二次供水系统中三种补充消毒工艺的比较

高 炜，朱慧峰，安 东

(1. 上海市自来水市北有限公司，上海 200086;2. 上海市供水调度监测中心，上海 200002;3. 复旦大学环境科学与工程系，上海 200433)

上海二次供水设施中存在管理不善及水箱、水池设计不合理等问题。如消防和生活用水合用导致水箱过大，水力停留时间过长，造成余氯衰减水质恶化，密封不严造成二次污染等。上海市自来水市北有限公司对所辖100 多个水箱采样点水质监测表明至少10%的水箱供水余氯较低，居民小区水箱和地下水池不同程度存在细菌学指标(细菌总数和大肠杆菌)超标的风险，直接影响用户水质［1，2］。改善二次供水消毒效果的手段主要有三个:优化水厂消毒剂投加量;改、扩建二次供水设施;采用二次供水补充消毒方式。对于二次供水局部存在的微生物风险问题，可以选择提高水厂消毒剂投加量，或改、扩建管网，或二次供水设施改造三种方法。其中采用二次供水补充消毒是经济且高效的方法，既可以单独采用，也可以配合水厂提高消毒剂投加量或改扩建二次供水设施使用。二次供水补充消毒技术会提高饮用水安全性，具有很好的推广应用价值。

以上海市二次供水水质保障为研究目的，探讨了紫外、臭氧和微电解三种补充消毒方式对二次供水进行补充消毒的效果并开展示范应用研究。

1 试验方法

1.1 试验设计

图1 试验装置示意图Fig.1 Schematic Diagram of Experimental Apparatus

试验装置主要有循环水箱、静置水箱和消毒设备组成，循环水箱设曝气吹脱装置，可根据试验需要调节余氯量，静置水箱可考察不同停留时间微生物的生长情况，消毒设备采用试验选择的三种消毒方式，紫外消毒设备为管道式，臭氧和微电解消毒为水箱投加方式。水箱体积均为1.2 m3，进水接上海市居民自来水，安装出水循环和排放管路。

1.2 试验仪器和测定方法

紫外消毒设备由杭州汉山环保有限公司生产，型号为HANSUV-3500，处理水量为2 t/h;臭氧设备由上海康特环保有限公司生产，型号为KT-OZ-20KG;微电解设备由上海艾晟特环保有限公司生产，型号为AST-400，处理水量为2 ～10 t/h;HACH公司PCII 便携式余氯分析仪测定余氧浓度;测定采用平皿计数法测定细菌总数;其他仪器包括超净操作台苏净垂直式、恒温培养箱BCD-50、冰箱HAIER-257SD 等。

2 结果与讨论

2.1 二次供水紫外补充消毒

2.1.1 紫外照射时间

在低余氯水平(0.05 mg/L)时，紫外消毒前细菌总数为60 ～400 cfu/mL;水样在零余氯时，细菌为1 ×103cfu/mL。这两种情况下，均采用紫外照射进行消毒，控制反应器紫外剂量为60 mJ/cm2。由表1可知无论低余氯还是零余氯，紫外消毒时间控制在5 s 以上可保证全部去除细菌。经紫外照射消毒后，水中余氯依然存在。

表1 不同余氯水质所需紫外照射时间Tab.1 Required UV Irradiation Time of Different Residual Chlorine in Water

2.1.2 紫外照射功率

在零余氯的条件下，消毒前细菌总数控制为1 ×103cfu/mL 左右，紫外设备功率越大消毒效果越好，如图2 所示。紫外功率为1 5 mJ/cm2时消毒效果不佳，在5 s 内无法全部去除细菌;紫外功率为30 mJ/cm2时消毒效果略好，经6 s 可全部去除细菌;45 ～60 mJ/cm2时功率紫外消毒效果接近，经3 ～4 s 即可全部去除细菌。由图2 可知不同紫外照射功率经9 s接触后，可以全部去除细菌。因此，可将消毒时间确定为9 s，紫外功率可控制在45 ～60 mJ/cm2。

图2 紫外照射功率与消毒效果关系Fig. 2 Relationship between UV Irradiation Power and Disinfection Effect

2.1.3 紫外消毒设备安装位置的选择

图3 为紫外消毒设备设置在二次供水水箱进口端时的消毒效果。前述试验已经证实，紫外消毒设备放置在出口端，只要保证足够的接触时间(＞9 s)和功率(45 ～60 mJ/cm2)，即可保证全部去除二次供水过程中的细菌。

图3 紫外消毒设备设置在水箱进口端的消毒效果Fig. 3 Disinfection Effect of UV Apparatus Installed in Inlet of Water Tank

