國內(nèi)大部分大型給水廠都使用液氯消毒，氯消毒雖然有很多優(yōu)點，但在消毒的同時，會生成一些消毒副產(chǎn)物，如三鹵甲烷（THMs）等。而紫外線消毒法瞬間殺菌能力強，基本上沒有消毒副產(chǎn)物，且運行維護簡便快捷。目前我國的紫外線消毒一般用于小規(guī)模給水廠水處理系統(tǒng)、純水制備系統(tǒng)、工業(yè)回用水和污水處理系統(tǒng)。給水紫外線消毒或是紫外線聯(lián)合其他消毒工藝的報道較為少見。本文介紹了在中試規(guī)模基礎(chǔ)上開展的紫外＋氯聯(lián)合消毒及對應的工藝研究結(jié)果，以探討該消毒工藝在大中型給水廠中的實用性。

1 試驗方法

1.1試驗工藝流程

本試驗為四個平行工藝同步進行試驗，在砂濾池出水后分為四個平行工藝（如圖1 所示）。

（1）常規(guī)處理；

（2）常規(guī)處理＋氯消毒（Cl2）；

（3）常規(guī)處理+ 紫外線消毒（UV）+ 氯消毒（Cl2）；

（4）常規(guī)處理+紫外線消毒（UV）；

1.2 試驗規(guī)模

最大常規(guī)處理的規(guī)模為6 m3 /h，考慮試驗的連續(xù)性和運行管理的方便，處理水量可以在4～6  m3 /h范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。常規(guī)處理后出水一部分使用氯消毒，一部分使用紫外消毒，同時進行平行對比。

即：工藝（1）：2.5  m3 /h（無消毒）；

工藝（2）：1  m3 /h（氯消毒）；

工藝（3）：2.5 m3 /h（紫外線＋氯消毒）；

工藝（4）：2.5  m3 /h（紫外線消毒）。

1.3 試驗參數(shù)

1.3.1 試驗原水：佛山市北江東平河原水。

1.3.2 氯投加量

兩座氯消毒池停留時間均為0.5 h。氯投加量根據(jù)出水余氯值控制在0.7～0.8 mg /L 左右進行投加。以濃度為0.1 ％的次氯酸鈉代替液氯，單純氯消毒工藝有效氯投加量一般為0.94～1.27 mg /L，UV+氯消毒工藝投加量一般為0.8～1.02 mg /L。

1.3.3 紫外線劑量

試驗過程中使用了15 W、20 W、40 W共3種不同功率的紫外燈，實測強度分別為1 875 μW/cm2、2 500 μW/cm2、5 000 μW/cm2。紫外消毒器為管道式紫外燈。紫外消毒器的長度H=865 mm，外殼內(nèi)徑61 mm，內(nèi)套管外徑是24.5 mm，截面積S 是24.5 cm2。如果紫外燈照射水體的時間為Y，那么：

Y=H /V=HS /X

其中，X 為進入消毒器的流量，L 為流速；

V=X /S

如果X 為0.044 m3 /min，則Y=0.865×24.5×10-4 /（0.044 /60）=2.89 s

對水體殺菌效果取決于紫外線照射劑量Q= 強度（μW/cm2）×Y

所以，此次試驗紫外線照射劑量Q 分別為：

1 668μW•s/cm2、2 225μW•s/cm2和4 450μW•s/cm2。

1.3.4 試驗時間安排見表1。

1.3.5 檢測方法

菌落總數(shù)檢測方法為平皿記數(shù)法，UV254 用紫外分光光度法測定，三鹵甲烷用氣相色譜法測定，游離余氯測試方法為3，3’，5，5’- 四甲基聯(lián)苯胺比色法測定。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 紫外線消毒持續(xù)時間

為了研究紫外線消毒的持續(xù)性，我們進行了紫外線照射后細菌復活試驗。試驗分為四組平行試驗，一天取一組樣，每組都是經(jīng)過20 W的紫外線燈管照射（照射時間2.89 s，劑量2 225 μW.s /cm2）后取樣放在化驗室中培養(yǎng)檢測。其復活情況見表2。

此次復活試驗數(shù)據(jù)顯示盡管消毒初始狀態(tài)一致，初始時刻都沒細菌，但由于后期環(huán)境條件稍有不同（四個樣的原水中細菌種類、氣溫、操作等），四個樣細菌的復活量差異還是比較大的，尤其是3＃，可見后期環(huán)境對細菌復活速率的影響還是至關(guān)重要的。在存放時間為6 h以前，細菌增長速度還是十分緩慢的，四個樣均值25.5 CFU/mL，效果最好的4＃仍為0 CFU/mL，而最差的3＃ 也才48 CFU /mL，完全符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749—2006）；由增殖曲線（圖2）可以看出四個樣的均值超標時間大致在10h，但是，3＃在8h就已經(jīng)超標。紫外線殺菌是因為它能使細菌的細胞中含有細菌的遺傳信息核酸DNA 和RNA 發(fā)生異構(gòu)變化，從而使細菌自身的新陳代謝機能出現(xiàn)障礙，造成的細菌群體死亡。但是，紫外線消毒只是利用UV-C 輻射破壞細菌的核酸物質(zhì)，并沒有向水中增加任何化學物質(zhì)，因此當處理水離開反應器之后，特別是對于遠距離傳輸?shù)娘嬘盟?，在管網(wǎng)傳輸過程中一些被紫外線殺傷的微生物有可能會修復損傷的DNA 和RNA分子，使細菌再生，也可能在沿途孳生新的細菌。前6h由于細菌處于復活階段，細菌基數(shù)少，所以增長速度慢，根據(jù)以上數(shù)據(jù)與王俊嬌等的研究，初步斷定紫外消毒持續(xù)時間為6h，僅適用與一些即時的中水回用，工業(yè)用水等工程，而想讓其為市政管網(wǎng)供水，其消毒持續(xù)能力還是欠缺的。所以為了保證紫外線消毒工藝后續(xù)的消毒持續(xù)性，就需要與其他消毒工藝聯(lián)合，維持殺菌效果。

