再生水的消毒處理效果不理想會(huì)影響用水的安全性。目前，國(guó)內(nèi)的中水設(shè)計(jì)規(guī)范或相關(guān)中水教材中所采用的中水消毒機(jī)理仍沿用給水處理的消毒理論，尚無(wú)有關(guān)中水消毒原理研究的專門(mén)報(bào)道〔1, 2, 3, 4, 5〕。相對(duì)于飲用水，中水含有的有機(jī)物較多，采用氯消毒會(huì)產(chǎn)生較多的三鹵甲烷和其他鹵化有機(jī)副產(chǎn)物，而采用二氧化氯消毒則副產(chǎn)物少。因此，如何處理好生物學(xué)安全和生態(tài)安全的關(guān)系是中水消毒處理中面臨的主要問(wèn)題。

　　有效氯的意義對(duì)于二氧化氯消毒和氯消毒來(lái)說(shuō)有著本質(zhì)的區(qū)別，對(duì)于二氧化氯消毒，余氯值和二氧化氯持續(xù)消毒能力不具備良好的相關(guān)性〔6〕。因此，確定合理的二氧化氯投加量是發(fā)揮其消毒作用的關(guān)鍵性因素。另外，二氧化氯的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，見(jiàn)光易分解〔7〕，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，二氧化氯實(shí)際投加量的確定還應(yīng)考慮到藥劑本身的衰減。本研究采用二氧化氯對(duì)中水進(jìn)行消毒處理，探討了中水水質(zhì)對(duì)二氧化氯投加量的影響以及二氧化氯濃度隨時(shí)間的衰減情況，確定了消毒30 min條件下中水衛(wèi)生指標(biāo)達(dá)標(biāo)時(shí)的二氧化氯最小剩余劑量。該項(xiàng)研究可為實(shí)際工程提供數(shù)據(jù)支持和技術(shù)依據(jù)。

　　1 實(shí)驗(yàn)

　　1.1 實(shí)驗(yàn)用水

　　實(shí)驗(yàn)用水取自北京市高碑店污水處理廠的砂濾出水，其水質(zhì)：COD 15～50 mg/L，氨氮0.1～11.1 mg/L，濁度1.0～10.3 NTU，大腸菌群數(shù)<106 數(shù)量級(jí)(1 L水中，下同)，pH 7.1～8.1。

　　1.2 實(shí)驗(yàn)方法

　　1.2.1 中水COD與二氧化氯最小投加量定量關(guān)系

　　取200 mL 水樣，向其中投加一定量的二氧化氯，然后在室溫下用磁力攪拌器攪拌30 min。取上述反應(yīng)后的水樣100 mL，向其中加入1 mL 0.01 mol/L 的無(wú)菌中和劑(硫代硫酸鈉)，終止消毒劑與微生物的反應(yīng)，然后檢測(cè)水樣中的大腸菌群數(shù)是否達(dá)到《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)的要求。若達(dá)標(biāo)，則二氧化氯投加量以0.1 mol/L 遞減;若不達(dá)標(biāo)，則二氧化氯投加量以0.1 mol/L遞增，以確定中水COD與二氧化氯最小投加量的定量關(guān)系。

　　1.2.2 消毒30 min 后中水中二氧化氯適宜剩余劑量確定

　　實(shí)驗(yàn)方法同1.2.1，同時(shí)檢測(cè)消毒30 min后中水中的二氧化氯剩余劑量及大腸菌群數(shù)。

　　1.2.3 二氧化氯濃度隨時(shí)間衰減實(shí)驗(yàn)

　　分別取不同體積的儲(chǔ)備藥劑二氧化氯于100 mL 容量瓶中，用無(wú)氨水稀釋至刻度，得到不同初始濃度的二氧化氯溶液。將其在室溫下于暗處放置，每天檢測(cè)溶液中二氧化氯濃度，以確定一定濃度的二氧化氯隨時(shí)間的衰減規(guī)律。

