Dr. Achim Ried* Taeyoung Choi**

* ITT-威德高公司，德國赫爾福德Boschstr. 6, 32051，achim.ried@itt.com

** ITT-威德高公司上海辦事處，中國上海遵義路100號虹橋上海城A座31樓， taeyoung.choi@itt.com

摘要：在污水再利用工藝中采用臭氧和/或紫外線技術通常是將臭氧和/或紫外線處理單元與其它處理工藝相結合，如，生物處理、絮凝處理、過濾和活性碳方法等，所以，實現這些處理單元的優化組合非常重要。本文將通過兩個城市污水處理的實例介紹一種污水再利用的整體工藝設計方法。

關鍵詞：臭氧 UV 紫外線 污水再利用 城市污水 工藝設計方法

1. 概述

　　城市污水通常是家庭污水和各種工業污水的復雜混合物。傳統的處理技術有凝結/絮結/沉降方法、生物方法和過濾方法。隨著污水處理技術的發展和主管部門法規的不斷擴充，目前正在研討進一步的處理方法，例如，膜濾法、紫外線滅菌、臭氧氧化、吸附等。
　　在這些法規中，比較典型的是歐盟的洗浴用水指令。當污水處理廠排放的污水排入洗浴用水時，這些水必須滿足滅菌的相關標準。同樣，對于城市污水的再利用，如，用于農業，也必須滿足嚴格的標準（Liberty et al. 1999）。
　　 另一個問題與不能或很難被生物降解的物質有關，其闡明了有關是否需要進一步的處理技術的爭論。這些物質主要指持久性物質，它們可能源于人類活動。這方面討論的主要化合物/領域源包括工業化學物質（例如壬基苯酚、有機化合物、PCB、鄰苯二甲酸鹽）、殺蟲劑（例如DDT、林丹）、藥品和化妝品。
　　 此外，目前公眾討論的焦點是被稱為內分泌干擾物（EDC）的物質。“內分泌”一詞指影響荷爾蒙系統的物質（Schlumpf and Lichtensteiner, 1996）。據報導，表層水對魚類荷爾蒙系統會產生副作用（Seibert, 1996）。這些副作用，如，降低魚類生育能力，主要出現在污水處理廠出口的影響區域。對人類的潛在影響仍在爭論之中。
　　 其中，對于可能影響內分泌的物質，目前沒有實施任何限制，對于適用的處理技術也沒有相關指導政策。

2. 采用臭氧和紫外線技術進行城市污水處理的要點

　　總的來看，由于受一些長期存在的物質、細菌、氣味和/或顏色的污染，大多數再生水水的循環再利用受到限制甚至無法進行處理。表1所示為一些主要處理方法和臭氧及紫外線處理的主要作用。

表1 城市污水的主要處理步驟和主要效果

3. 調研和試驗研究情況

　　在過去的幾年中進行了多個項目的研究，研究內容包括用臭氧和/或紫外線工藝技術對排放的污水進行再處理，以進行再利用。
　　 研究證明，臭氧可有效氧化各種化合物。這種氧化作用可以氧化成小分子，使之失去激素作用和毒性。同時極易被生物降解（Bila et al. 2004; Jasmin et al. 2005）。
　　醫藥品和激素品主要通過污水處理廠處理（POSEIDON 2004）。這些二級生物處理排放物處理后基本上相對于有害物質的濃度可以降低70 至90 %。但是，還會有少量或微量的殘留物質對環境產生影響，如，對魚群有不利影響。
　　 其它可用的處理方法有膜（納濾膜或反滲膜）、絮凝/過濾、活性碳吸附和氧化。氧化工藝具有可現場處理，不產生污染凝聚物或污染吸附物質的優點。如果氧化劑只與特定的污染源發生反應，所需氧化劑用量可經濟有效地達到處理目標且產生的副產品對環境沒有毒性，說明氧化工藝非常有效（Ternes et al. 2003; POSEIDON 2004; Bahr et al. 2005; Zhang et al. 2005）。
　　 臭氧處理設備可安裝在澄清池的后面。Von Gunten （von Gunten et al. 2005）的研究表明少量的 SS （小于60 mg/L）對處理結果沒有明顯的負面影響。
　　 如果污水處理廠的處理工藝包括生物處理、澄清池和沙濾，則在澄清池和沙濾之間完全可實施臭氧處理。研究證明，經過臭氧處理后，部分DOC（溶解性有機碳） （小于60%）殘留可降低到土壤生物可以降解的水平（Schumacher, 2003）。在臭氧處理之后，在下一步降低形成可生物降解的DOC，這樣可進一步改善處理結果。由于滅菌方面的限制很嚴格，UV處理適于生物過濾之后,因為臭氧氧化可以提高紫外光的吸光度，這樣，最后的紫外線發生器可以使用更少的紫外燈，消耗更低的能量。表二所示為深度處理城市污水排放物的紫外線和臭氧的標準用量。