2.2 三鹵甲烷

由于三鹵甲烷具有三致性，對人類的健康十分有害，而且也是現(xiàn)行氯消毒工藝的主要副產(chǎn)物，為此，對三鹵甲烷在各處理工藝進出水中的變化結(jié)果進行了取樣分析，各工藝流程源水和消毒出水中三鹵甲烷的檢測數(shù)據(jù)見圖3 和表3。

由圖表中經(jīng)分析可以得出：

（1）由于北江原水水質(zhì)較好，原水中幾乎沒有三鹵甲烷。所有工藝出水THMs值均在《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749—2006）允許范圍之內(nèi)。

（2）從表3中可以看出，UV 工藝消毒水THMs總均值和原水、濾后水一樣，比UV+氯消毒水、氯消毒水分別降低了56.7 ％、67.4 %，確實是三種消毒工藝中減少THMs生成效果最好的?？梢詳喽ǎ簡渭兊腢V消毒由于不投加任何化學藥劑，因此它不會對水體和周圍環(huán)境產(chǎn)生二次污染且不產(chǎn)生有毒有害副產(chǎn)物THMs。

（3）濾后水、UV工藝出水、UV+Cl2工藝出水、Cl2工藝出水的THMs 總均值分別為＜0.000 4 mg /L、＜0.000 4 mg /L、0.000 924 mg 轅L、0.001 229 mg /L，可見工藝中只要添加了氯消毒劑的出水THMs值就會相應增加，具體反應機理為：

氯（或溴離子或碘離子）+ 有機前質(zhì)（precursors）→三鹵甲烷+其它鹵化有機物。在加氯反應中，水中無機物如Fe2+、Mn2+、H2S、NH3 等，會很快消耗所加入的氯，當無機物的耗氯量達飽和時，多余的氯才會與有機物反應，此時所加入的氯量與THMs 生成值成正比，所以用氯作消毒劑時出水中勢必會產(chǎn)生THMs 。另一方面在有機物消耗氯后，須再加入足夠的氯量來飽和瞬時及短期的有機物耗氯量后，多余的氯才能產(chǎn)生長期性的有效余氯，此時再多加氯也不會增加THMs 的生成。

（4）就生成THMs的兩種工藝對比，UV+ 氯消毒工藝比氯消毒工藝總體上THMs 值減少了24.9 ％，其控制THMs 生成效果比氯消毒工藝要好很多，并且其THMs 減少量還與紫外線強度有關(guān)。表3 數(shù)據(jù)顯示紫外線劑量在4 450μW•s /cm2的情況下，所生成的THMs 值比同等條件下的氯消毒水降低了37.5 ％；其次是紫外線劑量在2 225 μW•s /cm2 時，降低了34.9％；最后是1 668 μW•s /cm2，僅降低了9.5 ％。UV+氯消毒工藝比氯消毒工藝控制THMs效果好，因為UV+氯消毒工藝中氯投加量少，水中氯濃度低，致使三鹵甲烷生成量減少。而紫外線劑量越大，其與氯消毒進行對比的THMs 控制效果越好，這是因為：一方面，紫外線劑量越大時，只用投加少量的氯就能達到控制的余氯值，在40 W時只需投加0.8 mg /L 左右，而在15 W時需投加1 mg /L左右，其氯投加量減少，THMs 值會相應減少。另一方面，紫外線劑量越大，部分有機物降解得越多，其生成THMs的前致物就越少，自然THMs值就越低。

2.3 紫外線對氯投加量的影響

紫外線對氯投加量的影響如表4所示。

從表中可以看出，紫外線+氯消毒工藝比單獨使用氯消毒節(jié)省6％氯的投加量。

由于紫外線消毒工藝的消毒持續(xù)時間不長，所以中試基地采用與氯消毒工藝相結(jié)合，以保證
出廠水中的余氯能夠達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749—2006）。中試實驗中采取UV+ 氯消毒工藝與單純氯消毒工藝兩種工藝的氯耗進行對比，實驗條件為：紫外燈功率為40 W，強度為5 000μW•s /cm2，照射時間為1.25 s。

3 結(jié)論及建議

（1）紫外線消毒工藝瞬間滅菌能力非常強，但持續(xù)時間差，初步斷定紫外消毒持續(xù)時間為6 h，并且持續(xù)時間隨環(huán)境后期改變的影響較大，所以單獨使用時只建議在用水終端使用。對于大中型給水廠，供水管網(wǎng)面積大時，應采用紫外線與氯聯(lián)合消毒工藝，以確保水中余氯，提高其持續(xù)殺菌能力。

（2）就減少THMs生成方面而言，UV消毒工藝效果最好，紫外線與氯聯(lián)合工藝次之，氯消毒工藝最差。

（3）在紫外＋氯消毒工藝聯(lián)合使用時，其氯的投氯量比單獨氯消毒工藝至少要節(jié)省6％以上。

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