biāo)準(zhǔn)對非限制性使用的回用水的消毒標(biāo)準(zhǔn)為總大腸菌群不超過2．2個(gè)／100mL。加拿大的污水排放消毒指標(biāo)與美國類似。歐盟國家的污水排放標(biāo)準(zhǔn)主要受浴場水指導(dǎo)準(zhǔn)則(Bathing Water Directives)約束，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為受納水體中的總大腸菌群不超過10000個(gè)／100 mL，且糞大腸菌群不超過2000個(gè)／100mL，目前歐盟正在對這一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改，預(yù)計(jì)新標(biāo)準(zhǔn)中的糞大腸菌群數(shù)將修訂為不超過1000個(gè)／100mL。
我國的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GBl8918-2002)將糞大腸菌群列為基本控制項(xiàng)目。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)和一級B類標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠糞大腸菌群最高允許排放濃度不超過 10000個(gè)／L(即1000個(gè)／100 mL)，執(zhí)行一級A類標(biāo)準(zhǔn)的不超過1000個(gè)／L(即100個(gè)／100 mL)。
3、紫外線污水消毒技術(shù)的歷史和現(xiàn)狀
給排水消毒方法可分為兩大類，即化學(xué)消毒法和物理消毒法?；瘜W(xué)消毒法有加氯消毒和臭氧消毒等；物理消毒法有紫外線消毒等?；瘜W(xué)消毒法一般都會產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，而紫外線消毒是唯一不會產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的方法，不會造成二次污染問題。
早在1878年人類就發(fā)現(xiàn)了太陽光中的紫外線具有殺菌消毒作用。1901年和1906年人類先后發(fā)明了水銀光弧這一人造紫外光源和傳遞紫外光性能較好的石英材質(zhì)燈管，法國馬賽一家自來水廠很快在1910年首次使用紫外線消毒工藝。人類對紫外線消毒技術(shù)在城市污水處理中的應(yīng)用則始于20世紀(jì)60年代中葉，并于70年代到80年代初對紫外線消毒在城市污水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了大量早期的研究，這主要是由于當(dāng)時(shí)人們已認(rèn)識到被廣泛使用的加氯消毒工藝中的余氯對受納水體中的魚類等生物有毒，而且發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了氯消毒等化學(xué)消毒方法會產(chǎn)生如三鹵甲烷(THMs)等致癌、致基因畸變的副產(chǎn)物。這些發(fā)現(xiàn)促使人類尋求一種更好的消毒方法。
加拿大安大略省水資源委員會于1965年和1969年對紫外線消毒技術(shù)應(yīng)用于城市污水處理以及對受納水體的影響進(jìn)行了研究和評估(1)。其他加拿大研究人員對紫外線消毒的效果、技術(shù)可行性、影響效果的水質(zhì)因素、對受納水體中魚類的影響、消毒副產(chǎn)物以及與加氯消毒技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較進(jìn)行了大量先驅(qū)性的研究工作(2～7)。這些研究結(jié)果表明，紫外線污水消毒技術(shù)可行，可達(dá)到和加氯相同甚至更好的消毒效果，對受納水體中生物無毒副作用，不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物。以上研究為推動紫外線消毒在城市污水處理中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
1982年加拿大某公司發(fā)明了世界上第一套明渠式安裝的紫外線消毒系統(tǒng)2000，并引進(jìn)了模塊化紫外線消毒系統(tǒng)概念，即紫外線系統(tǒng)可由若干獨(dú)立的紫外燈模塊組成，且水流靠重力流動，不需要泵、管道以及閥門。系統(tǒng)維護(hù)可對單個(gè)模塊進(jìn)行，且紫外燈模塊可輕易地從明渠中直接取出進(jìn)行維護(hù)檢修，維護(hù)時(shí)系統(tǒng)無需停機(jī)，可繼續(xù)運(yùn)行消毒，因而無需備用設(shè)備，如果需要對明渠進(jìn)行清理也很方便。模塊化明渠式消毒裝置大大降低了紫外線污水消毒的成本并使得系統(tǒng)維護(hù)簡單方便。同時(shí)，當(dāng)污水處理廠在擴(kuò)建或改造時(shí)，只需適當(dāng)增加紫外燈模塊的數(shù)量，而無需添購整套系統(tǒng)，可以節(jié)省設(shè)備投資，使用起來非常靈活。這一發(fā)明得到了污水處理廠的歡迎，大大推動了紫外線消毒技術(shù)在城市污水消毒處理中的應(yīng)用。目前在世界各地已經(jīng)有3000多家城市污水處理廠安裝使用了紫外線污水消毒系統(tǒng)，其中95％以上的系統(tǒng)采用了明渠式模塊化紫外線系統(tǒng)的創(chuàng)意。這些污水消毒系統(tǒng)規(guī)模小的每天處理幾千m3，大的每天處理上百萬m3。
