CN109002688B - 基于臭氧消毒/紫外线消毒/氯消毒的水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于臭氧消毒/紫外线消毒/氯消毒的水处理方法。可将再生水依次经过臭氧消毒处理、紫外线消毒处理和氯消毒处理进行消毒处理。根据本发明所提供的臭氧、紫外线以及含氯制剂用量确定模型，可以根据所要满足的标准或需要较为准确地确定臭氧、紫外线以及含氯制剂的对应用量。本发明解决了单一消毒技术灭活病原微生物种类有限、生成大量有毒有害消毒副产物、在实际运行中消毒剂量难确定等问题。本发明可有效去除再生水的色度和嗅味，提升消毒技术效率，控制出水微生物数量，降低消毒工艺运行成本，保障再生水安全。
Description
技术领域
本发明属于水处理、消毒技术领域，具体涉及一种再生水臭氧/紫外线/氯组毒方法及消毒剂量确定方法。
背景技术
水，是我们人类赖以生存的重要资源，但自然界中的水体绝大多数都需要进行水处理消毒后才可以供人们生活使用，所以就催生出了水处理消毒这门技术。早期以液氯为主的消毒方式由于易产生消毒副产物，引起了人们普遍的担忧，从而引发了业内对其他水处理消毒工艺的研究。目前，业内存在的消毒技术有：二氧化氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒以及次氯酸钠消毒等几种常见的消毒工艺。
污水再生利用是解决水资源短缺的重要战略和必要途径，然而生物风险控制是其面临的难题之一。消毒技术是有效解决上述难题的方法之一。目前广泛应用于再生水消毒的技术有臭氧消毒技术、紫外线消毒技术和氯消毒技术，然而各个消毒技术均存在一定的缺点。当再生水中含有溴离子时，臭氧消毒后会大量生成具有致癌风险的溴酸盐；紫外线消毒受再生水透光率影响很大，同时消毒后微生物会发生复活，导致消毒效果下降；氯消毒技术中投加的氯会氧化水中的有机物，生成有毒有害的消毒副产物。同时，单一消毒技术很难灭活消毒抗性微生物。
消毒技术不仅存在上述技术问题，在实际应用中也存在一些问题。消毒剂量和病原微生物的灭活率是决定消毒效果的重要因素，二者相互关联，然而目前尚不能根据病原微生物目标灭活率来确定消毒剂量，导致消毒剂量在消毒技术实际运行中难以确定。文献[1]也总结了现有水处理、污水再生的几种消毒处理方法，并进行了比较。
进一步，现有的水处理、污水再生的处理工艺中，对于各种消毒剂剂量的使用大多依赖于对标准水样品的实验结果。这样的消毒剂量的确认方法过程比较复杂，并且由于处理系统进水的水环境、水中污染物的组成常存在变化，导致所需要的实验增多，时效性下降。同时这样的现有手段也影响了水处理方法的适用性。并且在一定的情况下，会造成消毒的不彻底或者消毒剂的过量使用造成经济上的浪费以及可能的二次污染。
文献[2]中涉及一种常规工艺的中小型水厂短流程深度水处理系统及改造方法，增加了多种消毒处理手段。文献[3]涉及一种液体处理装置，该液体处理装置具有注入与臭氧接触槽(2)的被处理水反应的臭氧气体的臭氧发生装置(3)、与臭氧接触槽(2)连接的流路的色度计(8)、与流路连接并具有紫外线灯的紫外线照射槽(6)或对流路注入氯剂的氯注入装置(11)、臭氧发生装置(3)、控制紫外线灯或氯注入装置(11)的控制的控制装置(9)进行输入的输入机构(10)。尽管上述文献采用了多种处理或消毒手段，但对于如何预先确定消毒剂用量没有记载。
因此，可以看出现有技术中对于水处理、污水再生的方法的改进，尤其是各种消毒方式消毒剂的剂量的优化不能说是充分的。
参考文献：
文献[1]：几种常用水处理消毒工艺的对比，肖兰志等，《给水排水》，2012，第38卷；
文献[2]：CN108178457A
文献[3]:CN101671084B
发明内容
发明要解决的问题
针对上述本领域中存在的技术问题，本发明提供了一种水处理、污水再生的方法，该方法采用臭氧消毒步骤以及紫外线消毒步骤或氯消毒步骤中的一种或两种手段的组合，使得针对不同成分的待处理水均能获得提高的水处理水平。此外，本发明也解决了以往单一消毒处理技术中存在的灭活病原微生物种类有限、生成大量有毒有害消毒副产物、在实际运行中消毒剂量难确定等问题。