表2. 城市污水的處理方法和主要作用

　　以下兩個例子將更詳細地介紹使用臭氧進行城市污水處理的優點。

3.1 案例分析 I ： 巴林韋斯特污水處理廠

　　巴林勞動與農業部決定在韋斯特城市污水處理廠采用臭氧處理方法，處理總流量為200，000 m³/天（將來為300，000 m³/天）。傳統的一級和二級處理步驟不能滿足世界衛生組織規定的加州指導標準和美國環境保護署規定的農業非限制性灌溉的指導標準。
　　 在本例中，除某些細菌外，需重點去除寄生蟲“糞類圓線蟲”。已有的處理技術無法進行去除，以達到合格標準（< 1 個/L）。
　　 由助理咨詢工程師（ACE）進行的小規模試驗表明，與氯相比較，臭氧去除寄生蟲的功能更強大（R. J. Abumaizar et al, 2003）。
　　 實驗結果表明，使用10 mg/l 的用量，反應時間為25-30 分鐘，用臭氧去除糞類圓線蟲的去除率大于95% 。要達到同樣的去除率，所需氯的用量為30 mg/l ，反應時間為 120 分鐘。
　　 為此，臭氧廠需要的總用量為144 kg 臭氧/小時 （48 kg/h的3倍）。對于二級排放物設計的臭氧用量為12 mg/L 。引氣需要使用擴散系統。整個12 mg/L的劑量需要分成兩部分– 預臭氧和后臭氧（圖1）。每個臭氧化步驟包含一個3室的接觸室，每種情況下停留時間約為25 分鐘。

圖1： 巴林臭氧處理廠處理流程圖

圖 2：巴林臭氧處理廠 （威德高 Effizon 高壓發生器）

3.2 案例分析II ： 丹麥卡倫堡處理廠

　　卡倫堡的污水處理廠處理的混合污水包含20%的城市污水和80%的工業污水。工業污水主要來自一個大型的國際醫藥公司，該公司在該地區經營著世界上最大的胰島素生產廠之一。
　　雖然卡倫堡只是一個小城鎮，但由于鄰近藥廠的影響，處理廠需要凈化和澄清近350,000戶居民的污水。污水含有難降解的有機雜質，要監測COD 值。由于藥廠計劃擴大生產規模，卡倫堡當局決定徹底重建污水處理廠。在處理的最后一步，再循環系統中引入了臭氧處理，使每天降解COD的量達1,250 kg。所以，臭氧系統設計為 180 kg 臭氧/小時 （90 kg/h的2倍）。
　　生物預澄清后的污水通過普通污水處理廠的各個處理步驟后，在再循環系統中用臭氧進行處理。該臭氧化過程在六個反應釜內發生，總處理量為300 m³。在總接觸時間僅15分鐘內，頑固的有機雜質大幅下降。臭氧氧化前，COD值為100-150 mg/l，處理目標可達到COD < 70 mg/l。
　　 這種污水不僅含有上述有機雜質，而且還含有藥物和具荷爾蒙效應的殘留物，即“內分泌干擾物”。通過常規的凈化和澄清工藝無法徹底充分降解這些危害環境的物質。研究結果表明臭氧是降解城市污水中這些有害物質的有效途徑。這種用臭氧進行氧化處理的方式在多勢壘概念（A. Ried, T. Ternes et. al, 2003）中扮演著決定性的角色。

圖3： 卡倫堡流程圖

4 結論

　　作為城市污水的高級處理手段，利用臭氧和紫外線技術可以使排放的污水質量滿足目前和將來的循環水標準要求。特別是利用臭氧和紫外線處理的方法，可以滿足現行的滅菌規范和未來有關各種持久性物質的規范要求，例如，利用臭氧和紫外線處理方法可以達到有關工業化學物質、荷爾蒙和藥物殘留的要求。
　　 除顯著、明確的處理效果外，在設計污水再利用工藝時，還需考慮成本流通和操作經驗，在這方面，臭氧和紫外線處理技術則會表現出全方位的優勢。

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致謝：

本文作者衷心感謝巴林助理咨詢工程師和丹麥卡倫堡市政當局為本文提供相關數據信息，并給予大力的幫助和配合。