（环境工程专业论文）强化混凝和二氧化氯消毒联合处理医院污水研究.pdf

硕i ：论文强化混凝和二氧化氯消毒联合处理医院污水研究 摘要 为了满足中小型医院以及现在农村医疗机构污水处理的方法改善和合理规划的要 求，本实验进行强化混凝和二氧化氯联合处理医院污水的研究。研究分为三个部分：第 一，通过正交实验和单因素实验对以聚合氯化铝( p a c ) 、聚合硫酸铁( p f s ) 或聚合氯 化铝铁( p a f c ) 为絮凝剂、以聚丙烯酰胺( p a m ) 为助凝剂的强化混凝处理工艺的条 件：絮凝剂种类、投加量、复配比、水的p h 及温度等进行了实验研究；第二，通过考 虑絮体质量浓度的变化速率与絮体质量浓度的关系，初步探讨强化混凝过程中絮体的形 成动力学；第三，研究二氧化氯用量和作用时间对消毒效果以及物化指标的影响，并考 察对医院污水原水的消毒效果。 实验结果表明，强化混凝的各条件对医院污水处理效果的影响主次关系为：絮凝剂 的投加量 反应温度 p h 絮凝剂的复配选择 助凝剂的投加量；结合单因素实验得出的 最佳强化混凝条件为：p f s 和p a m 复配投加，p f s 的投加量是18 7 5 m g l ，p a m 的投 加量为3 7 5 m g l ，p f s 与p a m 的复配比为5 0 ：1 ，p h 为8 o ，温度为1 5 2 0 ；通过动 力学研究得出絮体形成动力学速率方程为：v = d c d t = 1 7 6 x 1 0 4 c l5 1 ；通过消毒实验的研究， 当二氧化氯用量为2 0 m g l 、作用6 0 m i n ，可将医院污水中粪大肠菌群、沙门氏菌和志贺 氏菌能够被全部杀灭，并且在该投加量和作用时间下，消毒后的医院污水中余氯保持6 9 m g l 之间。而且二氧化氯投加量在1 0 - - - 3 0 m g l 范围内，对出水的其他物化指标无显 著影响。 经过实验研究，强化混凝与二氧化氯联合除氯医院污水的处理效果为c o d 。，的去除 率为7 2 2 ，氨氮的去除率为1 4 ，浊度的去除率为9 7 7 ，s s 的去除率为8 7 5 。表 明强化混凝与二氧化氯联合处理医院污水的方法对物化指标基本能够达到国家排放标 准，生物指标完全达标，对c o d c r 、浊度、s s 、粪大肠菌群、沙门氏菌和志贺氏菌有较 好的去除效果，尤其对浊度和微生物的去除效果最好；但是对氨氮的去除率并不理想， 采用物化法对氨氮的去除尚需进一步研究。 关键词：医院污水；强化混凝；动力学；二氧化氯；消毒 a b s t r a c t 硕一l 二论文 a b s t r a c t o nt h ep u r p o s eo fi m p r o v i n ga n dp l a n n i n gs e w a g et r e a t m e n to fs m a l la n dm e d i u m h o s p i t a la n dr u r a lm e d i c a l i n s t i t u t i o n s t h es t u d yo fd e a l i n gw i t h h o s p i t a ls e w a g eb y c o m b i n i n ge n h a n c e dc o a g u l a t i o nw i t l lc h l o r i n ed i o x i d ed i s i n f e c t i o ni sr e s e a r c h e d t h i ss t u d y i sd i v i d e di n t ot h r e ep a r t s ：i nt h ef r s tp a r to ft h ep a p e r , t h ec o n d i t i o nw h i c hi n c l u d et h ek i n d o ff l o c c u l a n t ，t h ed o s a g eo ff l o c c u l a n t ，c o m p l e xr a t i o ，p ha n dt e m p e r a t u r eo fs e w a g ei s r e s e a r c h e db yo r t h o g o n a la n ds i n g l e - f a c t o re x p e r i m e n t i nt h es t u d y , p a c ，p f so rp a f ci s c h o s ea sf l o c c u l a n t ，w h i l ep a mi sc h o s ea sc o a g u l a n ta i d i nt h es e c o n dp a r to ft h ep a p e r , k i n e t i c so ff o r m a t t i n gf l o ei ss t u d yp r e l i m i n a r i l yi nt h ee n h a n c e dc o a g u l a t i o na c c o r d i n gt ot h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ec