1 城市污水消毒的必要性 2002年11月，我國和許多國家及地區爆發了非典型性肺炎，這一疫情的元兇冠狀病毒廣泛的傳播和性頑強存活能力使人們意識到消毒的重要性，尤其是對接納病人排泄物的污水處理廠的尾水消毒成為防止疫情擴散的重要防線。 2003年5月4日。國家環境保護總局要求“城鎮污水處理廠出水應結合實際采取加氯或紫外線、臭氧等消毒滅菌處理，出水水質糞大腸菌群數小于10000個/L”。由此可見污水處理廠尾水消毒的必要性和緊迫性。 為了保護人類的健康、生命以及水環境和水資源，世界許多國家和地區（北美、歐盟、日本、韓國、臺灣等）都要求對城市污水在排放前進行消毒處理。污水消毒也是保護飲用水源的第一道防線。我國國家環境保護總局和國家質量監督檢驗檢疫總局于2002年12月24日頒布的《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002中首次將微生物指標列為基本控制指標，要求城市污水必須進行消毒處理，從而使污水處理的病理指標與國際接軌。 2 城市污水消毒標準 許多國家和地區在對城市污水要求消毒的同時,也制定了相應的消毒指標。美國的污水排放標準一般是由國家環保局（EPA）制定出指導性原則，再由各州制定出自己的排放標準，向本州的污水處理廠發放國家污染物清除系統（NPDES）排放許可證，證上規定各個污水處理廠的詳細排放指標。該許可證及監測數據最后匯總到美國環保局監控管理，不能達標的污水處理廠將課以罰金處理，該執行管理體系是世界上最為嚴格的，從而保證了標準的嚴格實施和執行。目前美國大部分州對經過二級生化處理后的污水出水的消毒指標為糞大腸菌群不超過200個/100ml，極個別州的標準為糞大腸菌群不超過400個/100ml或1000個/100ml。在廢水再生處理方面，美國大部分州采用了美國加州的消毒標準，即加利福尼亞第22號條例，該標準對非限制性使用的回用水的消毒標準為總大腸菌群不超過2.2個/100ml。加拿大的污水排放消毒指標與美國類似。歐盟國家的污水排放標準主要受浴場水指導準則（Bathing Water Directives）約束，現行標準為受納水體中的總大腸菌群不超過10000個/100ml，且糞大腸菌群不超過2000個/100ml，目前歐盟正在對這一標準進行修改，預計新標準中的糞大腸菌群數將修訂為不超過1000個/100ml。值得注意的是歐盟的標準不是直接規定污水廠出水的標準，而是限定受納水體的水質，在實際操作中容易造成責任不清、互相推諉，有關市政及管理部門在城市污水處理標準的實施上要求不嚴的情況，因此歐盟國家在城市污水處理方面無論是消毒標準還是其實施執行遠不如北美地區嚴格。 我國的《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）將糞大腸菌列為基本污染物控制指標。該標準規定執行二級標準和一級B類標準的污水處理廠排放要求是糞大腸菌群不超過10000個/L（即1000個/100ml），執行一級A類標準的污水處理廠排放要求為不超過1000個/L（即100個/100ml）。 應用的標準歸納如表1： 表1 部分國家和地區尾水消毒指標 國家或地區 糞大腸菌群數 標準 美國國家環保局（EPA） 200個/100ml 二級生化處理后的出水 美國加州加利福尼亞第22號條例 總大腸菌群數2.2個/100ml 非限制性使用的回用水 歐盟 2000個/100ml 浴場水指導準則（Bathing Water Directives） 日本指針 大腸桿菌數3000個/ml 中國GB18918-2002 10000個/l 二級標準 1000個/l 一級標準A類 10000個/l 一級標準B類 中國GB8978-1996 5000個/l 醫院、獸醫院及醫療機構含病原體污水三級標準 1000個/l 醫院、獸醫院及醫療機構含病原體污水二級標準 500個/l 醫院、獸醫院及醫療機構含病原體污水一級標準 1000個/l 傳染病、結合病醫院三級標準 500個/l 傳染病、結合病醫院二級標準 100個/l 傳染病、結合病醫院一級標準 上海市地方標準DB31/199-1997 3000個/l 黃浦江上游水源保護區 10000個/l 黃浦江上游準水源保護區 中國再生水用作冷卻水的水質控制標準 2000個/l GB50335-2002 中國城鎮雜用水水質控制標準 總大腸菌群數3個 GB50335-2002 中國景觀環境用水的再生水水質控制標準GB50335-2002 10000個/l 觀賞性景觀環境用水河道、湖泊類 2000個/l 觀賞性景觀環境用水水景類 500個/l 娛樂性景觀環境用水河道、湖泊類 不得檢出 娛樂性景觀環境用水水景類 3 紫外線污水消毒技術的歷史、現狀 給排水消毒方法可分為兩大類，即化學消毒方法，如：加氯消毒和臭氧消毒；和物理消毒方法，如：紫外線消毒。