因此，本发明能够合理确定各种处理手段中消毒剂的用量或者合理预期消毒处理后的效果，避免消毒风险的产生，并降低成本。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明通过认真研究，提出了如下解决方案：
[1].本发明首先提供了一种水处理方法，所述方法包括：
臭氧消毒步骤，以及
紫外线消毒步骤或氯消毒步骤的一种或两种，
并且：
所述臭氧消毒步骤中的所需臭氧剂量X通过如下方法确定：
其中：
X表示所需臭氧剂量(mg/L)，
IOD表示在臭氧消毒前，进水的瞬时臭氧消耗量(mg/L)，
Nt表示臭氧消毒t时间后病原微生物数量(CFU/mL)，
N0表示臭氧消毒前病原微生物数量(CFU/mL)；
所述紫外线消毒步骤中的所需紫外线剂量D通过如下方法确定：
ln D＝-(0.57±10％)ln Q-(2.23±10％)
其中：
D表示所需的紫外线剂量(mJ/cm2)，
Q表示紫外消毒后病原微生物d时间后的暗修复率，
所述d为1-5天，优选为2-4天；
所述氯消毒步骤中所需的氯消毒剂量C通过如下方法确定：
测定进水在254nm和280nm下的吸光度UV254值和UV280值，以及出水的UV280值和投入含氯制剂5分钟后水中的余氯浓度，结合余氯衰减模型和余氯控制要求并通过下述C5min来确定氯消毒剂量C，所述余氯衰减模型如下述公式所示：
其中：
CCl表示余氯浓度(mg/L)，所述余氯浓度以HClO和ClO-的总浓度计，
C5min表示投入含氯制剂5分钟后的余氯浓度(mg/L)，所述余氯浓度以HClO和ClO-的总浓度计，
UV254表示进水在254nm波长下的吸光度(cm-1)，
ΔUV280表示进出水在280nm波长下的吸光度差(cm-1)，
t表示接触时间(h)。
[2].根据[1]所述水处理方法，在所述臭氧消毒步骤中，所述的瞬时臭氧消耗量IOD，是用来表征进水中与臭氧瞬时反应的活性物质的量。
[3].根据[1]或[2]所述的水处理方法，在所述臭氧消毒步骤中，所述的瞬时臭氧消耗量IOD的测定方法为，向所述进水中投加不同剂量的臭氧后分别测定余臭氧浓度，对臭氧投加量和余臭氧浓度进行线性拟合，截距即为所述进水的瞬时臭氧需求量IOD。
[4].根据[3]所述的水处理方法，所述不同剂量的臭氧为以进水体积计的1～10mg/L所对应的臭氧量。
[5].根据[1]～[4]任一项所述的方法，在所述紫外线消毒步骤中，所述Q由如下方法确定：
Nd表示d时间暗修复后的病原微生物数量(CFU/mL)；
Ni表示紫外线消毒i时间后病原微生物数量(CFU/mL)；
N0表示紫外线消毒前病原微生物数量(CFU/mL)。
[6].根据[1]～[5]任一项所述的水处理方法，在所述紫外线消毒步骤中紫外线消毒剂量通过低压、中压汞灯或LED紫外灯来进行投加。
[7].根据[1]～[6]任一项所述的水处理方法，在所述紫外线消毒中，所述的暗修复率中d为3天。
[8].根据[1]～[7]任一项所述的水处理方法，所述方法依次包括臭氧消毒步骤、紫外线消毒步骤以及氯消毒步骤。
[9].根据[1]～[7]任一项所述的水处理方法，所述臭氧消毒步骤、紫外线消毒或氯消毒步骤中，处理温度恒定为4～35℃。
[10].一种污水再生的处理方法，其特征在于，包括根据[1]～[9]中任一项所述的水处理方法。
[11].进一步，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，其特征在于，该程序或指令被处理器执行时实现确定水处理中多种消毒剂的用量，所述消毒剂包括臭氧消毒步骤中的臭氧消毒剂、以及紫外线消毒步骤中的紫外线和氯消毒步骤中的氯消毒剂中的一种或两种。
发明的效果
采用上述技术方案，本发明在提高消毒水平、降低再生水消毒风险、确定消毒剂量等方面具有如下重要意义：
1.可以针对待处理水进行脱色除嗅，同时提升水处理整个过程中对臭氧、紫外线、氯的利用效率。
2.拓宽了微生物灭活的范围，可有效灭活消毒抗性微生物，控制微生物暗修复。
3.较单一消毒技术可减少臭氧和氯的投加量，减少有毒有害消毒副产物的生成量，降低再生水消毒后的风险和工艺成本。
4.可根据不同的出水需求调节消毒剂量，方法简单易行，具有优良的适用性。
5.本发明的方法预测再生水臭氧、紫外线、氯消毒剂量效果良好，各时间点预测值与实际测定结果的相对误差不大于15％。