紫外消毒设备放置若设置在二次供水水箱的进口端，控制紫外照射功率为60 mJ/cm2。设置余氯浓度分别为0.12、0.05 和0 mg/L 的条件。试验结果证实在水箱进口端消毒，无论初始余氯浓度多少，水箱水可保持4 h，细菌总数保持在较低的水平，细菌总数低于100 cfu/mL;初始余氯浓度越高，水箱水细菌总数增长越缓慢;经紫外消毒后的水样，放置在二次供水水箱中的时间超过4 h 后，细菌总数会有较快的增长;零余氯条件下，经过放置8 h 之后，细菌总数达1.2×103cfu/mL，存在较大的微生物风险。实际应用中，应在二次供水中保留一定的余氯量。

2.1.4 二次供水紫外设备的工艺参数选择

二次供水紫外消毒以有效去除细菌为目的，可制定如表2 的工艺参数选择范围。

表2 二次供水紫外设备工艺参数选择Tab.2 Parameters for Secondary Water Supply by UV Irradiation

2.2 二次供水臭氧消毒

2.2.1 臭氧接触时间与投加量

试验中将水箱水静置12 h 以上，并吹脱余氯，保证余氯为零，细菌总数增殖至5 ×103cfu/mL 左右时开始试验。图4 为不同浓度臭氧(0.3 ～1.5 mg/L)的补充消毒效果，臭氧浓度越大，所需的消毒接触时间越短。投加臭氧浓度为1.5 mg/L 时，接触时间2 min，可保证全部去除细菌;投加臭氧浓度为0.3 mg/L时，接触时间需延长至10 min，依然可保证全部去除细菌。臭氧消毒CT 只需控制在3 ～4 mg·min/L。实践中，需考虑水箱所能提供的接触时间，并最小化臭氧投加浓度，尽量降低嗅味和副产物产生的可能。实际应用中，二次供水应具有一定的余氯量。

图4 不同浓度臭氧的补充消毒效果Fig.4 Effect of Disinfection by Ozone with Different Concentrations

2.2.2 溴酸盐的生成

试验中对投加不同浓度臭氧消毒后溴酸盐产生情况进行了考查，如图5 所示。臭氧消毒后，溴酸盐浓度均有所增加，因此臭氧投加浓度不宜过大，应控制投加量小于0.5 mg/L。

图5 不同浓度臭氧消毒产生溴酸盐情况Fig.5 Bromate Formation during Disinfection by Ozone with Different Concentrations

2.2.3 二次供水臭氧设备的工艺参数选择

二次供水臭氧消毒以有效去除细菌和减少溴酸盐生成为目的，可制定如表3 的工艺参数选择范围。

表3 二次供水臭氧设备工艺参数选择Tab.3 Parameters for Secondary Water Supply by Ozone

2.3 二次供水微电解消毒

2.3.1 微电解的灭菌效果

微电解电压为10 V，投加30 和100 mg/L 的氯离子对细菌的去除效果相近，投加10 mg/L 氯离子消毒效果较差，如图6 所示。如果原水中所含氯离子能够达到30 mg/L 以上，不需再额外投加补充氯离子。

图6 不同氯离子投加产生余氯的消毒效果Fig.6 Effect of Disinfection by Chlorine with Different Dosage

2.3.2 氯化副产物的生成

采用微电解消毒产生消毒副产物情况如表4 所示。当余氯为0.05 ～0.1 mg/L 时，接触2 h，副产物浓度会增加。上海的二次供水水质经消毒接触后，三氯甲烷有一定的超标风险。

表4 微电解产生副产物情况Tab.4 By-products Formation by Micro Electrolysis

2.4 示范应用

通过对三种常用消毒技术的试验比较，选取了紫外补充消毒技术作为示范应用技术。在普陀区“馨越公寓”小区1 号楼屋顶水箱安装了一台紫外消毒设备，继续跟踪紫外消毒设备在示范应用过程中的效果和出现的问题。图7 为紫外消毒示范装置。

3 结论

(1)试验选择的紫外、臭氧、微电解均有一定的二次供水补充消毒能力，可以降低因二次供水余氯不足产生的微生物风险。

(2)紫外设备需保证接触时间大于9 s，紫外照射功率为45 ～60 mJ/cm2;当臭氧投加量小于0.5 mg/L时，CT 应达到3 ～4 mg·min/L;微电解的氯离子浓度为30 mg/L 以上。

图7 紫外消毒示范装置Fig.7 Demonstration Apparatus for UV disinfection

(3)紫外消毒可不考虑副产物问题;臭氧采用的投加量需控制溴酸盐的生成;微电解消毒需控制三氯甲烷浓度的增加。

(4)采用紫外光或臭氧消毒因无剩余消毒剂量，需注意细菌复苏。

［1］陈寅，陈国光.上海城市供水管网水质的调查分析［J］. 中国给水排水，2002，18(7):58-62.

［2］高炜，陈国光.不同原水的氯化消毒工艺研究［J］. 净水技术，2003，22(6):12-15.