化學消毒方法一般都會產生三致消毒副產物，在已知的實用消毒方法中，紫外線消毒是唯一不會產生消毒副產物的方法，因此不會造成二次污染問題。 早在1878年人類就發現了太陽光中的紫外線具有殺菌消毒作用。在1901年和1906年人類先后發明了水銀光弧這一人造紫外光源和傳遞紫外光性能較好的石英材質燈管后，法國馬賽的一家自來水廠很快在1910年首次使用了紫外消毒工藝。但人類對紫外消毒技術在城市污水處理中的應用的濃厚興趣則始于20世紀60年代中葉,并于70年代到80年代初對紫外線消毒在城市污水處理中的應用進行了大量早期的研究，這主要是由于當時人們已認識到被廣泛使用的加氯消毒工藝中的余氯對受納水體中的魚類等生物有毒性可導致大量死亡，再有就是發現并確認了氯消毒等化學消毒方法會產生如三鹵甲烷（THMs）等致癌、致基因畸變的消毒副產物。這些發現促使人類尋求一種更好的消毒方法。 加拿大安大略省水資源委員會于1965年和1969年對紫外線消毒技術應用于城市污水處理及對受納水體的影響進行了研究和評估[1]。其他加拿大研究人員對紫外線污水消毒的消毒效果、技術可行性、影響紫外線消毒效果的水質因素、對受納水體中魚類的影響及消毒副產物以及與加氯消毒比較進行了大量先驅性的工作[2][3][4][5][6][7]。這些研究結果表明紫外線污水消毒技術可行、可達到和加氯相同甚至更好的消毒效果，且對受納水體中生態無毒性、不產生消毒副產物。以上研究為推動紫外消毒在城市污水處理中的應用奠定了基礎。 1982年加拿大特潔安（Trojan）技術公司發明了世界上第一套明渠式安裝的紫外消毒系統UV2000，并引進了模塊化紫外消毒系統概念，即紫外系統可由若干獨立的紫外燈模塊組成，且水流靠重力勢流驅動，不再需要泵、管道以及閥門。系統維護可對單個模塊進行，且紫外燈模塊可輕易地從明渠中直接取出進行維護檢修，維護時系統無需停機可繼續運行消毒，因而無需備用設備，如果需要對明渠進行清理也很方便，模塊化明渠式消毒裝置大大降低了紫外污水消毒的成本并使得系統維護簡單、方便。同時，當污水廠在擴建或改造時，只需適當增加紫外燈模塊的數量，而無需添購整套系統，從而可以節省設備投資，使用起來非常靈活。這一發明得到了污水處理廠的歡迎，大大推動了紫外線消毒技術在城市污水消毒處理中的應用，目前在世界各地已經有3000多家城市污水處理廠安裝使用了紫外污水消毒系統，其中95%以上的系統采用了明渠式模塊化紫外系統的創意。這些污水消毒系統小的每天處理幾千噸污水，大的每天處理上百萬噸城市污水。 在亞洲，1999年，香港石湖墟污水處理廠投入運行，該項目峰值流量24萬m3/d，消毒后糞大腸桿菌小于1000個/100ml。 2000年，由上海市政工程設計研究院上海市城市排水公司對地處黃浦江上游準水源保護區的閔行污水處理廠尾水消毒進行了研究，經各方論證和技術經濟比較，最終決定采用紫外線消毒系統，該裝置設計消毒能力5萬m3/d（平均流量），采用低壓紫外線燈管和人工清洗方式，為我國內地第一套用于污水處理的紫外線消毒裝置。 2001年～2003年間，陸續有深圳市龍崗大工業區污水處理廠（5.6萬m3/d）、重慶北碚城市污水處理廠（5萬m3/d）、上海長橋污水處理廠（2.2萬m3/d）,上海松江北區污水處理廠（8萬m3/d）、無錫新區污水處理廠（3萬m3/d）、蘇州新區第二污水處理廠（4萬m3/d）和上海龍華污水處理廠（10.5萬m3/d）等建成或正在建設中。 4 應用實例 紫外線污水消毒技術如今已被廣泛應用于各類城市污水的消毒處理中，包括： 1） 低質污水的消毒——只經過一級物理處理或一級強化處理的污水 其特點是高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術含量最高。這類污水如果使用化學消毒工藝，將會產生大量的三致消毒副產物。目前美國夏威夷沙島污水處理廠是世界上最大的采用紫外線對低質污水消毒的城市污水處理廠，處理規模為56萬m3/d，采用了明渠式中壓燈消毒系統。 2） 常規二級生化處理后的污水消毒——是紫外線污水消毒應用最為普遍的領域。這類污水TSS一般在10mg/L - 30mg/L，紫外穿透率在40% - 70% 左右。目前正在建造的美國Valley Creek 污水處理廠建成后每天可消毒227萬m3/d污水，將成為世界上最大的紫外污水消毒系統，該系統為明渠式中壓燈消毒系統。 3） 合流管系溢流（CSO）消毒——紫外消毒技術在這一難度較高的處理中也得到應用，不僅消毒效果好,而且比加氯消毒在劑量的控制上更為可靠和容易操作。