附图说明
图1为本发明的原理框架图。
图2为本发明的操作流程图。
图3为本发明中臭氧剂量预测模型的拟合效果图。
图4为本发明中紫外线剂量预测模型的拟合效果图。
图5为本发明中余氯衰减模型的拟合效果图。
图6为某再生水厂采用本发明的消毒技术后出水的色度。
图7为某再生水厂采用本发明的消毒技术后进出水粪大肠菌群数。
图8为某再生水厂采用本发明的消毒技术后进出水总大肠菌群数。
具体实施方式
以下，将对本发明的具体实施方式进行详细公开。需要说明的是，除非特殊声明，本发明出现的单位均为国际标准单位，并且本发明中出现的数值或数值范围均适用于工业上所允许的系统性误差。
<水体>
本发明首先提供了一种水处理的方法。在本发明中，各种消毒处理手段所针对的水体是包含污染物或者不符合特定使用要求的不洁净水体。例如：工业废水，其来自制造采矿和工业生产活动的污水，包括来自与工业或者商业储藏、加工的径流活渗沥液，以及其它工业废水；生活污水，其来自住宅、写字楼、机关或相类似的污水以及卫生污水；商业污水，其来自商业设施而且某些成分超过生活污水的无毒、无害的污水；表面径流污水，其来自雨水、雪水、高速公路下水，来自城市和工业地区的水等等。
在上述这些污水中，一般污染物存在有：病原体污染物，例如在生活污水、畜禽饲养场污水以及制革、洗毛、屠宰业和医院等排出的废水，常含有各种病原体，如病毒、病菌、寄生虫。水体受到病原体的污染会传播疾病，如血吸虫病、霍乱、伤寒、痢疾、病毒性肝炎等；耗氧污染物，污水中含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物质。这些物质以悬浮或溶解状态存在于污水中，这种污染物可造成水中溶解氧减少；有毒污染物，指的是进入生物体后累积到一定数量能使体液和组织发生生化和生理功能的变化，引起暂时或持久的病理状态，甚至危及生命的物质。以及其他一些固体或可溶的影响水的使用的物质。
本发明中对于以上水体没有特别的限制，均可以适用，通过经过如下文所述的处理步骤得到的水，根据实际需要进行调整可以是生活可用水或者是工业可用水。在本发明的一些实施方案中，特别适合处理含有病原微生物的水体。
<处理步骤及其组合>
本发明所述的水处理或者污水再生处理方法中，至少包括臭氧消毒步骤以及紫外线消毒的步骤或氯消毒的步骤中的一种或两种步骤的组合。也就是说本发明的水处理方法不受限制的，在包括臭氧消毒步骤的基础上，可以仅包括任意一种另外独立的处理步骤，或者是将两种步骤的耦合使用。
通常情况下，针对不同水体以及最终出水质量的要求，可以匹配不同的处理手段，例如在本发明的一种实施方案中，可以是臭氧消毒步骤与紫外线消毒步骤的组合使用；在另一些实施方案中，可以是臭氧消毒步骤、氯消毒步骤的使用，或者是紫外线消毒步骤以及氯消毒步骤的使用；在其他一些实施方案中，针对含有复杂污染物的水体，可以组合使用臭氧消毒步骤、紫外线消毒步骤以及氯消毒步骤，并且在任意需要时，每种步骤可以采用一次或多次。
对于以上消毒步骤的顺序，没有特别的限制，也可以进行任意的组合使用。在本发明的一个优选的实施方案中，待处理的水体作为进水，依次经过臭氧消毒步骤、紫外线消毒步骤以及氯消毒步骤。图1中说明了本发明的原理。再生水依次经过臭氧消毒技术、紫外线消毒技术和氯消毒技术进行消毒。当臭氧投加至再生水中，臭氧会氧化水中致色物质和嗅味物质，导致水的色度和水中的嗅味物质得到去除，出水透光率增加；同时臭氧也起到灭活病原微生物的作用。由于出水透光率增加，此时应用紫外线消毒可提高水对紫外线的吸收作用，其消毒效率也随之提升。经过臭氧、紫外线两道消毒工艺，通过调节二者剂量，可将出水病原微生物的数量控制在较低的水平。此时再通过氯消毒向水中补充余氯，防止出水进入管网后微生物再生长。
此外，不受限制的，本发明所述的水处理或者污水再生的处理方法中，除了包含上述一种或多种处理步骤以外，在其中的任意阶段，还可以任选的使用本领域其他通常使用的水处理步骤，例如对于固体物质的过滤、沉淀去除，典型地，可以是对进水中含有的污泥进行处理的步骤；对于有害化学物质的富集、去除，典型地，可以是对于工业废水中各种有机物、无机物的富集、分离等步骤。
对于实现以上步骤的设备，在不影响本发明整体效果的前提下，没有特殊的限定，可以采用本领域通常可以提供臭氧消毒、紫外线消毒以及氯消毒的设备。