h a n g er a t eo ff l o cc o n c e n t r a t i o na n df l o ec o n c e n t r a t i o n i nt h et h i r d p a r to ft h ep a p e r , t h ea f f e c to f t h ed o s a g eo fc h l o r i n ed i o x i d ea n da c t i o nt i m eo nd i s i n f e c t i o n a n dm a t e r i a l i z e di n d e xi sr e s e a r c h e d ，t h e nt h es t u d yo fd i s i n f e c ta f f e c to nh o s p i t a ls e w a g ei s r e s e a r c h e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ei m p a c td e g r e eo ft h ec o n d i t i o ni st h a tt h ed o s a g eo f p f s t e m p e r a t u r e p h t h eh n do ff l o c c u l a n t t h ed o s a g eo fc o a g u l a n ta i d ；t h ec o a g u l a t i o n e f f e c to fp f si st h eb e s ta m o n gt h et h r e ek i n do fi n o r g a n i cf l o c c u l a n t s ，a n dt h eb e s t c o a g u l a t i o nc o n d i t i o ni st h a tt h ec o m p l e xr a t i ob e t w e e np f sa n dp a m i s5 0 ：1 ，t h ed o s a g eo f p f si s18 7 5 m g l ，t h ed o s a g eo fp a mi s3 7 5 m g l ，p hi s8 0a n dt h ec o a g u l a t i o nt e m p e r a t u r e i s1 5 2 0 。c ，t h ef l o c c u l a t i o nk i n e t i ce q u a t i o ni sv = d c d t = 1 7 6 1 0 4 1 ；n eb e s td o s a g eo f c h l o r i n ed i o x i d ea n da c t i o nt i m ei sc e r t a i n ，w h i c hi st h a tt h ed o s a g eo fc h l o r i n ed i o x i d ei s 2 0 m g l ，a c t i o nt i m ei s 15 m i n t h es u mo ff e c a lc o l i f o r mo ft h eo u tw a t e rl e s st h a n10 ， s a l m o n e l l aa n ds h i g e l l aa r ek i l l e d i th a sn o ta b v i o u se f f e c to nm a t e r i a l i z e di n d e xi nt h e10 - _ ， 3 0m g ld o s a g eo fc h l o r i n ed i o x i d e b y a l lo ft h es t u d y , t h ee f f e c to f t r e a t i n gi ss u m e d ，s u c ha st h er e m o v a lo fc o d c f ，n h 3 - n ， t u r b i d i t ya n ds si s7 2 2 ，14 ，9 7 7 a n d8 7 5 ，t h ea v e r a g ek i l lr a t eo fe c o l ii s9 9 9 9 ， t h ea v e r a g ek i l lr a t eo fs t a p h y l o c o c c u sa u r e u si s9 9 9 8 t h ep a p e rs h o wt h a tt r e a t m e n tb y c o m b i n i n ge n h a n c e dc o a g u l a t i o n 、析t hc h l o r i n ed i o x i d ed i s i n f e c t i o ni se f f e c t i v em e t h o df o r r e m o v i n gc o d c r ，e s p e c i a l l yf o rr e m o v i n g t u r b i d i t y , 。