這類污水的特點是水質可以在短時間內有很大幅度的變化，例如：TSS可在10mg/L - 100mg/L間，紫外穿透率可在5% - 70%間變化。美國Village Creek污水處理廠采用了紫外消毒技術每天可對136萬噸CSO污水進行消毒。該紫外消毒系統是目前世界上最大的紫外污水消毒系統，這套系統也采用了明渠式中壓燈消毒技術。 4） 廢水再生/中水回用消毒——紫外污水消毒技術的另一個重要應用就是污水的再生消毒處理，也是污水消毒標準最為嚴格的一類處理。美國加州于90年代初委托美國國家水研究所（NWRI）、美國供水協會（AWWA）和加州戴維斯大學對紫外消毒技術在廢水再生處理中的應用問題做了大量重要的研究工作，并最早將紫外污水消毒技術應用于再生廢水的消毒處理中。再生水表現為低濁度和高紫外穿透率，從美國的情況看，出水濁度按要求一般不得超過2NTU，紫外穿透率一般在65% - 80% 左右。紫外消毒技術的應用是出于對加氯消毒產生的三致副產物的擔心、同時化學消毒劑可對一些農作物產生傷害或可能影響植物的生長，而農業灌溉是加州廢水再生的一個主要應用。根據美國1998年的一項不完全統計表明其12個州80家城市污水處理廠采用了紫外污水消毒技術處理再生廢水，總處理量每天約為260萬m3/d。目前世界上最大的使用紫外消毒技術的廢水再生處理廠是加州Santa Rosa污水處理廠，每天可處理25萬m3/d再生水，該系統為明渠式中壓燈消毒系統。 5 結語 紫外消毒技術為物理消毒方式，具廣譜性殺菌能力，無二次污染。經過20多年的發展已經成為比較成熟可靠的高效環保型消毒技術，在國外各個領域得到了廣泛的運用。在我國由于對其技術的了解有一定的局限性，在污水處理中的應用不多，上海市政工程設計研究院在這方面開展了許多研究，已在閔行、長橋等污水處理廠得到應用。進入二十一世紀后，隨著對污水尾水消毒的日益重視和在部分污水廠的運行經驗積累，紫外線消毒技術得到了推廣，預計今后有條件的污水處理廠中50%將會采用紫外線消毒，并在城市污水處理應用中成為取代傳統化學消毒方法的主流技術。這一技術將有著廣闊的應用前景。 參考文獻 [1] G. Sakamoto, B. Topp, ”Ultraviolet Disinfection Technology in Ontario: The Past, The Present and The Future”, WEAO Conference, Hamilton, Ontario, April 2000. [2] B.Oliver, E. Cosgrove, “The Disinfection of Sewage Treatment Plant Effluents Using Ultraviolet Light”, Can. J Chem. Eng. Vol. 53 April, 1975. [3] F. Tonelli, A.K. Ho, “Evaluating Disinfection Alternatives”. Proc. Toronto Pollution Control Association. April 1978. [4] K. Ho, P. Bohm, “UV Disinfection of Tertiary and Secondary Effluents” Water Poll. Res. J. Can: Vol 16, 1981. [5] K.W.A. Ho, “Application of Ultraviolet Disinfection in a Tertiary Wastewater Treatment Plant” Research Project #87 Ministry of the Environment （MOE）, 1982. [6] P. Bohm, K. Ho, J. Pagel, “Application of UV Disinfection Technology in Ontario Pollution Control Plant Effluents” Tech Transfer Conference 1982, Toronto, Ont., 1982. [7] K. Ho, P. Bohm, “Evaluation of UV Light Disinfection Process in Richmond Hill WPCP” Research Project for the Ministry of the Environment （MOE）, 1984. 轉自：污水網