<臭氧消毒步骤>
本发明的水处理或污水再生的处理方法中，可以一次或多次的使用臭氧消毒的步骤。
臭氧是一种强氧化剂，灭菌过程属生物化学氧化反应。臭氧灭菌有以下形式：臭氧能氧化分解细菌内部降解葡萄糖所需的酶，致使TCA循环无法进行，从而导致细胞生命活动所需的ATP无法供应，使细菌灭活死亡；直接与细菌、病毒作用，破坏它们的细胞器和DNA、RNA，使细菌的新陈代谢受到破坏，导致细菌死亡；透过细胞膜组织，侵入细胞内，作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透性畸变而溶解死亡。
虽然臭氧消毒对于细菌和病毒具有明显的杀灭作用，但对于消毒过程中臭氧的使用量也是控制的重点。当使用量不足时，造成处理过的出水不能达到使用标准，当用量过多时，则造成经济上的浪费以及二次污染。
本发明中，通过如下方法确定臭氧消毒步骤中所需的臭氧量：
其中：
X表示所需臭氧剂量，以mg/L为单位；IOD表示在臭氧消毒前，进水的瞬时臭氧消耗量，以mg/L为单位；Nt表示臭氧消毒t时间后病原微生物数量，以CFU/mL为单位；N0表示臭氧消毒前病原微生物数量，以CFU/mL为单位。
其中所述的瞬时臭氧消耗量IOD，是用来表征再生水中与臭氧瞬时反应的活性物质的量。其可以采用如下的测定方法：
向所述待处理一定量的水中投加不同剂量臭氧后的分别测定余臭氧浓度，对臭氧投加量和余臭氧浓度进行线性拟合，截距即为所述待处理水的瞬时臭氧需求量IOD。在本发明一些实施方案中，所述不同剂量的臭氧为以进水体积计的1～10mg/L所对应的臭氧量。
对于线性拟合方法，可以采用通常的二维坐标的线性拟合方法，例如，以一定量体积的水体为基础，以臭氧的实际添加量(臭氧质量/水体体积)，为横坐标，以臭氧添加后测定的水体中实际存在的臭氧量(即，余臭氧浓度，或者是臭氧质量/水体体积)为纵坐标。将实际测定得到的多个点值进行线性拟合，做出拟合的直线，那么，这条直线与纵坐标的截距记为该进水或者待测水体瞬时臭氧需求量IOD。
在上式中，对于N0，表示臭氧消毒前进水中病原微生物的数量(或浓度，CFU/mL)。对于Nt，表是在t时间进行臭氧消毒处理后，得到的水体中病原微生物的数量(或浓度，CFU/mL)。对于t，没有特殊限制，与实际生产的需要相关，可以根据实际需要而设定。
进一步，对于Nt，可以为预设的或者预期的数值，这样的数值与处理后的水所要满足的标准相关，在一些较为苛刻的条件下，可以将Nt值设定较低，从而满足更高的使用标准，在另一些条件下，可以将Nt值设定较为适中，以满足较为温和的使用标准。
从以上X的公式中可以看出，在提出不同预设的Nt值的条件下，可以依据此公式而直接确定在t时间内所需要的臭氧量。因此，在根据上文所述的方法对进水的IOD值进行测试之后，可以根据实际的生产需要或者所要满足的标准，较为方便的确定在处理时间内所需要的臭氧量。同样，在已知了实际使用的臭氧的剂量之后，可以预测t时间后处理过的水体中病原微生物数量。
此外，上式中的±10％，可以理解为根据后续本发明的预测值或理论值与实际值的对比，可以对上述式中的系数进行调整，根据不同的水体情况，允许出现系数的调整。
图3显示了不同水厂实际臭氧消毒剂量的实际值和利用本发明的上述臭氧消毒模型模拟得到的臭氧剂量预测值的比较，可见依据本发明的模型获得的臭氧剂量预测值和实际值近似相等，说明利用本发明的臭氧剂量预测模型可以很好地根据臭氧消毒效果的需求来确定臭氧剂量。
通过本发明提供的臭氧消毒步骤可以经济、高效的进行消毒除臭。
<紫外线消毒步骤>
本发明的水处理或污水再生的处理方法中，可以一次或多次的使用紫外线消毒的步骤。
紫外线杀菌消毒是利用适当波长的紫外线能够破坏微生物机体细胞中的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子结构，造成生长性细胞死亡和(或)再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果。
紫外线消毒步骤具有如下优点：不在水中引进杂质，水的物化性质基本不变；水的化学组成(如氯含量)和温度变化一般不会影响消毒效果；不另增加水中的嗅、味，不产生诸如三卤甲烷等类的消毒副产物；杀菌范围广而迅速，处理时间短，在一定的辐射强度下一般病原微生物仅需十几秒即可杀灭，能杀灭一些氯消毒法无法灭活的病菌，还能在一定程度上控制一些较高等的水生生物如藻类和红虫等。