s s ，f e c a lc o l i f o r m ，s a l m o n e l l a , s h i g e l l a b u tt h er e m o v a lr a t eo fn h 3 - ni ss m a l l ，s ot h ef u r t h e rr e s e a r c hi su r g e n t l yn e e d e d k e yw o r d ：h o s p i t a ls e w a g e ；e n h a n c e dc o a g u l a t i o n ；f l o c c u l a t i o nk i n e t i c s ；c h l o r i n ed i o x i d e ； d i s i n f e c t i o n 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学 位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布 过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的 材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文中作了明 确的说明。 、h - 1 研究生签名： 耋澎篷) 矽，护年a 扫日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上 网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权 其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文， 按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名： 孝冯盘 必。年钿五汨 硕士论文强化混凝和二氧化氯消毒联合处理医院污水研究 1 绪论 1 1 研究背景 在国家医疗政策的鼓励下，医疗机构的发展和农村医疗机构的规划等均使医疗机构 数量增加很多，而其产生的污水也将大幅增加川。如果不妥善处理，将会影响我国新农 村的建设，并且使农村环境在原本已存在的污染农村化的基础上更加恶化【2 j 。县级、乡 镇级医疗机构及其就诊人数的增加，势必使污水处理工艺更加普及，更需要使处理工艺 易于让这些中小型医院接受。生物法作为处理效果较好，技术工艺较成熟的处理方法， 比较适合在大中型医院实际应用，由于生物处理工艺对于进水的p h 值、生物毒性、可 生化性等水质指标的要求极为严格，需要较高专业素质的人员管理，管理起来也比较复 杂，这就使得生物法应用起来较为困难，尤其对于中小型医院来说，更是难以实际应用 并达到预期处理效果。在这种形势下，寻求一种价格便宜、投入较少并且管理运行和维 护方便简单的处理工艺刻不容缓。目前多数医疗机构已经有了消毒设施【2 j ，这些医疗机 构只需要在这些消毒设施的基础上进行稍加改扩建就能够采用效果较好的物化处理了。 本课题针对现如今我国医院污水的处理现状、医疗机构的发展建设情况和以往物化 处理工艺中出水c o d mb o d 等理化指标不能保证达标等缺点【3 l ，使物化处理效果稳定 高效地符合国家标准，拟采用强化混凝联合二氧化氯消毒的强化物化处理工艺，即一级 半处理工艺处理医院污水。现在国内外关于强化混凝处理含磷废水、微污染源水等水的 研究较多，而用强化混凝联合二氧化氯工艺处理医院污水的报道很少。为此目的，本研 究进行该工艺的相关研究， 强化混凝结合二氧化氯消毒的一级半处理工艺简单，投资少，耗能少，运行管理方 便，不需要专业素质很高的工作人员。强化混凝通过投加适量或过量的混凝剂、改变p h 值、调整混凝温度等方法1 4 1 ，强化混凝剂的混凝效果，使污水中污染物胶体颗粒降低z a t a 电位，在最佳脱稳状态下与合适的絮凝剂和助凝剂形成稳定的络合物，并在混凝剂的吸 附凝聚、卷扫网捕聚集的作用下形成较大较稳定的絮体，最后在重力作用下沉淀成污泥。 澄清水经过投n - - 氧化氯进行消毒。 过程强化不仅可以简化操作和运行以及提高处理效果，而且还能够符合节能减排的 处理工艺大趋势和可持续发展战略的重大发展思想，采用这种工艺将能够达到采用小投 资满足排放要求的目的。本研究就是基于这样一个出发点，对强化混凝与二氧化氯消毒 联合的一级半处理工艺进行研究，为处理医院污水提供工程实施数据和理论研究指导， 力求对医院污水处理工艺的发展做出一定的贡献。 l 绪论硕士论文 1 2 医院污水处理方法现状 医院污水成分特殊且复杂，其中含有一些特殊的污染物，如药物、消毒剂、诊断用 剂、洗涤剂，以及大量寄生虫卵、病原性微生物及各种病毒，如蛔虫卵、痢疾菌、大肠 杆菌、结核菌和肝炎病毒等【5 】。医院污水处理的目的是采用各种水处理技术和设备去除 水中各种物理的、化学的和生物的污染物，使水质得到净化，达到国家或地方的污染物 排放标准，保护水环境和人体健康【6 】。根据医院的性质、规模、污水排放去向和当地的 处理要求等，医院污水可以采用不同的处理方法和处理工艺。 1 2 1 物化法 物化法一般有气浮、混凝、沉淀、氧化等。