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1 城市污水消毒的必要性
2002年11月，我国和许多国家及地区爆发了非典型性肺炎，这一疫情的元凶冠状病毒广泛的传播和性顽强存活能力使人们意识到消毒的重要性，尤其是对接纳病人排泄物的污水处理厂的尾水消毒成为防止疫情扩散的重要防线。
2003年5月4日。国家环境保护总局要求“城镇污水处理厂出水应结合实际采取加氯或紫外线、臭氧等消毒灭菌处理，出水水质粪大肠菌群数小于10000个/L”。由此可见污水处理厂尾水消毒的必要性和紧迫性。
为了保护人类的健康、生命以及水环境和水资源，世界许多国家和地区（北美、欧盟、日本、韩国、台湾等）都要求对城市污水在排放前进行消毒处理。污水消毒也是保护饮用水源的第一道防线。我国国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局于2002年12月24日颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中首次将微生物指标列为基本控制指标，要求城市污水必须进行消毒处理，从而使污水处理的病理指标与国际接轨。
2 城市污水消毒标准
许多国家和地区在对城市污水要求消毒的同时,也制定了相应的消毒指标。美国的污水排放标准一般是由国家环保局（EPA）制定出指导性原则，再由各州制定出自己的排放标准，向本州的污水处理厂发放国家污染物清除系统（NPDES）排放许可证，证上规定各个污水处理厂的详细排放指标。该许可证及监测数据最后汇总到美国环保局监控管理，不能达标的污水处理厂将课以罚金处理，该执行管理体系是世界上最为严格的，从而保证了标准的严格实施和执行。目前美国大部分州对经过二级生化处理后的污水出水的消毒指标为粪大肠菌群不超过200个/100ml，极个别州的标准为粪大肠菌群不超过400个/100ml或1000个/100ml。在废水再生处理方面，美国大部分州采用了美国加州的消毒标准，即加利福尼亚第22号条例，该标准对非限制性使用的回用水的消毒标准为总大肠菌群不超过2.2个/100ml。加拿大的污水排放消毒指标与美国类似。欧盟国家的污水排放标准主要受浴场水指导准则(Bathing Water Directives)约束，现行标准为受纳水体中的总大肠菌群不超过10000个/100ml，且粪大肠菌群不超过2000个/100ml，目前欧盟正在对这一标准进行修改，预计新标准中的粪大肠菌群数将修订为不超过1000个/100ml。值得注意的是欧盟的标准不是直接规定污水厂出水的标准，而是限定受纳水体的水质，在实际操作中容易造成责任不清、互相推诿，有关市政及管理部门在城市污水处理标准的实施上要求不严的情况，因此欧盟国家在城市污水处理方面无论是消毒标准还是其实施执行远不如北美地区严格。
我国的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）将粪大肠菌列为基本污染物控制指标。该标准规定执行二级标准和一级B类标准的污水处理厂排放要求是粪大肠菌群不超过10000个/L(即1000个/100ml)，执行一级A类标准的污水处理厂排放要求为不超过1000个/L(即100个/100ml)。
应用的标准归纳如表1：
表1 部分国家和地区尾水消毒指标
国家或地区 粪大肠菌群数 标准
美国国家环保局（EPA） 200个/100ml 二级生化处理后的出水
美国加州加利福尼亚第22号条例 总大肠菌群数2.2个/100ml 非限制性使用的回用水
欧盟 2000个/100ml 浴场水指导准则(Bathing Water Directives)
日本指针 大肠杆菌数3000个/ml
中国GB18918-2002 10000个/l 二级标准
1000个/l 一级标准A类
10000个/l 一级标准B类
中国GB8978-1996 5000个/l 医院、兽医院及医疗机构含病原体污水三级标准