对于紫外线消毒步骤中紫外线剂量的控制也是重要的，剂量过小则不利于病毒等有害物质的去除，紫外线剂量施加过多也会造成经济上不期望的损失或者提高潜在的泄露的风险。
本发明所提供的紫外线消毒的处理方法中，所述紫外线消毒步骤中的所需紫外线剂量D通过如下方法确定：
ln D＝-(0.57±10％)ln Q-(2.23±10％)
其中：
D表示所需的紫外线剂量，以mJ/cm2为单位；Q表示紫外消毒后病原微生物d时间后的暗修复率，所述d为1-5天，优选为2-4天。
所述暗修复率为一定量的进水经过紫外线消毒后，在黑暗或基本无光的条件下以及在室温条件下，d时间后病原微生物的恢复率。
此外，上式中的±10％，可以理解为根据后续本发明的预测值或理论值与实际值的对比，可以对上述式中的系数进行调整，根据不同的水体情况，允许出现系数的调整。
因此，所述暗修复率Q可以通过如下方法计算得到：
其中，
Nd表示d时间暗修复后的病原微生物数量(或浓度，CFU/mL)；
Ni表示紫外线消毒i时间后病原微生物数量(或浓度，CFU/mL)；
N0表示紫外线消毒前病原微生物数量(或浓度，CFU/mL)。
根据本发明所提供的紫外线消毒处理步骤，允许根据需要来预先设定所需要的或者满足特定标准的暗修复率。在本发明的一些实施方案中，预设的暗修复率Q可以通过如下方法设定或计算：
检测进水中的病原微生物的数量或浓度，即测得上述N0，并检测在紫外线消毒处理i时间后水中病原微生物数量或浓度，进而预设在d时间后所期望的病原微生物暗修复后的数量或浓度Nd，从而得到预设的d时间后的病原微生物的暗修复率Q。对于上述的i，这与紫外线消毒的执行的时间有关，可以根据实际生产设备而确定。对于上述的时间d，可以根据实际需要而确定，在本发明一些优选的实施方案中，d可以为1-5天，优选为2-4天，在本发明更为优选的实施方案中，d为3天。
根据所要满足的不同标准所得到的不同预期值，可以通过上述紫外线剂量D的计算公式而直接得到对应的所需的紫外线剂量，或者可以通过检测实际紫外线的使用剂量而预测在d时间后的水体中病原微生物的暗修复情况。
图4为紫外线消毒后病原微生物暗修复率的实验值和通过模型计算得到的预测值的比较情况。可以看出预测值与实验值相比偏离不大，实验值都落在了95％预测限之内，说明本发明中紫外线剂量预测模型可以很好地预测紫外线消毒后病原微生物暗修复的情况，而病原微生物暗修复率与紫外线剂量间存在相关性，即说明本发明中紫外线剂量预测模型也很可以很好地预测紫外线剂量。
通过本发明提供的紫外线消毒步骤可以经济、高效的进行病原微生物的灭杀和抑制。
<氯消毒步骤>
本发明的水处理或污水再生的处理方法中，可以使用氯消毒的步骤。
在本发明的氯消毒步骤中使用氯消毒剂，所述氯消毒剂为含氯制剂，对于含氯制剂的种类没有特别的限制，只要是本领域通常使用的用于消毒的含氯制剂即可。例如可以为氯气、液氯、次氯酸(盐)、氯胺等物质。
以氯气为例，其与水反应生成次氯酸，次氯酸具有强氧化性，对水体中的细菌、病毒进行灭杀。由于氯气具有一定的毒性，因此，工业水处理过程中，对于氯气的使用剂量具有较为严格的控制。
本发明中，通过如下方法来确定在氯消毒处理步骤中所需的氯消毒剂量或氯剂量，需要说明的是，本发明中所述的“氯消毒剂量”或者“氯剂量”指的是以所述含氯制剂在水中产生的HClO和ClO-总量计的：
(a)测定进水的UV254值、UV280值以及进出水的ΔUV280值和投含氯制剂氯5分钟后水中的氯浓度C5min等水质参数。
测定方法如下：UV254和UV280的测定方法为，取3mL待氯消毒进水，置于1cm石英比色皿中，测定在254nm和280nm处紫外吸光度；ΔUV280表示进出水UV280的差值(即进水UV280-出水UV280的值)；投放含氯制剂5分钟后的余氯浓度(C5min)的测定方法为，在紫外线消毒后的排出水中投加某一浓度的含氯制剂，经过5min后，利用DPD(N,N-二乙基-1,4-苯二胺)光度法测定水中氯浓度。上述(余)氯浓度，同样也是以HClO和ClO-总量计。
(b)根据余氯衰减模型和余氯控制要求，通过C5min确定氯消毒剂量C，余氯衰减的公式如下：
