張麗萍，葉裕才，吳天寶，云桂春
(清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計(jì)研究院，北京100084) 摘要：針對(duì)城市污水廠二級(jí)出水用于地下回灌的兩種深度處理工藝，確定了達(dá)到消毒要求的加氯量，并且研究了加氯消毒對(duì)有關(guān)水質(zhì)參數(shù)DOC、AOX、CHCl3、CCl4、UV254等的影響。研究發(fā)現(xiàn)，有效氯投加量在8 mg/L左右時(shí)，水中細(xì)菌總數(shù)與總大腸菌群數(shù)均能達(dá)到我國(guó)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。加氯后水的DOC值變化不大，AOX值則有較明顯的增大，CHCl3濃度略有增加，CCl4基本維持在加氯前的水平，UV254值也較加氯前有所增大。研究結(jié)果還表明，粒狀活性炭處理工藝在污水深度處理流程中對(duì)去除消毒副產(chǎn)物(AOX)及其前驅(qū)物發(fā)揮著重要的作用。
關(guān)鍵詞：加氯消毒；地下回灌；細(xì)菌總數(shù)；總大腸菌群數(shù)
中圖分類(lèi)號(hào)：TU991.64；TU991.25
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：1000-4602(2001)04-0012-04
Study on Chlorination of Reclaimed Wastewater Used for Artificial Groundwater Recharge ZHANG Li-ping, YE Yu-cai, WU Tian-bao, YUN Gui-chun
(Institute of Nuclear Energy and Tech.,Tsinghua Univ.,Beijing 100084,China)
Abstract：To enable the secondary effluent to be used for groundwater recharge,chlorine dosages for two advanced treatment processes were determined to meet the disinfection requirement.The effects of chlorination on organic parameters such as DOC,AOX,CHCl3,CCl4,UV254 were also studied. The results show that an available chlorine dosage of about 8 mg/L can make the total count of bacteria and the total coliforms meet the national sanitation standard for drinking water.After disinfection with chlorine,DOC changes very little,AOX increases significantly;CHCl3 increases a little,CCl4 almost does not change,and UV254 also increases.The result also shows that the granular activated carbon plays a very important role in the removal of disinfection by-product-AOX and its precursors.
Keywords:chlorine disinfection;groundwater recharge;total count of bacteria;total coliforms 再生水地下回灌是解決地區(qū)性水資源短缺、緩解地下水位下降、防止地面沉降以及海水入侵等問(wèn)題的有效手段。為防止污染地下水，污水廠二級(jí)處理出水需經(jīng)過(guò)深度處理使回灌水達(dá)到一定的水質(zhì)要求，消毒則是防止將病原菌帶入地下水的重要措施。加氯消毒是目前世界上應(yīng)用最廣泛的水處理消毒方法，其特點(diǎn)是殺菌效果好，價(jià)格便宜，因此多年來(lái)一直在水處理消毒中占有主導(dǎo)地位。筆者對(duì)城市污水經(jīng)深度處理回灌地下之前的加氯消毒進(jìn)行了研究。 1 試驗(yàn)方法 城市污水深度處理后用于人工地下回灌的中試以北京市某污水處理廠的二沉池出水為原水，采用兩種深度處理工藝，DGB吸附工藝(是一種新型吸附劑，吸附性能好，價(jià)格便宜)和DGB＋活性炭工藝(后文簡(jiǎn)稱(chēng)活性炭工藝)如圖1、2所示。 