1000个/l 医院、兽医院及医疗机构含病原体污水二级标准
500个/l 医院、兽医院及医疗机构含病原体污水一级标准
1000个/l 传染病、结合病医院三级标准
500个/l 传染病、结合病医院二级标准
100个/l 传染病、结合病医院一级标准
上海市地方标准DB31/199-1997 3000个/l 黄浦江上游水源保护区
10000个/l 黄浦江上游准水源保护区
中国再生水用作冷却水的水质控制标准 2000个/l GB50335-2002
中国城镇杂用水水质控制标准 总大肠菌群数3个 GB50335-2002
中国景观环境用水的再生水水质控制标准GB50335-2002 10000个/l 观赏性景观环境用水河道、湖泊类
2000个/l 观赏性景观环境用水水景类
500个/l 娱乐性景观环境用水河道、湖泊类
不得检出 娱乐性景观环境用水水景类
3 紫外线污水消毒技术的历史、现状
给排水消毒方法可分为两大类，即化学消毒方法，如：加氯消毒和臭氧消毒；和物理消毒方法，如：紫外线消毒。化学消毒方法一般都会产生三致消毒副产物，在已知的实用消毒方法中，紫外线消毒是唯一不会产生消毒副产物的方法，因此不会造成二次污染问题。
早在1878年人类就发现了太阳光中的紫外线具有杀菌消毒作用。在1901年和1906年人类先后发明了水银光弧这一人造紫外光源和传递紫外光性能较好的石英材质灯管后，法国马赛的一家自来水厂很快在1910年首次使用了紫外消毒工艺。但人类对紫外消毒技术在城市污水处理中的应用的浓厚兴趣则始于20世纪60年代中叶,并于70年代到80年代初对紫外线消毒在城市污水处理中的应用进行了大量早期的研究，这主要是由于当时人们已认识到被广泛使用的加氯消毒工艺中的余氯对受纳水体中的鱼类等生物有毒性可导致大量死亡，再有就是发现并确认了氯消毒等化学消毒方法会产生如三卤甲烷(THMs)等致癌、致基因畸变的消毒副产物。这些发现促使人类寻求一种更好的消毒方法。
加拿大安大略省水资源委员会于1965年和1969年对紫外线消毒技术应用于城市污水处理及对受纳水体的影响进行了研究和评估[1]。其他加拿大研究人员对紫外线污水消毒的消毒效果、技术可行性、影响紫外线消毒效果的水质因素、对受纳水体中鱼类的影响及消毒副产物以及与加氯消毒比较进行了大量先驱性的工作[2][3][4][5][6][7]。这些研究结果表明紫外线污水消毒技术可行、可达到和加氯相同甚至更好的消毒效果，且对受纳水体中生态无毒性、不产生消毒副产物。以上研究为推动紫外消毒在城市污水处理中的应用奠定了基础。
1982年加拿大特洁安(Trojan)技术公司发明了世界上第一套明渠式安装的紫外消毒系统UV2000，并引进了模块化紫外消毒系统概念，即紫外系统可由若干独立的紫外灯模块组成，且水流靠重力势流驱动，不再需要泵、管道以及阀门。系统维护可对单个模块进行，且紫外灯模块可轻易地从明渠中直接取出进行维护检修，维护时系统无需停机可继续运行消毒，因而无需备用设备，如果需要对明渠进行清理也很方便，模块化明渠式消毒装置大大降低了紫外污水消毒的成本并使得系统维护简单、方便。同时，当污水厂在扩建或改造时，只需适当增加紫外灯模块的数量，而无需添购整套系统，从而可以节省设备投资，使用起来非常灵活。这一发明得到了污水处理厂的欢迎，大大推动了紫外线消毒技术在城市污水消毒处理中的应用，目前在世界各地已经有3000多家城市污水处理厂安装使用了紫外污水消毒系统，其中95%以上的系统采用了明渠式模块化紫外系统的创意。这些污水消毒系统小的每天处理几千吨污水，大的每天处理上百万吨城市污水。
在亚洲，1999年，香港石湖墟污水处理厂投入运行，该项目峰值流量24万m3/d，消毒后粪大肠杆菌小于1000个/100ml。
2000年，由上海市政工程设计研究院上海市城市排水公司对地处黄浦江上游准水源保护区的闵行污水处理厂尾水消毒进行了研究，经各方论证和技术经济比较，最终决定采用紫外线消毒系统，该装置设计消毒能力5万m3/d（平均流量），采用低压紫外线灯管和人工清洗方式，为我国内地第一套用于污水处理的紫外线消毒装置。