其中：
CCl表示余氯浓度，以mg/L为单位，所述余氯浓度以HClO和ClO-总量计；
C5min表示投含氯制剂5分钟后的余氯浓度，以mg/L为单位，所述余氯浓度以HClO和ClO-总量计；
UV254表示进水在254nm波长下的吸光度，以cm-1为单位；
ΔUV280表示进出水在280nm波长下的吸光度差(即进水UV280-出水UV280的值)，以cm-1为单位；
t表示进水与含氯制剂的接触时间，以h为单位，其根据实际含氯制剂处理的需要时来选择。
根据上式，可以确定在t时间后，CCl与C5min的关系。当根据实际需求而预先确定t时间后的余氯浓度CCl后，可以计算得出处理进水所需要的含氯制剂的使用量(氯消毒剂量C)，或者在使用了一定剂量的含氯制剂对进水进行处理后能够较为快速的得知在t时间后，水体中余氯的含量。
同样，对于上式中的±10％，可以理解为根据后续本发明的预测值或理论值与实际值的对比，可以对上述式中的系数进行调整，根据不同的水体情况，允许出现系数的调整。
图5为氯消毒后余氯衰减随时间变化的情况，可以看出随着时间的延长，余氯浓度逐渐下降，且下降幅度逐渐减小。利用本发明的余氯衰减模型，可对余氯浓度进行很好的预测，说明本发明的余氯衰减模型在预测余氯浓度方面具有实用性。
<计算机可读存储介质>
在本发明的进一步的实施方式中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，该程序或指令被处理器执行时实现确定水处理中多种消毒剂的用量，所述消毒剂包括臭氧消毒步骤中的臭氧消毒剂，以及紫外线消毒步骤中的紫外线和氯消毒步骤中的氯消毒剂中的一种或两种：
所述的臭氧消毒步骤、紫外线消毒步骤和氯消毒步骤内容与上文相同。
所述臭氧消毒步骤中，依照如下计算式所述臭氧消毒步骤中所需的臭氧剂量X：
其中：
X表示所需臭氧剂量(mg/L)，
IOD表示在臭氧消毒前，进水的瞬时臭氧消耗量(mg/L)，
Nt表示臭氧消毒t时间后病原微生物数量(CFU/mL)，
N0表示臭氧消毒前病原微生物数量(CFU/mL)；
所述紫外线消毒步骤中的所需紫外线剂量D通过如下方法确定：
ln D＝-(0.57±10％)ln Q-(2.23±10％)
其中：
D表示所需的紫外线剂量(mJ/cm2)，
Q表示紫外消毒后病原微生物d时间后的暗修复率，
所述d为1-5天，优选为2-4天；
所述氯消毒步骤中所需的氯消毒剂量C通过如下方法确定：
测定进水在254nm和280nm下的吸光度UV254值和UV280值，以及出水的UV280值和投含氯制剂5分钟后水中的余氯浓度，结合余氯衰减模型和余氯控制要求并通过C5min来确定氯消毒剂量C，所述余氯衰减模型如下述公式所示：
其中：
CCl表示余氯浓度(mg/L)，所述余氯浓度以HClO和ClO-总量计，
C5min表示投含氯制剂5分钟后的余氯浓度(mg/L)，所述余氯浓度以HClO和ClO-总量计，
UV254表示进水在254nm波长下的吸光度(cm-1)，
ΔUV280表示进出水在280nm波长下的吸光度差(cm-1)，
t表示接触时间(h)。
对于可机读介质，可以利用一种或多种计算机可用或计算机可读介质的任意组合。该计算机可用或计算机可读介质可以为，例如但不限于，电的、磁的、光的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置、设备、或传播介质。该计算机可读介质的更具体的实例(非详尽清单)包括以下：
便携式计算机磁盘，
硬盘，
随机存取存储器(RAM)，
只读存储器(ROM)，
可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)，
便携式光盘只读存储器(CDROM)，
光存储设备，
诸如那些提供因特网或内联网的传输媒介，
磁存储设备，
USB钥(key)，和/或
证书等。
在本实施方式中，计算机可用或计算机可读介质可以为被指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备连接的能够包含、存储、通信、传播、或传输程序的任何介质。该计算机可用介质可以包括具有随后体现在基带中或体现为载波的一部分的计算机可用程序代码的被传播的数据信号。该计算机可用程序代码可以利用任何合适的介质被传输，合适的介质包括但不限于无线、有线线路、光纤电缆、RF等等。