　　2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

　　2.1 中水COD與二氧化氯最小投加量的定量關(guān)系

　　在中水濁度為1.00～6.37 NTU，大腸菌群數(shù)<106 數(shù)量級(jí)的條件下，研究了中水COD(mg/L)與二氧化氯最小投加量(C，mg/L)的關(guān)系，結(jié)果如圖 1所示。由圖 1可以看出，本實(shí)驗(yàn)條件下，隨著中水COD的增大，二氧化氯最小投加量呈上升趨勢(shì)，且兩者呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2達(dá)到了0.98以上，說(shuō)明影響二氧化氯消毒中水效果的主要因素為COD，中水中其他因素對(duì)消毒效果的影響則相對(duì)較小。

?圖 1 中水COD與二氧化氯最小投加量的線性關(guān)系

　　另外，由COD檢測(cè)方法〔8〕可知，當(dāng)水樣COD 在10～50 mg/L時(shí)，COD的測(cè)定結(jié)果會(huì)存在10%左右的誤差。而本實(shí)驗(yàn)中水COD一般在10～50 mg/L，因此需用系數(shù)r對(duì)所得線性方程進(jìn)行修正，最終的線性方程為C=0.026 4×COD×r + 0.042 3(r為 0.9～1.1)。

　　2.2 線性方程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

　　為考察中水COD與二氧化氯最小投加量關(guān)系方程的適用性，選取5種水源和處理工藝均與高碑店城市污水處理廠中水不相同的中水水樣，在室溫，濁度為 1.00～6.37 NTU，大腸菌群數(shù)<106數(shù)量級(jí)的條件下進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表 1。

　　從表 1可以看出，對(duì)于5種不同的中水水樣，二氧化氯的實(shí)際最小投加量均在利用線性方程計(jì)算的理論值范圍內(nèi)，說(shuō)明該線性方程具有一定的適用性。因此，當(dāng)中水采用二氧化氯消毒時(shí)，可根據(jù)該線性方程確定二氧化氯的投加量。

　　2.3 濁度對(duì)線性方程適用性的影響

　　在室溫，中水COD 為15～50 mg/L，大腸菌群數(shù)<106 數(shù)量級(jí)的條件下，研究了中水濁度對(duì)線性方程適用性的影響，結(jié)果見(jiàn)表 2。

　　從表 2可以看出，當(dāng)濁度<6.37 NTU時(shí)，二氧化氯實(shí)際最小投加量均在利用線性方程計(jì)算的理論值范圍內(nèi);當(dāng)濁度>6.37 NTU時(shí)，二氧化氯實(shí)際最小投加量超出了利用線性方程計(jì)算的理論值范圍。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與趙燕等〔9〕以濁度5 NTU為線性方程分界線的結(jié)果有所不同。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)中水濁度<6.37 NTU時(shí)，二氧化氯實(shí)際最小投加量可采用線性方程C=0.026 4×COD×r+0.042 3進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)中水的濁度>6.37 NTU時(shí)，則需對(duì)COD與二氧化氯最小投加量線性方程進(jìn)行修正，修正后的方程為C=1.5×(0.026 4×COD×r+ 0.042 3)。

　　2.4 大腸菌群數(shù)對(duì)線性方程適用性的影響

　　在室溫，中水COD為 15～50 mg/L，濁度為1.00～6.37 NTU的條件下，研究了中水大腸菌群數(shù)對(duì)線性方程適用性的影響，結(jié)果見(jiàn)表 3。

　　從表 3可知，當(dāng)大腸菌群數(shù)<106數(shù)量級(jí)時(shí)，二氧化氯實(shí)際最小投加量在利用線性方程計(jì)算的理論值范圍內(nèi)。因此，當(dāng)中水大腸菌群數(shù)在 106數(shù)量級(jí)以內(nèi)時(shí)，線性方程C=0.026 4×COD×r+0.042 3適用。