用于医院污水的物化法常用混凝沉淀， 混凝沉淀法运行管理方便便宜等优点使其非常常用【7 】，而其他物化法的报道较少。 1 2 1 1 混凝沉淀 医院污水经沉砂调解池后，各种污染物颗粒基本上呈胶体状态，由于胶体表面电荷 的作用，使各种污染物粒子相互排斥，难以沉淀除去。当废水中加入适量的化学药剂产 生水解产物，起到中和胶体电荷，压缩双电层，降低胶体z a t a 电位，达到强化胶体问的 吸引作用，弱化排斥作用的目的，加速了吸附、絮凝和沉淀。 脱稳是指降低或消除胶体的电位，从而使其失去稳定性的过程。脱稳后的胶体颗粒 形成细小絮体的过程称为凝聚，该过程产生的脱稳或未完全脱稳的絮体微粒互相碰撞， 进一步集聚较大絮体颗粒的过程叫絮测引。在实际过程中凝聚和絮凝过程往往是同时发 生的。不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳、凝聚或絮凝。归纳起来主要有以下 四种1 5 】： ( 1 ) 压缩双电层机理 有些絮凝剂与胶体之间的相互作用纯属静电性质，与胶体所带原始电荷符号相同的 离子被排斥，抗衡离子则被吸引。在脱稳中其他性质的相互作用并不重要，抗衡离子通 过压缩环绕的胶粒周围的扩散层而实现脱稳。但是在溶液中的电解质浓度越高，相应的 扩散层中抗衡离子的浓度也越高，为维持电中和所要求的扩散层体积因而就减小，活化 能垒就降低，就越有利于脱稳。当扩散层厚度为零时，z a t a 电位为零，这时的脱稳最有 效【9 l o ( 2 ) 吸附电中和机理 吸附电中和作用指胶粒表面对异号离子、异号胶粒或链状分子带异号电荷的部位有 强烈的吸附作用。由于这种吸附作用中和了它的部分电荷，减少了静电斥力，因而容易 与其它颗粒接近而互相吸附，此时静电引力常是这些作用的主要方面。当胶粒吸附了过 多的反离子时，使原来带负电荷转变成带正电荷，胶粒会发生再稳现象，这是与压缩扩 2 硕 ：论文强化混凝和二氧化氯消毒联合处理医院污水研究 散层不相同的地方。吸附电中和作用要求聚合物药剂提供与待处理污水中带电颗粒电性 相反的电荷，因而分子链上的电荷密度、均匀度等直接影响絮凝的效果i l0 1 。 ( 3 ) 吸附架桥机理 该机理主要是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下i l ，通 过活性部位与胶粒或细微悬浮物等发生吸附桥连而产生絮凝。悬浮于水中的众多固体颗 粒被适当伸展的高分子链交联吸附，就好像在它们之间架起桥梁使其凝聚起来。但是已 经架桥絮凝的胶粒，如果受到剧烈的长时间的搅拌，架桥聚合物可能从另一胶粒表面脱 开，又返回原来胶粒所在表面，造成再稳状态l l 2 1 。 ( 4 ) 沉淀网捕机理 当金属盐( 如氯化铁或硫酸铝) 或金属氧化物和氢氧化物做絮凝剂时，当投加量大 得足以迅速沉淀金属氢氧化物( 如f e ( o h ) 3 ，a i ( o h ) 3 或金属碳酸盐( 如c a c 0 3 ) ) 时， 水中的胶粒可被这些沉淀物形成时所网捕。当沉淀物是带正电荷，如a i ( o h ) 3 及f e ( o h ) 3 在中性和酸性p h 值范围时，沉淀速度可因溶液中存在阴离子( 如硫酸根离子) 而加快。 此外水中胶粒本身可作为这些金属氢氧化物沉淀物形成的核心，所以絮凝剂最佳投加量 与被除去物质的浓度成反比，即胶粒越多，金属絮凝剂投加量越少。 以上絮凝的四种机理中，压缩双电层是以物理理论为理论基础，压缩扩散层、降低 或消除势能峰，强调的是电中和脱稳，但忽视了微粒的电荷变号和再稳现象；而吸附架 桥机理则着重在高分子聚合物的强烈吸附作用，而轻视了电中和与降低势能峰的作用。 这两种机理似乎是一个强调凝聚，一个强调絮凝，但实际上这两个作用是相互联系的。 单一的一种理论并不能把凝聚的反应过程解释清楚。如在双电层作用中出现高价反离 子，则必然有吸附和胶体变性的情况；在化学吸附架桥作用中若有聚合电解质则必须考 虑静电排斥或电中和作用1 13 1 。在水处理中，这四种机理常不能单独解释实验的现象，而 往往同时存在，只是在一定情况下以某种现象为主而已。 1 2 1 2 强化混凝的原理 强化混凝是在常规混凝处理基础上发展起来的一种处理工艺，通过投加新型混凝 剂、过量的混凝剂、添加助凝剂或其它药剂，同时调节p h 值和温度，使得絮凝作用得 以加强，从而提高常规处理中污染物的去除效率1 4 】。 常规处理工艺混凝过程中，混凝剂水解产物对水中胶体进行压缩双电层和吸附电中 和，使胶体脱稳，从而形成细小的颗粒，继而絮凝凝聚为大而密实的矾花，并通过吸附 架桥或网捕作用使脱稳的胶体生成粒度较大的絮凝体，再通过沉淀与过滤进行分离去除 1 1 4 。而水中分子质量较小、溶解度较大的有机物在一般混凝条件下去除率很低i l5 1 。强 化混凝通过改变混凝处理条件，即在低p h 值、高混凝剂用量或添加助凝剂的强化混凝 条件下形成大量金属氢氧化物，改善混凝剂水解产物的形态且使其正电荷密度上升，同 时，低p h 值条件会影响有机物离解度并改变水中有机物存在形态，降低有机物电荷密 3 1 绪论硕j ：论文 度，进而降低其溶解度及亲水性，成为较易被吸附的形态。采用强化混凝一方面能增加 工艺本身对水中天然有机物的去除，另一方面也能通过改变水的理化性质来改善后续工 艺的处理效果【1 6 l 。