兩種工藝出水的pH均為7左右，水溫則隨外界氣溫而有所變化。由于目前還沒(méi)有制定地下回灌的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，只能遵照我國(guó)現(xiàn)行飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)微生物指標(biāo)的要求，即細(xì)菌總數(shù)≤100 個(gè)/mL，總大腸菌群數(shù)≤3 個(gè)/L。
氯消毒劑采用次氯酸鈉(分析純)溶液，試驗(yàn)前將其稀釋到一定濃度作為儲(chǔ)備消毒液。試驗(yàn)時(shí)首先取水樣分別投加不同劑量的消毒液進(jìn)行消毒，然后測(cè)定原水樣及消毒水樣的細(xì)菌總數(shù)與總大腸菌群數(shù)，從而確定氯的合適投加量。同時(shí)測(cè)定水樣加氯后其他水質(zhì)參數(shù)的變化情況，以確定加氯消毒在達(dá)到衛(wèi)生學(xué)要求的同時(shí)對(duì)水質(zhì)的影響，所測(cè)參數(shù)包括DOC、AOX、CHCl3、CCl4、UV254等。 2 試驗(yàn)結(jié)果及分析 2.1 加氯消毒對(duì)微生物的影響
向DGB工藝的砂濾出水分別投加不同劑量的氯消毒劑(以當(dāng)量有效氯表示)，測(cè)定消毒前后水樣中的細(xì)菌總數(shù)和總大腸菌群數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。 表1 DGB工藝出水的加氯消毒結(jié)果| 時(shí)間 | 加氯量(mg/L) | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 15 | | 2000-01-12 | 細(xì)菌總數(shù)(個(gè)/mL) | 1.9×104 | 5.3×102 | 4.0×102 | 4 | 4 | 9 | | | | 總大腸菌群(個(gè)/L) | | 18 | 9 | 3 | 9 | 3 | | | | 2000-05-11 | 細(xì)菌總大腸菌群(個(gè)/L) | 1.4×104 | 20 | 7 | 3 | 4 | 6 | 7 | 4 | | 總數(shù)(個(gè)/mL) | 2.3×105 | 42 | 21 | 15 | 3 | 3 | 0 | 0 | | 2000-05-24 | 細(xì)菌總數(shù)(個(gè)/mL) | 8.2×104 | | | | 0 | 2 | 2 | 0 | | 總大腸菌群(個(gè)/L) | 5.4×104 | | | | 3 | 0 | 3 | 0 | 從表1可以看出，水樣消毒前細(xì)菌總數(shù)大約在104 個(gè)/mL的數(shù)量級(jí)，總大腸菌群數(shù)大約在104～105 個(gè)/L的數(shù)量級(jí)。加氯量為6～8 mg/L時(shí)，消毒效果可達(dá)我國(guó)飲用水的衛(wèi)生要求，即細(xì)菌總數(shù)≤100 個(gè)/mL，總大腸菌群數(shù)≤3 個(gè)/L。
將活性炭工藝出水分別投加不同劑量的氯消毒劑，測(cè)定消毒前后水樣中的細(xì)菌總數(shù)和總大腸菌群數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。 表2 活性炭工藝出水的加氯消毒結(jié)果 | 時(shí)間 | 加氯量(mg/L) | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 15 | | 2000-05-17 | 細(xì)菌總數(shù)(個(gè)/mL) | 5.8×103 | 40 | 2 | 2 | 0 | 0 | 2 | | | 總大腸菌群(個(gè)/L) | 9.5×104 | 40 | 15 | 21 | 3 | 0 | 0 | | 2000-05-24