2001年~2003年间，陆续有深圳市龙岗大工业区污水处理厂（5.6万m3/d）、重庆北碚城市污水处理厂（5万m3/d）、上海长桥污水处理厂(2.2万m3/d),上海松江北区污水处理厂（8万m3/d）、无锡新区污水处理厂（3万m3/d）、苏州新区第二污水处理厂（4万m3/d）和上海龙华污水处理厂（10.5万m3/d）等建成或正在建设中。
4 应用实例
紫外线污水消毒技术如今已被广泛应用于各类城市污水的消毒处理中，包括：
1） 低质污水的消毒——只经过一级物理处理或一级强化处理的污水
其特点是高TSS(50mg/L – 150 mg/L以上)和低紫外穿透率(5% - 25% 左右)，因此紫外污水消毒技术含量最高。这类污水如果使用化学消毒工艺，将会产生大量的三致消毒副产物。目前美国夏威夷沙岛污水处理厂是世界上最大的采用紫外线对低质污水消毒的城市污水处理厂，处理规模为56万m3/d，采用了明渠式中压灯消毒系统。
2） 常规二级生化处理后的污水消毒——是紫外线污水消毒应用最为普遍的领域。这类污水TSS一般在10mg/L - 30mg/L，紫外穿透率在40% - 70% 左右。目前正在建造的美国Valley Creek 污水处理厂建成后每天可消毒227万m3/d污水，将成为世界上最大的紫外污水消毒系统，该系统为明渠式中压灯消毒系统。
3） 合流管系溢流(CSO)消毒——紫外消毒技术在这一难度较高的处理中也得到应用，不仅消毒效果好,而且比加氯消毒在剂量的控制上更为可靠和容易操作。这类污水的特点是水质可以在短时间内有很大幅度的变化，例如：TSS可在10mg/L - 100mg/L间，紫外穿透率可在5% - 70%间变化。美国Village Creek污水处理厂采用了紫外消毒技术每天可对136万吨CSO污水进行消毒。该紫外消毒系统是目前世界上最大的紫外污水消毒系统，这套系统也采用了明渠式中压灯消毒技术。
4） 废水再生/中水回用消毒——紫外污水消毒技术的另一个重要应用就是污水的再生消毒处理，也是污水消毒标准最为严格的一类处理。美国加州于90年代初委托美国国家水研究所(NWRI)、美国供水协会(AWWA)和加州戴维斯大学对紫外消毒技术在废水再生处理中的应用问题做了大量重要的研究工作，并最早将紫外污水消毒技术应用于再生废水的消毒处理中。再生水表现为低浊度和高紫外穿透率，从美国的情况看，出水浊度按要求一般不得超过2NTU，紫外穿透率一般在65% - 80% 左右。紫外消毒技术的应用是出于对加氯消毒产生的三致副产物的担心、同时化学消毒剂可对一些农作物产生伤害或可能影响植物的生长，而农业灌溉是加州废水再生的一个主要应用。根据美国1998年的一项不完全统计表明其12个州80家城市污水处理厂采用了紫外污水消毒技术处理再生废水，总处理量每天约为260万m3/d。目前世界上最大的使用紫外消毒技术的废水再生处理厂是加州Santa Rosa污水处理厂，每天可处理25万m3/d再生水，该系统为明渠式中压灯消毒系统。
5 结语
紫外消毒技术为物理消毒方式，具广谱性杀菌能力，无二次污染。经过20多年的发展已经成为比较成熟可靠的高效环保型消毒技术，在国外各个领域得到了广泛的运用。在我国由于对其技术的了解有一定的局限性，在污水处理中的应用不多，上海市政工程设计研究院在这方面开展了许多研究，已在闵行、长桥等污水处理厂得到应用。进入二十一世纪后，随着对污水尾水消毒的日益重视和在部分污水厂的运行经验积累，紫外线消毒技术得到了推广，预计今后有条件的污水处理厂中50%将会采用紫外线消毒，并在城市污水处理应用中成为取代传统化学消毒方法的主流技术。这一技术将有着广阔的应用前景。 |
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