r a n d t k e 1 7 】认为强化混凝去除有机物的机理主要包括胶体状天然有机 物的电中和作用，腐殖酸和富里酸聚合体的沉淀作用，以及吸附于氢氧化物表面上的共 沉淀作用。 1 2 1 3 影响混凝效果的主要因素 ( 1 ) 水温 水温的影响主要表现在两个方面：一是影响混凝剂和水中碱度起化学反应的速度： 另一是影响絮体的质量。 水温对混凝效果有明显的影响，尤其是对无机盐类混凝剂的影响更大【1 8 】。一般来 说，水温越低，混凝效果越差。原因如下：无机盐混凝剂的水解是吸热反应，特别是 硫酸铝，水温降低1 0 ，水解速度降低2 - 4 倍。低温水的黏度大，碰撞机会减弱，影 响絮凝效果。水温低时，胶体的水化作用增强，妨碍胶体的凝聚。水温低时，p h 值 增高。 ( 2 ) p h 值和碱度 原水p h 值对混凝剂的影响程度因混凝剂的品种不同而异。在不同p h 值下，水中 有机物表面的性质发生变化，絮凝体对有机物的吸附性能也不同。 胶体颗粒的z e t a 电位直接影响到絮凝作用，因此，p h 值也直接影响到絮凝作用。 p h 值对溶胶的影响，主要表现在胶体颗粒的电荷和电泳速度随p h 值的变化而变化【l 9 1 。 p h 降低时，阳性溶液由于吸附了大量的矿，而使颗粒的电荷增大，点速度加快；p h 升高则得到与之相反的结果。对于阴性溶液，p h 上升，颗粒群吸附o h 增多，电荷增 加，电泳速度加快，p h 下降则相反。p h 对上述颗粒电荷的影响，最终归结为对絮体成 长和沉降量的影响。因此为了使混凝剂能起到好的混凝效果，调节p h 值极为重要。 无机盐水解过程中，产生氢离子，使p h 值下降。要使p h 值保持在最佳范围，水 中要有足够的碱性物质来中和。原水中的碱度有缓冲作用，当原水碱度( 通常指h c 0 3 。 碱度) 充分时，投加混凝剂后，p h 略有下降，不致影响混凝效果。 ( 3 ) 浊度 由于水源水质的有机污染增加，水中除含有悬浮物和胶体物以外，又增加了大量 低分子可溶性有机物、各种金属离子、各种盐类、氨氮等有机和无机成分。它们是很难 借助絮体的碰撞或架桥吸附而被去除的【2 0 l 。 浊度低时，颗粒浓度低将会影响碰撞速率；浊度高时，颗粒浓度过高，需要大量 的混凝剂来中和颗粒的表面电荷。对于低温低浊水，三氯化铁混凝剂混凝效果较好；对 于浊度高、色度低的水，硫酸铝混凝效果较好；两种情况都可以采用投加高分子混凝剂 的方法来改善混凝效果。 4 硕j j 论文强化混凝和二氧化氯消毒联合处理医院污水研究 除了可以通过改变混凝的影响因素束提高絮凝效果之外，也可以改变絮凝剂的混 合方式促进混凝。在混合阶段，通过快速混合设备使无机盐混凝剂能迅速而均匀地扩散 于水中，以创造良好的水解和聚合条件；同时，胶体脱稳随即完成并借颗粒的布朗运动 和紊动水流进行凝聚，在此阶段不要求形成大的絮凝体。 1 2 1 4 强化混凝的研究现状 国内外对强化混凝处理工艺进行了大量研究。j o s e p h 2 l 】等人比较了三种主要的天然 有机物去除工艺的处理效果，认为强化混凝是去除水中有机物较经济而且实用的一种工 艺方法。刘成【2 2 j 等采用硫酸铝和氯化铁两种混凝剂对黄浦江水中有机物的去除效果进行 对比，得出溶解性有机物、a o c 和u v 2 5 4 的去除率分别为4 2 、6 0 和5 6 。王志军1 2 3 1 等利用聚合混凝剂代替硫酸铝对松花江微污染水源进行强化混凝技术研究，通过对比试 验得出，采用聚合混凝剂在除浊、去除c o d 盯等方面都优于传统混凝。u n a ii r i a r t e v e l a s c 0 1 2 4 j 等用p a c 对地表水进行强化混凝，结果表明，p a c 对d o c 的去除率可达到 5 0 - - 一6 5 。k i m b e r l yb e l l a j y 2 5 j 在试验中，用常规混凝处理微污染水源水，t o c 的平 均去除率是2 7 ，u v 2 5 4 的去除率是4 9 ；用强化混凝，t o c 的去除率平均为3 8 ，而 u v 2 5 4 的去除率增加到6 2 ，显示出对芳香族化合物有更好的去除率。c h r i s t i a n 2 6 】在研 究强化混凝对水中的天然有机物的去除时认为：同传统处理工艺相比，强化混凝对溶解 性有机碳的去除提高3 2 ，对可生物降解的溶解性有机碳的去除提高2 0 。 1 2 2 生化法 现在较为常用且效果较好的生物工艺有氧化沟、水解酸化、生物膜法、s b r 法等， 下面以几个在医院污水处理方面具有代表性的方法介绍。 1 2 2 1 氧化沟 氧化沟【2 7 】一般呈环形沟渠状，平面多为椭圆形或圆形，总长可达几十米，甚至百米 以上。沟身取决于曝气装置，一般为2 - 8 m 。单沟的进水装置比较简单，只要伸入一根 进水管即可，如双沟以上平行工作时，则应设配水井，采用交替工作系统时，配水井还 要设自动控制装置，以变换水流方向。出水一般采用溢流堰式，宜采用可升降式的溢流 堰，以调节池内水深。采用交替工作系统时，溢流堰应能自动启闭，并与进水装置相呼 应以控制沟内水流方向。 氧化沟系统的基本构成包括如下部分：氧化沟沟体，曝气装置，进出水装置，导流 和混合装置以及附属构筑物。 氧化沟根据其构造和运行特征，并根据不同的发明者和专利情况可分为不同类型： 卡罗塞氧化沟、交替工作式( p i 型) 氧化沟、奥巴勒氧化沟。