| 細(xì)菌總數(shù)(個(gè)/mL) | 3.6×104 | | | | 5 | 8 | 4 | 5 | | 總大腸菌群(個(gè)/L) | 2.5×105 | | | | 6 | 0 | 0 | 3 | 從表2可以看出，在DGB吸附與粒狀活性炭過(guò)濾聯(lián)用的活性炭工藝出水中，細(xì)菌總數(shù)和總大腸菌群數(shù)與DGB工藝大約在相同的數(shù)量級(jí)。在加氯量大約8 mg/L時(shí)，基本可以達(dá)到我國(guó)飲用水的衛(wèi)生要求。
2.2加氯消毒對(duì)有機(jī)物去除的影響
①DOC。圖3是加氯對(duì)兩種工藝出水DOC值的影響曲線，其中DGB工藝出水1與DGB工藝出水2是在不同時(shí)間對(duì)DGB出水取樣所測(cè)的DOC值，因而水質(zhì)有所不同。
從圖3可見(jiàn)，對(duì)兩種工藝出水，加氯量＜15 mg/L時(shí)，水的DOC值沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)，可以認(rèn)為加氯量在此范圍內(nèi)對(duì)兩種工藝出水的DOC值影響不大。由于氯的氧化性比較弱，所以對(duì)水中溶解性有機(jī)物濃度沒(méi)有明顯的影響。 
DGB工藝出水2與活性炭工藝出水兩條曲線所代表的取樣時(shí)間相同，二者的原水水質(zhì)相同，后者相當(dāng)于前者再經(jīng)過(guò)活性炭過(guò)濾后的出水。比較兩條曲線可以看出，活性炭床對(duì)DOC有一定的去除效果。粒狀活性炭是一種很好的吸附劑，可以通過(guò)吸附作用去除水中的部分非極性和弱極性有機(jī)物。
②AOX。圖4為兩種工藝出水加氯前后的AOX變化情況。從圖4中可以看出，兩種水樣在加氯后AOX值都有明顯的增大趨勢(shì)，加氯量越大，AOX值增大得越多。 
DGB工藝出水在加氯后AOX值顯著增大，加氯量為8 mg/L時(shí)，使AOX由25.6 μg/L增加到136 μg/L，增加了4倍多。據(jù)報(bào)道［1］，城市污水有很強(qiáng)的AOX生成勢(shì)，對(duì)某一污水廠的城市污水投加1.34 mmol/L的NaClO(相當(dāng)于有效氯93 mg/L)，在0.5 h后AOX即達(dá)到其最大值1 500 μg/L，比原水增加了20多倍。不同水質(zhì)的AOX生成速度和生成勢(shì)是不同的，并且受pH的影響。參照發(fā)達(dá)國(guó)家的有關(guān)規(guī)定和研究成果，研究者認(rèn)為，我國(guó)以土壤滲濾方式進(jìn)行人工回灌的回灌水中AOX濃度應(yīng)≤30 μg/L。因此，DGB工藝的砂濾出水因?yàn)樵诩勇认竞驛OX含量太高而不能直接用于地下回灌。活性炭工藝出水加氯后AOX值也有所增大，但即使加氯量達(dá)到10 mg/L，AOX值也只有13.4 μg/L，也就是說(shuō)，活性炭出水在加氯消毒后的AOX值能滿(mǎn)足地下回灌的要求。
對(duì)比兩種工藝出水加氯前后的AOX值可以看出，粒狀活性炭對(duì)AOX及其前驅(qū)物有很好的去除效果。試驗(yàn)時(shí)，活性炭大約運(yùn)行了750個(gè)床體積后還比較新，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，對(duì)AOX的去除效果會(huì)逐漸下降，當(dāng)出水達(dá)到4 500個(gè)床體積時(shí)，活性炭出水的AOX約為10 μg/L。為了研究活性炭對(duì)加氯后水中AOX的去除效果，將活性炭工藝的加氯消毒放在砂濾之后，活性炭床之前，亦即先消毒，后活性炭吸附。當(dāng)加氯量為8 mg/L時(shí)，砂濾出水的AOX值為173 μg/L，經(jīng)過(guò)活性炭之后AOX降為5.9 μg/L，可見(jiàn)在AOX值較高時(shí)，活性炭對(duì)其去除效果也很好(此時(shí)活性炭大約運(yùn)行了800個(gè)床體積)。對(duì)活性炭工藝來(lái)說(shuō)，將加氯消毒放在活性炭之前和之后都能使AOX值滿(mǎn)足地下回灌的要求。但是如果將加氯消毒放在活性炭之前，經(jīng)過(guò)活性炭之后水中的微生物數(shù)量又會(huì)上升，因此應(yīng)該將加氯消毒放在活性炭之后，利用活性炭對(duì)AOX前驅(qū)物的去除效果控制AOX。
③CHCl3、CCl4。圖5表示了兩種工藝出水在加氯前后的CHCl3濃度變化情況。 
從圖5可以看出，加氯后水中CHCl3濃度略有增加，并且DGB工藝出水比活性炭工藝出水的增幅略大，可見(jiàn)加氯消毒能形成少量的CHCl3。
