CN113354044B - 水处理方法 - Google Patents

水处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113354044B
CN113354044B CN202110646780.7A CN202110646780A CN113354044B CN 113354044 B CN113354044 B CN 113354044B CN 202110646780 A CN202110646780 A CN 202110646780A CN 113354044 B CN113354044 B CN 113354044B
Authority
CN
China
Prior art keywords
chlorine
model
disinfection
ozone
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110646780.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113354044A (zh
Inventor
胡洪营
曹可凡
陈卓
巫寅虎
施琦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202110646780.7A priority Critical patent/CN113354044B/zh
Publication of CN113354044A publication Critical patent/CN113354044A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113354044B publication Critical patent/CN113354044B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/50—Treatment of water, waste water, or sewage by addition or application of a germicide or by oligodynamic treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/76—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with halogens or compounds of halogens
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/78—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with ozone
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
    • G16C20/00—Chemoinformatics, i.e. ICT specially adapted for the handling of physicochemical or structural data of chemical particles, elements, compounds or mixtures
    • G16C20/30—Prediction of properties of chemical compounds, compositions or mixtures
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
    • G16C20/00—Chemoinformatics, i.e. ICT specially adapted for the handling of physicochemical or structural data of chemical particles, elements, compounds or mixtures
    • G16C20/90—Programming languages; Computing architectures; Database systems; Data warehousing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/04—Disinfection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)

Abstract

本发明提供了一种水处理的方法，所述水处理方法依次包括对待处理水进行臭氧消毒处理以及氯消毒处理，进一步，本发明通过对臭氧消毒处理以及氯消毒处理过程中的协同效应的考察和协同增强系数确定，建立了臭氧‑氯协同消毒工艺的函数模型并可以基于该模型并根据生产标准或要求而优化消毒剂的用量以提高消毒单元的经济效率。

Description

水处理方法
技术领域
本发明属于水处理、消毒技术领域，具体涉及一种水的臭氧-氯气联合 灭活的处理方法，尤其地，适合再生水的处理。
背景技术