用于实现本发明的操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任意组合编写，包括面向对象编程语言，例如Java、Smalltalk、C++等等以及传统的程序编程语言，例如“C”编程语言或类似的编程语言。该程序代码可以全部在用户的计算机上、部分在用户的计算机上、作为独立的软件包、部分在用户的计算机上且部分在远程计算机上或全部在远程计算机或服务器上执行。在后者的情景中，远程计算机可以通过任意类型的网络被连接到用户的计算机。这可以包括，例如，局域网(LAN)或广域网(WAN)，或可以连接到外部计算机的连接(例如，通过使用因特网服务提供商的因特网)。另外，在一些实施方式中，本发明可以被体现在场可编程门阵列(FPGA)中。
对于所需的计算设备而言，可以包括能够执行安装在其上的计算机程序代码的任何通用计算设备或单元(例如，个人计算机、服务器，等等)。然而，应当理解，计算设备仅仅是可以执行这里描述的过程的各种可能的等同计算设备的代表。在这个程度上，在一些实施方式中，计算设备提供的功能可以被包括通用和/或专用目的的硬件和/或计算机程序代码的任意组合的计算制件实现。在一些实施方式中，可以分别使用标准编程和工程学技术产生该程序代码和硬件。
更为具体而言，本发明的解释方法可以通过计算机程序产品的形式得以表现，该计算机程序产品可从提供程序代码的被计算机或任何指令执行系统使用或者与计算机或任何指令执行系统连接的计算机可用或计算机可读介质中访问。该软件和/或计算机程序产品可以在适当环境中被实现。为了该说明的目的，计算机可用或计算机可读介质可以为被指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备连接的能够包含、存储、通信、传播、或传输程序的任何介质。该介质可以为电的、磁的、光的、电磁的、红外的、或半导体系统(或装置或设备)或传播介质。计算机可读存储介质的实例包括半导体或固态存储器、磁带、可移动的计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、快速磁盘和光学盘。现有的光学盘的实例包括压缩盘-只读存储器(CD-ROM)、高密度盘-读/写(CD-R/W)和DVD。
通过以上的可机读介质、执行程序、计算设备或计算机程序产品进行本发明的上述方法的执行，能够更直观的、快速的呈现出所需的各种消毒剂剂量的结果。
实施例
以下将以具体的实施例对本发明进行说明，需要强调的是，以下实施例不应视为对本发明实施方式范围的限定。
实施例1
某再生水厂应用一套污水再生的处理办法，其依次使用本发明中的臭氧消毒步骤、紫外线消毒步骤以及氯消毒步骤进行了水处理，有效控制了再生水的色度和病原微生物的浓度。
由图6所示，应用本发明后出水色度值稳定且小于10度，达到了再生水地方标准要求及日本再生水娱乐利用标准。
图7和图8分别为该再生水厂应用本发明后进出水粪大肠菌群和总大肠菌群的数量，其中出水粪大肠菌群的数量稳定控制在100个/L以下，大肠菌群的数量稳定控制在3个/L以下，满足美国EPA水回用指南和我国再生水杂用标准(GB/T 18920-2002)。
产业上的可利用性
本发明所公开的水处理或者污水再生的处理方法可以用于工业生产中，并对各种消毒手段中所使用的消毒剂的剂量或者对消毒效果具有实际的预测功能。
Claims (11)
1.一种水处理方法，其特征在于，所述方法包括：
臭氧消毒步骤，以及
紫外线消毒步骤或氯消毒步骤的一种或两种，
并且：
所述臭氧消毒步骤中所需的臭氧剂量X通过如下方法确定：
其中：
X表示所需臭氧剂量(mg/L)，
IOD表示在臭氧消毒前，进水的瞬时臭氧消耗量(mg/L)，
Nt表示臭氧消毒t时间后病原微生物数量(CFU/mL)，
N0表示臭氧消毒前病原微生物数量(CFU/mL)；
所述紫外线消毒步骤中的所需紫外线剂量D通过如下方法确定：
lnD＝-(0.57±10％)lnQ-(2.23±10％)
其中：
D表示所需的紫外线剂量(mJ/cm2)，
Q表示紫外消毒后病原微生物d时间后的暗修复率，
所述d为1-5天；
