城镇污水处理中紫外线消毒的应用和监测研究
龚 立
(徐州建邦环境水务有限公司 江苏省徐州 221000)
摘 要:介绍城市污水处理厂中紫外消毒技术、影响因素和光复活原理，通过对某城镇污水厂紫外消毒后污水中粪大肠杆菌检测取样点位、水样存放条件进行研究，找出最能反映紫外线消毒设备运行效果的特征取样位置与保存条件，同时为污水处理厂出水粪大肠杆菌检测提供参考。
关键词:污水处理，紫外消毒，光复活，监测规范
1 绪论
1.1 研究背景
生活污水、医院污水和一些生产废水中通常含有大量的细菌或病毒，这些细菌或病毒不能被常规污水处理工艺去除，这些细菌或病毒若直接排放，将引起较严重的卫生问题。2002年12月24日国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫局联合颁布的《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。在污水处理中，通常采用的消毒方法有氯消毒（如氯气消毒、次氯酸钠消毒）、氧化剂消毒（如臭氧消毒、过氧乙酸消毒）、紫外线消毒。近年来，随着紫外线消毒技术的不断进步，其操作简单、占地面积小、不产生有毒有害消毒副产物、对受接触水体也无副作用等优势，使紫外线消毒技术在国内外污水处理领域中得到广泛应用，成为替代传统氯消毒的主要方法之一。
1.2 研究意义和目的
随着紫外消毒技术的广泛应用，紫外线消毒的运行效果得到了人们的关注。由于紫外线消毒不具备残余消毒能力，而微生物具有自我修复机制，消毒后的出水微生物发生光复活，在适宜的环境下增殖，从而影响了污水处理厂出水水质的测定。国内现有污水处理厂对出水粪大肠杆菌的监测点位多为污水处理厂总排放口。
紫外消毒研究是通过徐州某污水处理厂出水不同取样位置、水样存放条件等因素变动下检测粪大肠杆菌数量，找出最能反映紫外线消毒设备运行效果的特征取样位置与保存条件，同时为污水处理厂出水粪大肠杆菌检测提供参考。
2 紫外消毒及微生物复活理论基础
2.1 紫外消毒的基本原理
污水紫外消毒采用的是 C 波段紫外线，波长为200 nm ～ 275 nm。紫外消毒的原理[1-2]为: 紫外线照射到微生物时，发生能量的传递和积累，一方面导致核酸突变，阻碍其复制和转录，封锁及阻碍蛋白质的合成; 另一方面，产生的自由基可引起光电离，从而导致细胞的死亡。其中，DNA 是紫外线破坏生物体的主要对象，而紫外线导致 DNA 损伤主要是由于生成了一类光化学产物―――环丁烷型嘧啶二聚体，这些二聚体的生成可以阻碍 DNA 的复制和转录，引起细胞变异，从而导致细胞死亡。
2.2 紫外线消毒的影响因素[3]
影响紫外线杀菌效果的因素主要有:紫外线灯管的功率、性能、使用时间和照射方式等;处理水的物理化学性质,如悬浮物(SS)、浊度、色度、水中微生物的类型和数量、其他杂质含量等;系统设计的方式以及反应器的形态,水力条件等等。
2.3微生物光复活原理[4-5]
微生物光复活是指在可见光的照射下，微生物利用自身的光复活机制对紫外线损伤进行逆转，主要通过 3 种途径: 一是在光复活酶的作用下，在蓝紫光波波长为 310 nm ～480 nm 的光照条件下，连接在一起的可以逆转的光产物嘧啶二聚体解聚而形成单体，是 DNA 恢复复制能力; 二是用未损伤的核苷酸取代嘧啶二聚体，是 DNA 恢复正常功能和结构; 三是细胞在 DNA 复制时将损伤部位忽略和绕过，通过切割修复和重组修复从基因组中除去这种光化学产物，即向环丁烷型嘧啶二聚体转移一个电子，使其裂解，从而恢复 DNA 双螺旋结构。
2.4 微生物暗复活[6]
在避光情况下也微生物会自动修复，从而重新获得活性，这种现象叫做暗复活。根据有关研究，避光保存后大肠杆菌菌群数基本保持不变，暗修复作用不显著。
3 研究内容及方法
3.1 研究内容
江苏徐州某污水处理厂采用工艺为AAO+深度处理+紫外线消毒技术，本研究通过该厂紫外线消毒设备后水样取样深度、距离紫外消毒的位置，水样保存条件等不同条件下对粪大肠杆菌数量的测定，找到对粪大肠杆菌复活影响最小的取样位置及水样保存工况。
3.2 实验方法
考虑污水处理厂紫外消毒设备处理后出水中粪大肠杆菌数量受取样位置、采样深度、样品保存方式、保存时间等诸多因素影响，本实验以正交试验的方式，研究影响因素之间的联系以及对结果造成的影响。
3.3实验步骤
3.3.1 光照对粪大肠杆菌复活的影响
根据现有紫外消毒实验研究[7]证明紫外线光复活客观存在，光照对出水粪大肠杆菌影响较大，故测定粪大肠杆菌取样一定要避光保存。
3.3.2取样对粪大肠杆菌复活的影响
考虑污水处理厂紫外消毒设备选定后，紫外线灯管功率、照射方式、水中微生物的性质等基本确定，灯管使用时间、处理水的物理化学性质（SS、色度等）与运行管理水平有直接关系，属可控条件。本实验将取样深度，取样距离紫外消毒末端距离，水样保存时间，水样保存温度作为主要影响因素，每一因素设定3个水平，进行三因素三水平的正交试验，试验设计如表1，试验方案如表2。
|
因素水平 |
A取样深度 |
B距末端距离 |
C水样保存时间 |
D水样保存温度 |
|
1 |
0.1米 |
0.1米 |
0h |
自然水温 |
|
2 |
0.3米 |
1米 |
6h |
自然室温 |
|
3 |
0.5米 |
3米 |
24h |
冰箱4℃存放 |
表1 正交试验表设计
|
因素 |
A取样深度 |
B距末端距离 |
C水样保存时间 |
D水样保存温度 |
|
实验1 |
1(0.1) |
1(0.1) |
1(0) |
1(自然水温) |
|
实验2 |
1(0.1) |
2(1) |
2(6) |
2(自然室温) |
|
实验3 |
1(0.1) |
3(3) |
3(24) |
3(冰箱4℃存放) |
|
实验4 |
2(0.3) |
1(0.1) |
2(6) |
3(冰箱4℃存放) |
|
实验5 |
2(0.3) |
2(1) |
3(24) |
3(冰箱4℃存放) |
|
实验6 |
2(0.3) |
3(3) |
1(0) |
1(自然水温) |
|
实验7 |
3(0.5) |
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