随着工业化的发展，全球逐渐或已经面临严峻的水资源短缺、水环境污 染、水生态破坏和水空间萎缩等水安全问题。再生水利用是解决这些问题的 重要途径，也是各国高质量发展的必然选择，因而受到了高度的重视。
再生水安全高效利用的关键是水质安全保障与风险控制。其中微生物风 险是亟需优先关注的问题。一些病原菌和病毒(如军团菌、肠道病毒等)可 以通过介水传播，在污水处理厂出水中仍含有大量微生物，健康风险大。再 生水厂作为再生水利用的重要环节，需要安全高效的消毒系统。
臭氧消毒和氯化消毒是传统的消毒技术，这些消毒方式不能完全满足再 生水微生物安全保障日趋严格的控制要求。研究发现，使用单一消毒工艺时， 微生物的灭活往往会出现“拖尾”现象，微生物难以被完全灭活。同时，单 一消毒技术也难以灭活某些消毒抗性菌，这有可能造成细菌复活、膜污染、 管网腐蚀等不良后果。消毒副产物的产生也是一大隐忧，受到了广泛关注。 因此，应当将臭氧消毒和氯化消毒联用，提升消毒效率，同时降低微生物的 复活和毒性副产物的生成，从而实现再生水厂消毒系统的优化升级。
当使用两种消毒工艺时，消毒负荷分配和工艺优化变得困难。仅使用一 种消毒工艺时，微生物灭活效果和消毒剂投加量之间的关系较为简单，是一 元函数，容易调控工艺运行，避免过量的消毒剂投加。但是，当使用两种消 毒工艺时，微生物灭活效果和消毒剂投加量之间的关系比较复杂，是二元函 数，难以精准控制，容易造成消毒剂投加剂量过多或不足，导致工艺运行不 够高效。因此，需要提出臭氧-氯联用消毒工艺的运行优化方法。
综上所述，当前亟需提出一种再生水臭氧-氯协同消毒技术及其运行优 化方法，实现再生水的安全高效消毒。
发明内容
发明要解决的问题
现有的消毒模型(如Chick模型)主要适用于只使用一种消毒剂的情况。 然而，当两种消毒技术结合在一起时，很难描述灭活率和消毒剂用量之间的 关系。由于缺乏消毒模型，难以系统地描述和量化再生水协同消毒工艺，不 利于再生水厂运行。因此，有必要建立一个定量模型来描述协同消毒过程。
鉴于此，本发明首要的目的是探索和模拟顺序臭氧-氯消毒对再生水消 毒的协同效应。通过比较单一臭氧、单一氯和顺序臭氧-氯的消毒效率，进 一步通过测量氯衰减来揭示和量化顺序臭氧-氯的协同效应。
进一步，本发明也提供了一个定量模型，通过引入协同增强系数来预测 微生物的灭活率。本发明可以解释协同作用的机理，为协同消毒提供建模方 法，从而有助于优化再生水厂的消毒单元的工作方式，提高消毒效率。
用于解决问题的方案
申请人发现通过如下方法能够解决上述问题：
[1].本发明提供了一种水处理的方法，其中，所述水处理方法依次包括 对待处理水进行臭氧消毒处理以及氯消毒处理，并且
借助如下式(1)的灭活函数调整所述臭氧消毒处理中臭氧的用量以及 氯消毒处理中氯消毒剂的用量，
R＝R1+β(CO3)·R2 (1)
其中，R表示所述水处理方法的灭活函数；R1表示单独使用臭氧消毒处理 时的灭活函数，R2表示单独使用氯消毒处理时的灭活函数，β(CO3)表示协 同增强系数并且其为臭氧消毒处理时使用的臭氧的浓度CO3的函数，
所述协同增强系数β(CO3)通过以下步骤确定：
a.使用所述对待处理水进行氯衰减测试，以拟合氯衰减的曲线；
b.根据下式确定所述氯衰减曲线计算ICT(积分CT)值：
Figure BDA0003110156140000031
其中，t表示所述氯衰减测试的时间(h)；
c.在所述待处理水中加入浓度为CO3的臭氧的条件下重复上述步骤a和 b，并根据下式确定所述氯衰减曲线计算ICT’(积分CT’)值:
Figure BDA0003110156140000032
d.根据ICT’/ICT值计算得到β(CO3)值。
[2].根据[1]所述的方法，其中，所待处理水为污水处理厂(WWTP)产 生的再生水。
[3].根据[1]或[2]所述的方法，其中，所述待处理水包括污水处理厂 (WWTP)的二级处理水或者三级处理水中的至少一种再生水。
[4].根据[1]～[3]任一项所述的方法，其中，在所述臭氧消毒处理前和/ 或在氯消毒处理后，还包括紫外线消毒处理的步骤。
[5].根据[1]～[4]任一项所述的方法，其中，所述R1选自如下函数模型 的一种：
美国EPA臭氧消毒模型:
Figure BDA0003110156140000033
Logistics模型：
Figure BDA0003110156140000034
其中，上述各式中，N为消毒后微生物浓度(CFU/L或MPN/L)；N0为初 始微生物浓度(CFU/L或MPN/L)；TOD表示臭氧传输剂量(mg/L)；k、n、 Rmax、a和b都是模型参数，可用曲线拟合软件计算得到。
[6].根据[1]～[5]任一项所述的方法，其中，所述R2选自如下函数模型的 一种：
Chick模型：
Figure BDA0003110156140000041
Figure BDA0003110156140000042
带有消毒衰减的Chick模型：
Figure BDA0003110156140000043
Chick-Waston模型：
Figure BDA0003110156140000044
Selleck氯消毒模型：
Figure BDA0003110156140000045
其中，上述各式中，N为消毒后微生物浓度(CFU/L或MPN/L)；N0为初 始微生物浓度(CFU/L或MPN/L)；c表示自由氯浓度(mg/L)；t表示消毒处 理时间(h)，k、n是模型参数，可用曲线拟合软件计算得到。