氧化沟也可以不单独设二 沉池及污泥回流设备，即合建式氧化沟。 氧化沟的工艺流程f 2 7 】如图3 1 所示： 5 l 绪论硕十论文 坠爵卧匾 圆一 ： t 一山- 1 - , q t - - 圃 格l 沉 一 栅i 渣i 砂 ， 一晖卜 圃 图3 1 氧化沟工艺流程 氧化沟处理工艺简化了预处理过程，也可以不单独设置二沉池，使氧化沟与二沉池 合建，可省去污泥回流装置，并且污泥量少，多已达到稳定的程度，勿需再进行消化处 理。氧化沟法投资费用和运行费用少，管理简单方便。但是在医院污水应用方面，氧化 沟还不太常用，主要原因是医院污水大多规模较小且含有大量病原微生物。 1 2 2 2 水解酸化 从净化原理来讲，水解酸化是厌氧消化过程的第一、第二阶段f 2 引。在废水生物处理 中，水解系指有机物( 基质) 进入细胞前，在细胞外进行的生物化学反应。这一阶段最 为典型的特征是生物反应的场所是细胞外，微生物通过释放胞外自由酶或连接在细胞壁 上的固定酶来完成生物催化氧化反应( 主要是指大分子物质的断链和水溶) 。酸化则是 一类典型的发酵过程，其基本特征是微生物的代谢产物主要是各种有机酸( 如乙酸、丙 酸、丁酸等) 。在厌氧条件下的混合微生物系统中，即使严格地控制条件，水解与酸化 也无法截然分开，这是因为水解菌实际上是一种具有水解能力的发酵细菌，水解是耗能 过程，发酵细菌付出能量进行水解的目的，是为了取得能进行发酵的水溶性基质，并通 过胞内的生化反应取得能源，同时- s - - 4 出代谢产物。 水解酸化工艺对进水负荷的变化有较强的适应能力，能大幅度去除污水中的悬浮物 或有机物，降解功能完全和消化池一样，可以在常温和较低的温度下运行。反应器不需 密闭，无需加班，也无需固液气三相分离器，使用灵活。该工艺及沉淀、吸附、生物凝 聚、生物降解于一体的高效处理单元工艺，反应迅速，水力停留时间短，所需的反应器 体积小。 苏昭忠1 2 9 】采用水解酸化+ 接触氧化法+ 紫外线消毒处理广州某医院污水，c o d 口去 除率可高达8 4 4 8 ，b o d 5 去除率9 2 6 9 ，s s 去除率7 3 3 3 ，n h 3 - n 去除率8 7 5 3 ， 总磷去除率7 7 1 4 ，粪大肠菌群去除率9 9 8 2 以上，张华等1 3 0 】采用水解和生物接触氧 化法，最后用二氧化氯消毒处理广东东莞市某医院，c o d ”b o d 、s s 、n h 3 - n 、粪大 肠菌群的最低去除率分别达到7 6 0 、8 0 2 、8 4 6 、9 7 o 、8 4 9 。 1 2 2 3 生物膜法 生物膜法又称固定膜法。它是借助于附着在载体( 填料) 表面上的生物膜的作用， 6 硕七论文 强化混凝和_ 二氧化氯消毒联合处理医院污水研究 净化污水的方法，是与活性污泥法并列的另一种好氧生物处理方法。采用这种方法的主 要构筑物有：生物滤池、生物接触氧化、生物转盘等【3 。而处理医院污水则多用这些简 单工艺中的生物接触氧化。 生物接触氧化法是在池内设置填料，污水浸没全部填料，大部分微生物以生物膜的 形式固着生长于填料表面，部分则是絮状悬浮生长于水中。填料上长满生物膜，废水中的 有机物在生物膜上微生物的新陈代谢作用下降解，从而使污水得到净化。 生物接触氧化工艺的特点是：填料的比表面积大，池内的充氧条件良好，池内单位容 积的生物固体量都高于活性污泥法曝气池及生物滤池，具有较高的容积负荷；由于大部分 微生物固着生长在填料表面，不需要设污泥回流系统，更不存在污泥膨胀问题，污泥产量低， 运行管理简便；由于氧化池内生物固体量多，水流属完全混合型，因此对水质水量的变化有 较强的适应能力；池内的微生物在生活污水环境下生长繁殖迅速，间歇性运转启动快，在 7 d 15 d 即可达到最佳处理效果。 梁增强等【3 2 】采用生物接触氧化法处理陕西省内医院，出水水质达到g b8 9 7 8 1 9 9 6 污水综合排放标准中的一级排放标准。 邓喜红等【3 3 】采用水解酸化生物接触氧化与二氧化氯工艺处理医疗废水，出水能够 达到g b8 9 7 8 1 9 9 6 污水综合排放标准中的一级排放标准。 宋运学瞰】等采用生物接触氧化法处理太原市某医院的污水，c o d 。，去除率达9 0 ， s s 去除率达6 9 3 ，b o d 5 去除率达9 5 2 总大肠菌群去除率9 9 以上。 随着处理医院污水的工艺的发展，简单工艺与其他的工艺结合形成了诸如a b f 法 在占 守o a b f 即活性生物滤池，它是生物滤池与活性污泥曝气池串联运行在一起形成组合 的生物膜活性污泥工艺、污水与回流污泥一同进入滤池进行生物处理的种反应器， 所以也可以称为曝气生物滤池。 该法是把生物滤池与生化曝气池串联起来，但二沉池的污泥不回流到曝气池，而 是直接送到生物滤池中，所以活性生物滤池无论在运行机理上还是在生物相上，都与普 通生物滤池不同。对污水中有机物的降解，除受到生物膜的作用外，还有回流污泥的吸 附和氧化作用。因此，该法间具有悬浮生长技术和附着生长技术两大特点。 该法的优点是耐机物及有毒物的冲击、处理效果高、加快了有机污染物的传质速度、 占地面积小、基建和运行费用省、无污泥膨胀、管理简单、设施可间断运行和有利于提 高后续曝气池的稳定性。缺点是：需有可利用的地形、滤池不能太高和回流比要适中等。 