　　二氧化氯在水中的擴(kuò)散速度與滲透能力均比氯快，且二氧化氯以中性單分子形態(tài)通過(guò)單純擴(kuò)散的方式透過(guò)細(xì)胞膜，不需要載體蛋白(滲透酶)參與，因此其殺菌作用不受細(xì)菌的代謝活力影響，這一特點(diǎn)導(dǎo)致二氧化氯幾乎對(duì)一切會(huì)導(dǎo)致水介傳染病的病原微生物均有較好的滅活效果，并且微生物不易對(duì)其產(chǎn)生耐受性。

　　2.5 二氧化氯自身衰減模型

　　溶液二氧化氯質(zhì)量濃度(C，mg/L)隨時(shí)間(t，d)的衰減情況如圖 2所示。

?圖 2 二氧化氯溶液隨時(shí)間的衰減規(guī)律

　　從圖 2可以看出，二氧化氯濃度隨時(shí)間的衰減規(guī)律符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。通過(guò)計(jì)算可得二氧化氯的半衰期 t1/2=4.5 d，也就是說(shuō)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，二氧化氯儲(chǔ)備液放置的時(shí)間不能超過(guò)5 d。此外，從圖 2還可以看出，隨二氧化氯濃度的減小，其衰減速率亦逐漸減小。因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，配備儲(chǔ)備液的濃度不宜過(guò)大，否則濃度衰減太快。

　　2.6 消毒30 min中水中二氧化氯剩余劑量的確定

　　取9家不同來(lái)源的中水水樣，其大腸菌群數(shù)<106 數(shù)量級(jí)，向其中加入一定量的二氧化氯消毒30 min后，取水樣檢測(cè)二氧化氯的剩余劑量與大腸菌群數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表 4。

　　從表 4可以看出，當(dāng)中水消毒30 min，水樣中剩余二氧化氯質(zhì)量濃度為 0.10 mg/L時(shí)，不同水樣中的大腸菌群已經(jīng)完全滅活，滿足回用標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到中水安全回用的目的。說(shuō)明使用二氧化氯進(jìn)行中水消毒時(shí)，為維持二氧化氯的持續(xù)消毒能力，必須確保消毒30 min后水中剩余二氧化氯質(zhì)量濃度最小為 0.10 mg/L。

　　由于中水的來(lái)源和處理工藝不同，導(dǎo)致中水水質(zhì)差異較大，某些因素(如濁度、有機(jī)物的含量或微生物的數(shù)量)會(huì)影響到二氧化氯的消毒效果，因此，其投加量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況酌情增加。由于本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是在采用9家不同水源和不同處理工藝的中水作為研究對(duì)象的基礎(chǔ)上得到的，因此，其結(jié)果具有一定普遍性，對(duì)實(shí)際工程有一定的指導(dǎo)意義。具體參見(jiàn)污水技術(shù)資料更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3 結(jié)論

　　(1)當(dāng)濁度為1.00～6.37 NTU，大腸菌群數(shù)<106數(shù)量級(jí)時(shí)，中水COD與二氧化氯最小投加量關(guān)系滿足一元線性方程C=0.026 4×COD×r+0.042 3。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，該線性方程具有一定適用性。當(dāng)濁度>6.37 NTU時(shí)，需對(duì)COD與二氧化氯最小投加量線性方程進(jìn)行修正，修正后的方程：C=1.5×(0.026 4×COD×r+0.042 3)。

　　(2)采用二氧化氯對(duì)中水進(jìn)行消毒，余氯值不能表明二氧化氯的持續(xù)消毒效果，檢測(cè)消毒30 min時(shí)水樣的二氧化氯剩余劑量更為有效。為保證二氧化氯的持續(xù)消毒能力，要求剩余二氧化氯質(zhì)量濃度不能低于0.10 mg/L。

　　(3)二氧化氯濃度隨時(shí)間的衰減符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，且隨二氧化氯濃度的減小，其衰減速率逐漸減小。因此，配備的二氧化氯儲(chǔ)備液不宜長(zhǎng)時(shí)間放置，且濃度不宜過(guò)大。