在亞洲，1999年香港石湖墟污水處理廠投入運(yùn)行，該廠規(guī)模24萬m3／d，消毒后糞大腸桿菌小于1000個(gè)／100mL。2000～2003年間，陸續(xù)有深圳市龍崗大工業(yè)區(qū)污水處理廠(5．6萬m3／d)、上海長橋污水處理廠(2．2萬m3／d)、上海松江北區(qū)污水處理廠(8萬m3／d)、無錫新區(qū)污水處理廠(3萬m3／d)、蘇州新區(qū)第二污水處理廠(4萬m3／d)和上海龍華污水處理廠(10．5萬m3／d)等采用紫外線消毒系統(tǒng)。
4、應(yīng)用實(shí)例
紫外線污水消毒技術(shù)如今已被廣泛應(yīng)用于各類城市污水的消毒處理中，包括低質(zhì)污水、常規(guī)二級生化處理后的污水、合流管道溢流廢水和再生水的消毒。低質(zhì)污水的消毒，即只經(jīng)過一級處理或一級強(qiáng)化處理的污水，其特點(diǎn)是高TSS(50～150nag／L)和低紫外穿透率(5％～25％)，這類污水如果使用化學(xué)消毒工藝，將會產(chǎn)生大量的三致副產(chǎn)物。目前美國夏威夷沙島污水處理廠是世界上最大的采用紫外線對低質(zhì)污水消毒的城市污水處理廠，處理規(guī)模為56萬m3／d，采用了明渠式中壓燈消毒系統(tǒng)。常規(guī)二級生化處理后的污水消毒，是紫外線污水消毒應(yīng)用最為普遍的領(lǐng)域。這類污水TSS一般在10～30mg／l 紫外穿透率在40％～70％。
目前正在建造的美國 ValleyCreek污水處理廠建成后可消毒227萬m3／d污水，將成為世界上最大的紫外線污水消毒系統(tǒng)，該系統(tǒng)為明渠式中壓燈消毒系統(tǒng)。合流管道溢流污水用紫外線消毒，不僅消毒效果好，而且比加氯消毒在劑量控制上更為可靠和容易。這類污水的特點(diǎn)是水質(zhì)可以在短時(shí)間內(nèi)有很大幅度的變化，例如TSS可在10～100mg／L間，紫外穿透率可在5％～70％間變化。美國VillageCreek污水處理廠采用了紫外線消毒技術(shù)每天可對136萬m3CSO污水進(jìn)行消毒。該紫外線消毒系統(tǒng)是目前世界上最大的紫外線污水消毒系統(tǒng)，也采用了明渠式中壓燈消毒技術(shù)。再生水的消毒，是紫外線污水消毒的另一個(gè)重要應(yīng)用范圍，也是污水消毒標(biāo)準(zhǔn)最為嚴(yán)格的。
美國加州于90年代初委托美國國家水研究所(NWRl)、美國供水協(xié)會(AWWA)和加州戴維斯大學(xué)對紫外線消毒技術(shù)在廢水再生處理中的應(yīng)用做了大量研究工作，并最早將紫外線污水消毒技術(shù)應(yīng)用于再生水的消毒處理中。再生水表現(xiàn)為低濁度和高紫外穿透率，從美國的情況看，出水濁度按要求一般不得超過2NTU，紫外穿透率一般在65％～80％左右。對再生水進(jìn)行紫外線消毒是出于對加氯消毒產(chǎn)生的三致副產(chǎn)物的擔(dān)心，同時(shí)化學(xué)消毒劑可對一些農(nóng)作物產(chǎn)生傷害或可能影響植物的生長，而農(nóng)業(yè)灌溉是加州污水再生利用的主要途徑。根據(jù)美國1998年的一項(xiàng)不完全統(tǒng)計(jì)，表明其12個(gè)州80家城市污水處理廠采用了紫外線污水消毒技術(shù)處理再生水，總處理量約為260萬m3／d。目前世界上最大的使用紫外線消毒技術(shù)的再生水處理廠是加州SantaRosa污水處理廠，處理規(guī)模25萬m3／d，該系統(tǒng)為明渠式中壓燈消毒系統(tǒng)。
5、結(jié)論
紫外線消毒技術(shù)為物理消毒方式的一種，具有廣譜殺菌能力，無二次污染。經(jīng)過20多年的發(fā)展，已經(jīng)成為成熟可靠高效環(huán)保的消毒技術(shù)，在國外各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用。在我國由于對其技術(shù)的了解有一定的局限性，在污水處理中的應(yīng)用不多。上海市政工程設(shè)計(jì)研究院在這方面開展了許多研究，并已在上海閔行、長橋等污水處理廠得到應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著對污水尾水消毒的日益重視和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，紫外線消毒技術(shù)將得到推廣，預(yù)計(jì)今后有條件的污水處理廠中50％將會采用紫外線消毒，并成為取代傳統(tǒng)化學(xué)消毒方法的主流技術(shù)。