對(duì)比兩種處理工藝可以發(fā)現(xiàn)，CHCl3濃度在加氯前后都相差不大，可見(jiàn)活性炭對(duì)CHCl3及其前驅(qū)物的去除作用不明顯。CHCl3是極性有機(jī)物，而粒狀活性炭?jī)?yōu)先吸附非極性和弱極性的有機(jī)物，對(duì)極性有機(jī)物的吸附作用則較弱，所以對(duì)CHCl3幾乎沒(méi)有去除作用。兩種工藝出水在加氯消毒前后CHCl3濃度都能達(dá)到我國(guó)飲用水的要求。
圖6是兩種工藝出水在加氯前后水中CCl4濃度的變化情況圖。 
從圖6中可以看出，加氯后兩種工藝水的CCl4濃度略有波動(dòng)，但變化不明顯，可以認(rèn)為這種數(shù)值上的波動(dòng)在測(cè)量誤差范圍內(nèi)，也就是說(shuō)，加氯對(duì)兩種工藝出水的CCl4值沒(méi)有明顯影響。活性炭工藝出水的CCl4值較DGB工藝出水有所降低，亦即粒狀活性炭對(duì)CCl4及其前驅(qū)物有一定的去除作用，此時(shí)活性炭大約運(yùn)行了3 000個(gè)床體積。
兩種工藝出水在加氯消毒前后的CCl4濃度都低于我國(guó)飲用水標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的3 μg/L。
④UV254。圖7是加氯前后兩種工藝出水的UV254值的變化情況圖。 
可以看出，兩種工藝出水的UV254值在加氯后都有所增大，DGB工藝出水比活性炭工藝出水的UV254值大約高一倍，加氯后的增大量也大約高一倍。UV254值反映的是水中天然存在的腐殖質(zhì)類(lèi)大分子有機(jī)物以及含C=C雙鍵和C=O雙鍵的芳香族化合物的多少。Reckhow和Singer等人研究發(fā)現(xiàn)UV254值可以表征有機(jī)鹵化物前驅(qū)物的多少，它與CHCl3的生成勢(shì)之間有很好的相關(guān)性。加氯后水的UV254值增大說(shuō)明水中含C=C雙鍵和C=O雙鍵的芳香族化合物增多，可能的解釋是，氯將水中的某些大分子有機(jī)物氧化為可表現(xiàn)為UV254值的物質(zhì)，即含C=C雙鍵和C=O雙鍵的芳香族化合物。活性炭吸附去除的有機(jī)物中包含了一部分含C=C雙鍵和C=O雙鍵的芳香族化合物以及加氯形成的該類(lèi)化合物，因而在加氯前后活性炭工藝出水比DGB工藝出水的UV254值都要小。這進(jìn)一步證實(shí)了活性炭可以降低有機(jī)鹵化物的生成勢(shì)，從而降低消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)量。 3 結(jié)論 從以上試驗(yàn)結(jié)果可以得出如下結(jié)論：
①對(duì)于DGB工藝和活性炭工藝，加氯量在8 mg/L時(shí)，水中的細(xì)菌總數(shù)和總大腸菌群數(shù)可以達(dá)到我國(guó)飲用水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。
②對(duì)于兩種處理工藝來(lái)說(shuō)，加氯消毒對(duì)水的DOC值影響不大。
③兩種處理工藝中加氯消毒都會(huì)使水中AOX的濃度增大，DGB工藝出水中AOX濃度的增大更為突出。活性炭對(duì)AOX及其前驅(qū)物有較好的去除作用。
④加氯消毒會(huì)使水中CHCl3量略有增加，而對(duì)CCl4濃度沒(méi)有明顯的影響。粒狀活性炭能去除少量的CCl4，但對(duì)CHCl3幾乎沒(méi)有去除作用。
⑤兩種工藝出水在加氯消毒后UV254值都有所增大。粒狀活性炭過(guò)濾能降低水的UV254值，能部分去除水中含C=C雙鍵和C=O雙鍵的芳香族化合物以及加氯后能形成該類(lèi)物質(zhì)的有機(jī)物。
⑥粒狀活性炭對(duì)控制消毒副產(chǎn)物的形成有很好的作用。 參考文獻(xiàn)：
［1］Stefanie Schulz,Hermann H Hahn.Generation of Halogenated Organic Compounds in Municipal Wastewater［J］.Water Science & Technology,1998,37(1):303-309.
作者簡(jiǎn)介：張麗萍(1974-)，女，山東人，清華大學(xué)在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)樵偕鷱U水的消毒。
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收稿日期：2000-10-10 | 