张恒建掣3 5 】采用该法与二氧化氯结合对徐州城郊中型综合医院污水进行了处理，在 实际运行中一直比较稳定，耐冲击力强，对c o d c r 、b o d 、n h 3 n 等物质的去除率分 别为7 5 3 、8 2 4 和8 1 3 。 李耿等【3 6 】采用生物滤池法与二氧化氯结合处理山东大学第二医院废水，c o d 玎的去 7 l 绪论硕j 二论文 除率达8 7 5 8 ，b o d 5 的去除率为9 1 ，s s 的去除率为8 5 ，n h 3 - n 的去除率为 6 5 ，t p 的去除率为8 0 ，粪大肠菌群的去除率为9 9 9 。 1 2 2 4s b r 法 s b r 法即间歇式活性污泥法，也称为序批式活性污泥法，由于管理操作复杂，很快 被淘汰【3 l 】。近些年来，自控技术迅速发展，重新为其注入了生机，使其发展成为简单可 靠、经济有效和多功能的s b r 技术【3 7 】，最为显著的代表是c a s s ( c y c l i ca c t i v a t e ds l u d g e s y s t e m ) 工艺。 c a s s 工艺的核心是c a s s 池1 3 8 】，其基本结构是：在s b r 的基础上反应池沿池长方 向设计为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，其主反应区后部 安装了可升降的自动撇水装置。整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期 运行，省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统；同时科连续进水，间断排水。 印辉等1 3 9 j 采用c a s s 工艺处理徐州医学院附属医院，c o d 。，的去除率为8 7 ，b o d 5 的去除率为9 5 ，s s 的去除率是8 5 。 1 2 3 处理方法小结 8 表1 1 各处理t 艺总结比较： 硕士论文强化混凝和二氧化氯消毒联合处理医院污水研究 由上述处理方法中可以发现，对于中小型医院来说，生物法处理工艺的操作管理复 杂，投入的资源较多，入水水质要求就为严格，这就使得其处理效果很难达到预期的效 果，而强化混凝工艺的处理过程简单【4 3 】，管理操作方便，节约人力物力等资源，并且也 能够使医院污水达标排放。因此，本研究采用强化混凝工艺作为研究对象，强化一级处 理工艺。 1 3 消毒方法现状 医院污水消毒是医院污水处理的重要工艺过程，医院污水消毒的主要目的是杀灭 污水中的各种致病菌，同时也改善水质，达到国家规定的排放标准。 医院污水常用的消毒方法有物理法和化学法，物理法包括加热、冷冻、辐照、紫外 线和微波消毒等方法；化学法包括氯酸钠法、液氯法、二氧化氯法和臭氧消毒、法【1 1 。 1 3 1 臭氧消毒 臭氧消毒克服了氯在运输、储存和处理过程中的危险。其消毒接触时间短，能改善污 水水质，是一种优良的消毒剂，臭氧消毒还广泛应用于食品工业和医药工业【5 0 l 。臭氧用 于医院污水消毒，可有效地杀灭大肠菌，小儿麻痹等病毒。臭氧消毒作用不受废水中氨 氮含量及p h 值的影响1 5 。 臭氧和紫外线消毒均为高效杀菌消毒剂，但由于设备结构复杂，管理和维护需要较 高技术水准和成本，其应用常受到限制f 5 2 1 。经过臭氧处理后，水中的细菌去除率 9 9 9 8 5 - - - 9 9 9 9 8 ，去除有机物4 0 ，色度去除率为7 7 ，亚硝酸盐类去除率为7 9 5 ， 类蛋白氨去除率为1 1 9 。但其不足之处在于运行费用比传统使用液氯消毒贵一些1 5 3 洲。 1 3 2 紫外线消毒 紫外线一般被分为三个不同波段：紫外c ( 2 0 0 - 2 8 0 ) n m 、紫外b ( 2 8 0 3 1 5 ) n m 和紫 外a ( 31 5 - 4 0 0 ) n m ，其中紫外c 的杀菌效果最好1 5 5 1 。紫外线杀菌与化学消毒剂杀菌不同， 它不是通过得失电子的氧化还原反应进行，而是通过由紫外光子辐射导致的光化学反应 9 1 绪论硕卜论文 来进行。光子只有通过系统中分子的定量转化而被吸收后，才能在原子和分子中产生光 化学变化。换言之，若光没有被吸收则无效【5 6 1 。紫外灯在2 6 0 n m 附近杀菌效率最高，当 紫外线照射到微生物时发生能量的传递和积累，破坏水体中各种病毒、细菌以及其他致病 体的d n a 结构，使d n a 中的各种结构健断裂或发生光化学聚合反应，使之丧失复制 繁殖能力，达到消毒效果【57 。因此，紫外c 消毒法和人们日常所说的紫外消毒法就是同 一个概念。 紫外杀菌的效果取决于紫外线的剂量，紫； i - n 量取决于紫外强度和照射的时洲5 8 1 。 紫外线消毒具有如下优点【5 9 】：紫外线对所有微生物都有效；运营成本低，不会过量；不 会有化学危险问题；离开消毒腔，水即可以使用，不需更多的接触时间；易于安装及维护， 占用空间少；可以连续或间歇运行，不需特别管理；无化学物质，没有氯味道及腐蚀问 题等。 紫外消毒系统投资成本约是二氧化氯消毒系统投资成本的1 4 5 倍，运行成本约是二 氧化氯消毒系统运行成本的1 2 8 倍。因此，紫外消毒系统主要用于处理成本和投资成本 都不太敏感且对环保要求极其严格的国家的医院污水处理( 有的国家要求医院污水排放 零余氯) 和净水处理，不太适合现有的国情下的医院污水消毒处理【鲫。 