[7].根据[1]～[6]任一项所述的方法，其中，所述R1函数模型为Logistics 模型，且R2函数模型为Chick模型：
Chick模型：
Figure BDA0003110156140000051
Logistics模型：
Figure BDA0003110156140000052
其中，上述模型中各个物理量含义与前述[5]或[6]相同。
[8].根据[1]～[7]任一项所述的方法，其中，所述步骤a中的氯衰减的曲线 根据如下函数模型得到：
Figure BDA0003110156140000053
其中，t表示所述氯衰减测试的时间(h)；c(t)是t时刻的剩余自由氯浓度 (mg/L)为单位；c0是氯的初始投加自由氯浓度(mg/L)；
k、ICD、LCD、TCD是模型参数，其中ICD是瞬时需氯量(mg/L)，LCD 是持续需氯量(mg/L)，TCD为总需氯量(TCD＝ICD+LCD)(mg/L)，k表 示速率常数。
[9].根据[1]～[8]任一项所述的方法，其中，所述步骤b和c中所述氯衰减 测试的时间t为0.2h～1h。
[10].根据[1]～[9]任一项所述的方法，其中，所述β(CO3)值为1.05～1.20。
发明的效果
通过上述技术方案的实施，本发明能够获得如下的技术效果：
(1)通过臭氧消毒和氯消毒联用，提高了再生水消毒系统的效能，有 助于保障再生水的微生物安全。
(2)定量表征了臭氧-氯协同消毒工艺的协同效应(即，协同增强系数 β(CO3))
(3)建立了再生水臭氧-氯协同消毒工艺的函数模型并可以基于该模型 根据生产标准或要求优化消毒剂的用量以提高消毒单元的经济效率。
附图说明
图1：本发明方法的一种流程
图2：本发明实施例中臭氧对于氯消毒的增强作用显示
图3：本发明实施例对协同增强系数的定量考察
具体实施方式
以下，针对本发明的内容进行详细说明。以下所记载的技术特征的说 明基于本发明的代表性的实施方案、具体例子而进行，但本发明不限定于这 些实施方案、具体例子。需要说明的是：
本说明书中，使用“数值A～数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、 B的范围。
本说明书中，使用“以上”或“以下”表示的数值范围是指包含本数的数 值范围。
本说明书中，使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行 某种处理两方面的含义。
本说明书中，使用“任选”或“任选的”表示某些物质、组分、执行步骤、 施加条件等因素使用或者不使用。
本说明书中，所使用的单位名称均为国际标准单位名称，并且如果没 有特别声明，所使用的“％”均表示重量或质量百分含量。
本说明书中，如无特殊说明，则氯消毒处理工序中的“氯”浓度，指 的是(剩余)自由氯的浓度。
本说明书中，臭氧剂量与臭氧浓度具有等同的概念，均用mg/L为单位。
本说明书中，使用“室温”或“常温”指的是25℃的环境温度。
本说明书中，使用“基本上”表示与理论模型或理论数据的标准偏差在 5％范围以内。
本说明书中，所提及的“一些具体/优选的实施方案”、“另一些具体/优选 的实施方案”、“实施方案”等是指所描述的与该实施方案有关的特定要素(例 如，特征、结构、性质和/或特性)包括在此处所述的至少一种实施方案中， 并且可存在于其它实施方案中或者可不存在于其它实施方案中。另外，应理 解，所述要素可以任何合适的方式组合在各种实施方案中。
本发明提供了一种水处理的方法，所述水处理方法依次包括对待处理水 进行臭氧消毒处理以及氯消毒处理，进一步，本发明通过对臭氧消毒处理以 及氯消毒处理过程中的协同效应的考察和协同增强系数确定，建立了臭氧- 氯协同消毒工艺的函数模型并可以基于该模型并根据生产标准或要求而优 化消毒剂的用量以提高消毒单元的经济效率。
待处理水
作为本发明水处理的方法，原则上对于处理对象没有特别限定。但从本 发明方法的适应性角度考虑，优选，这样的待处理水包括再生水。
对于再生水，通常是指经过了污水处理厂(WWTP)处理过的水，在一些 具体的实施方案中，这样的再生水可以为污水处理厂中经过二级处理的水或 者在其他一些具体的实施方案中，也可以为经过污水处理厂一级处理或三级 处理的水。
所述的污水的一级处理，通常可以理解为污水物理处理，是污水处理级 别中的第一级，又称污水的预处理。通过简单的沉淀、过滤或适当的曝气， 以去除污水中的悬浮物和部分悬浮态的污染物(包括油膜和油珠)，调整pH 值及减轻污水的腐化程度。处理方法一般有筛滤法、重力沉淀法、浮选和预 曝气法等串联组成，除去污水中大部分粒径在100微米以上的颗粒物；筛滤 可除去较大物质；重力沉淀可除去无机颗粒和相对密度大于1的有凝聚性的 有机颗粒；浮选可除去相对密度小于1的颗粒物(油类等)。使用的处理设 备和方法主要有格栅、筛网、沉淀(沉砂)、过滤、微滤、气浮、离心(旋 流)分离等。污水经过一级处理后一般仍达不到直接排放标准。
所述的污水的二级处理是污水经过一级处理后，在对污水中胶体和溶解 性有机物的净化过程，常用生物法和絮凝法。生物法是利用微生物处理污水， 主要除去一级处理后污水中的有机物，可分为好氧生物处理法和厌氧生物处 理法，如活性污泥、生物滤池、生物转盘、污水灌溉、氧化塘；絮凝法是通 过加絮凝剂破坏胶体的稳定性，使胶体粒子发生凝絮，产生絮凝物而发生吸 附作用，主要是去除一级处理后污水中无机的悬浮物和胶体颗粒物或低浓度 的有机物。二级处理主要用来充分去除人类排泄物、食物渣滓、肥皂水和洗 涤水中的生物含量。