所述氯消毒步骤中所需的氯消毒剂量C通过如下方法确定：
测定进水在254nm和280nm下的吸光度UV254值和UV280值，以及出水的UV280值和投入含氯制剂5分钟后水中的余氯浓度，结合余氯衰减模型和余氯控制要求并通过下述C5min来确定氯消毒剂量C，所述余氯衰减模型如下述公式所示：
其中：
CCl表示余氯浓度(mg/L)，所述余氯浓度以HClO和ClO-的总浓度计，
C5min表示投入含氯制剂5分钟后的余氯浓度(mg/L)，所述余氯浓度以HClO和ClO-的总浓度计，
UV254表示进水在254nm波长下的吸光度(cm-1)，
ΔUV280表示进出水在280nm波长下的吸光度差(cm-1)，
t表示接触时间(h)。
2.根据权利要求1所述水处理方法，其特征在于，在所述臭氧消毒步骤中，所述的瞬时臭氧消耗量IOD，是用来表征进水中与臭氧瞬时反应的活性物质的量。
3.根据权利要求1或2所述的水处理方法，其特征在于，在所述臭氧消毒步骤中，所述的瞬时臭氧消耗量IOD的测定方法为，向所述进水中投加不同剂量的臭氧后分别测定余臭氧浓度，对臭氧投加量和余臭氧浓度进行线性拟合，截距即为所述进水的瞬时臭氧需求量IOD。
4.根据权利要求3所述的水处理方法，其特征在于，所述不同剂量的臭氧为以进水体积计的1～10mg/L所对应的臭氧量。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述紫外线消毒步骤中，所述Q由如下方法确定：
Nd表示d时间暗修复后的病原微生物数量(CFU/mL)；
Ni表示紫外线消毒i时间后病原微生物数量(CFU/mL)；
N0表示紫外线消毒前病原微生物数量(CFU/mL)。
6.根据权利要求1或2所述的水处理方法，其特征在于，在所述紫外线消毒步骤中紫外线消毒剂量通过低压、中压汞灯或LED紫外灯来进行投加。
7.根据权利要求1或2所述的水处理方法，其特征在于，在所述紫外线消毒中，所述的暗修复率中d为3天。
8.根据权利要求1或2所述的水处理方法，其特征在于，所述方法依次包括臭氧消毒步骤、紫外线消毒步骤以及氯消毒步骤。
9.根据权利要求1或2所述的水处理方法，其特征在于，所述臭氧消毒步骤、紫外线消毒或氯消毒步骤中，处理温度恒定为4～35℃。
10.一种污水再生的处理方法，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的水处理方法。
11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，其特征在于，该程序或指令被处理器执行时实现确定水处理中多种消毒剂的用量，所述消毒剂包括臭氧消毒步骤中的臭氧消毒剂，以及紫外线消毒步骤中的紫外线和氯消毒步骤中的氯消毒剂中的一种或两种：
所述臭氧消毒步骤中，依照如下计算式所述臭氧消毒步骤中所需的臭氧剂量X：
其中：
X表示所需臭氧剂量(mg/L)，
IOD表示在臭氧消毒前，进水的瞬时臭氧消耗量(mg/L)，
Nt表示臭氧消毒t时间后病原微生物数量(CFU/mL)，
N0表示臭氧消毒前病原微生物数量(CFU/mL)；
所述紫外线消毒步骤中的所需紫外线剂量D通过如下方法确定：
lnD＝-(0.57±10％)lnQ-(2.23±10％)
其中：
D表示所需的紫外线剂量(mJ/cm2)，
Q表示紫外消毒后病原微生物d时间后的暗修复率，
所述d为1-5天；
所述氯消毒步骤中所需的氯消毒剂量C通过如下方法确定：
测定进水在254nm和280nm下的吸光度UV254值和UV280值，以及出水的UV280值和投入含氯制剂5分钟后水中的余氯浓度，结合余氯衰减模型和余氯控制要求并通过下述C5min来确定氯消毒剂量C，所述余氯衰减模型如下述公式所示：
其中：
CCl表示余氯浓度(mg/L)，所述余氯浓度以HClO和ClO-的总浓度计，
C5min表示投入含氯制剂5分钟后的余氯浓度(mg/L)，所述余氯浓度以HClO和ClO-的总浓度计，
UV254表示进水在254nm波长下的吸光度(cm-1)，
ΔUV280表示进出水在280nm波长下的吸光度差(cm-1)，
t表示接触时间(h)。
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