1 3 3 次氯酸钠消毒 次氯酸钠是化工厂的副产品，通常为含有效氯1 0 1 2 的溶液。次氯酸钠一般为淡 黄色溶液，有类似氯气的刺激性气味，在光照及加热条件夏易分解，因此运输贮存比较 困难，不易长期储存，通常现用现制。水中p h 值对次氯酸钠的消毒效果和保存期限有 较大的影响。采用次氯酸钠消毒，使用安全，成本低，杀菌效果好，并具有余氯效应1 5 6 1 。 次氯酸钠处理医院污水有两种方式，一种是投加漂白粉或漂白精的方法对医院污水 进行处理，该方法费用低、简单易行，比较适合于患者人数较少的社区医院和社区卫生 所、医务室：另一种是使用自动次氯酸钠发生器来处理医疗污水，其处理效果稳定，运行 成本较高，比较适合综合性医院的污水处型。 1 3 4 液氯消毒 液氯消毒是目前为止使用最多的污水处理消毒方法。 氯气易溶于水，浸入水中后，水解成次氯酸。次氯酸分子是中性的，它很快扩散到 带负电荷的细菌表面，透过细胞膜进入细胞。其中的氯原子能氧化破坏细菌细胞中的酶， 酶是细胞内促进新陈代谢的一种物质，由于酶的被破坏而导致细菌的死亡，达到杀菌消 毒的目的【5 6 。 该方法消毒作用持续时间长、药剂易得、成本较低、操作简单【l 】，液氯消毒以它消毒 能力强、价格便宜广泛应用于自来水和医院污水消毒。液氯的含氯浓度高，有效氯含量达 1 0 硕士论文强化混凝和二氧化氯消毒联合处理医院污水研究 9 9 以上，比次氯酸钠溶液高5 1 0 倍。但氯气是一种有刺激性气味的黄色有毒气体，必须 有专用的贮存设备和加氯设备【6 2 1 。 液氯消毒时与水中有机物质可产生突变物质，同时氯气有毒，危险。消毒效果受p h 值 影响较大，杀菌速度一般，而且氯对医院污水中的病毒的杀灭效果不明显。更重要的是。 液氯在消毒过程中会与水中有机物形成三卤甲烷( 致癌物) 、卤代酮、卤代醋酸、三氯 硝基甲烷、氯代氰、甲醛、乙醛等副产品，造成水体的二次污染。氯气是一种有毒气体， 危险很大，而氯气的泄露可以发生在各个环节上，包括开始启动、维护和设备故障或部 件损坏。因此，将液氯作为医院污水消毒其安全性和有害消毒副产物问题是十分让人担 忧的【6 3 j 。 1 3 5 氯片消毒 氯片消毒器使用氯片的主要成份是次氯酸钙，有效氯含量在6 5 以上，消毒方法 是将氯片放在特制的箱内( 消毒器) 箱体下部是格栅，污水流经格栅时与氯片接触时， 氯片不断的溶解，流经的水量多时水位高，氯片溶解的就多，水量少时，水位低，氯片溶 解的就少，这样就可以保证出水中余氯的稳定，使用中可以根据不同的水质来确定各种 污水的多余氯量【川。 氯片消毒法操作管理简便，效果可靠，其处理构筑物可以建在地下，占地很少，氯 片也易于运输和保存。虽然一次基建费用少，但是氯的消耗量很大导致处理费用相当高。 1 3 6 二氧化氯消毒 二氧化氯自被发现以来已经有近2 0 0 年的历史，它是目前使用的化学消毒剂中最理 想的消毒剂之一。二氧化氯作为一种强氧化剂，由于在消毒杀菌、防腐除臭、保鲜及环 境污染处理等方面的独特功能已受到有关专家的广泛关注。2 0 世纪8 0 年代中期，美国 农业部和美国环保署确认二氧化氯可作为食品消毒剂和饮用水杀菌剂。我国从2 0 世纪 8 0 年代起逐步加强了二氧化氯的生产及其应用的研究，目前已经有许多厂家在生产多种 类型的二氧化氯发生器，广泛用于饮用水和医院污水的消毒【6 副。 二氧化氯可以灭杀一般细菌，而且对芽胞、病毒、藻类、铁细菌、硫酸盐还原菌和 真菌等均有很好灭杀作用，且杀菌作用几乎不受p h 值影响，杀菌效果明显好于液氯， 也不会对水体产生二次污梨蚓。 二氧化氯技术发展很快，正在迅速取代液氯消毒、法1 6 7 】，主要原因在于： ( 1 ) 氯酚的产生。用氯气消毒时，在其浓度很低时，人们就能注意到产生氯酚，氯 酚能发出一种类似于药和碘仿的味道；而使用二氧化氯消毒时，不产生氯酚。在用氯气 消毒时，氯气的使用量很大程度上受到n h 3 、n i - 1 4 + 的影响，在氯化消毒的过程中，因为 水中氨、铵基物及有机氮的存在，依p h 值的大小，与氯反应分别生成氯化铵、二氯化 1 1 1 绪论硕士论文 铵、三氯化氮，尽管氯化铵也有消毒作用，但其功效只有次氯酸的1 0 1 5 。因此很 难保证处理效果。 ( 2 ) 氯气的消毒处理效果取决于p h 值的大小，而二氧化氯的消毒效果几乎不受p h 值的影响。实践结果表明，二氧化氯显示出了很高的杀菌作用，其杀菌作用随p h 值的 增大而增加。当p h 值增大时，氧化还原电位直接与杀伤率有关，当使用氯气时，其电 位下降很快，而二氧化氯则恒定在一个很高的氧化还原电位上。二氧化氯是不稳定的气 体，不能被浓缩和储藏，必须在使用的地方需现场制备，直接输送到待处理的水中。其 中一种反应方程式如下： 5 n a c l 0 2 + 4 h c l 4 c 1 0 2 + 5 n a c l + 2 h 2 0 虽然二氧化氯消毒也是氯消毒法中的一种，但与传统的液氯消毒有着不同之处。二 氧化氯一般只起氧化作用，不起氯化作用，因此它与水中的杂质形成的三氯甲烷等要比 氯消毒少得多。同时，二氧化氯不与氨反应，在p h 为6 1 0 范围内的杀菌效率几乎不 变。二氧化氯的消毒能力仅次于臭氧消毒能力，比液氯的消毒能力高许多。并且具备后 续消毒的能力，这一点是臭氧消毒和紫外线消毒所不具