所述的污水的三级处理，又称深度处理，是在一二级处理基础上，用化 学处理和物理化学处理方法进一步除去污水中其他杂质成分，达到重复利用 标准。污水三级处理是污水经二级处理后，进一步去除污水中的其他污染成 分(如；氮、磷、微细悬浮物、微量有机物和无机盐等)的工艺处理过程。
在本发明一些优选的实施方案中，本发明的再生水是污水二级处理的处 理水，更具体的，可以为从污水处理厂的二级处理沉淀池中排出的处理水或 者经过膜生物反应器工艺(MBR)后的处理水。其可能含有一定量的微生物、 病毒等有害成分。
臭氧消毒处理
本发明的水处理方法中，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。
通常，可以进行臭氧消毒处理时，臭氧的添加量可以为3～15mg/L。并 且本发明中，在联合使用臭氧消毒-氯消毒时，臭氧消毒中的臭氧剂量可以 为大于0mg/L且在10mg/L以下。
本发明中，用于考察或表征单独的臭氧消毒处理的动力学函数模型R1原则上没有特别限制。在一些具体的实施方案中，可以使用以下如下函数模 型之一来表示R1：
美国EPA臭氧消毒模型(Paraskeva和Graham，2005)：
Figure BDA0003110156140000091
Logistics模型(Xi等，2017)：
Figure BDA0003110156140000092
其中，上述各式中，N为消毒后微生物浓度(CFU/L或MPN/L)；N0为初 始微生物浓度(CFU/L或MPN/L)；TOD表示臭氧传输剂量(mg/L)；k、n、 Rmax、a和b都是模型参数。对于这样的模型参数，可以通过预设一些量值 而计算得到或者通过曲线拟合软件计算得到。对于合适的软件，没有特别限 制，例如可以为OriginPro 2018(OriginLab)、SPSS(IBM)等。
对于上述的两种函数模型的具体选择，没有特别限定，可以根据实际的 对待处理水的处理情况而确定使用最优的函数模型。例如，将实际的测量值 与基于该函数模型的预测值进行比对而检测对于实际检测的待处理水和处 理工艺而言，该函数模型的符合程度。
氯消毒处理
本发明的水处理或再生水的处理方法中，可以使用一次或多次的氯消毒 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，所述“氯”浓度，指的是自由氯的浓度，在一些具体的实施 方案中，此处的“自由氯”指的是以所述含氯制剂在水中产生的HClO和ClO- 总量。
此外，对于水体中氯浓度的检测，本发明没有特别限定。在一些优选的 实施方案中，可以通过紫外吸收法进行检测，典型的检测波长可以为UV254 (表示检测的含氯的水在254nm波长下的吸光度)和UV280(表示检测的含 氯的水在280nm波长下的吸光度)。
本发明中，用于考察或表征单独的氯氧消毒处理的动力学函数模型R2原则上没有特别限制。在一些具体的实施方案中，可以使用以下如下函数模 型之一来表示R2：
Chick模型：
Figure BDA0003110156140000101
Figure BDA0003110156140000102
带有消毒衰减的Chick模型：
Figure BDA0003110156140000103
Chick-Waston模型：
Figure BDA0003110156140000104
Selleck氯消毒模型：
Figure BDA0003110156140000105
其中，上述各式中，N为消毒后微生物浓度(CFU/L或MPN/L)；N0为 初始微生物浓度(CFU/L或MPN/L)；c表示自由氯浓度(mg/L)；t表示消毒 处理时间或者接触时间(h)，k、n是模型参数，可用曲线拟合软件计算得到。 另外，对于自由氯浓度，如前所述，通常可以为HClO和ClO-总浓度。对于上 述模型参数，可以通过预设一些量值而计算得到或者通过曲线拟合软件计算 得到。对于合适的软件，没有特别限制，例如可以为OriginPro 2018(OriginLab)、SPSS(IBM)等。
对于上述的各种函数模型的具体选择，没有特别限定，可以根据实际的 对待处理水的处理情况而确定使用最优的函数模型。例如，将实际的测量值 与基于该函数模型的预测值进行比对而评估对于实际检测的待处理水和处 理工艺而言，该函数模型的符合程度。
处理步骤及其组合
如前所述，将臭氧消毒与氯消毒联合使用，能够获得增强的消毒效果。 然而，对于该增强效果的定性表征却一直缺少可靠的方法。
本发明通过将臭氧消毒与氯消毒依次联合使用所产生的协同增强效果 进行定量表征以使得可以进一步依据本发明所提供的函数模型对臭氧消毒 与氯消毒中消毒剂的用量进行优化。
在本发明的一些优选的实施方案中，在建立将臭氧消毒与氯消毒依次联 合使用下的灭活函数模型R时，对于臭氧消毒灭活函数R1选取为Logistics模 型，且氯消毒灭活函数R2选择为Chick模型：
Chick模型：
Figure BDA0003110156140000111
Logistics模型：
Figure BDA0003110156140000112
其中，上述模型中各个物理量含义与前文所定义相同。
对于上述两个灭活函数的匹配出于以下考虑：发明人发现，上述特定的 函数模型的匹配不仅具有计算或解释上的简便性，同时也能够获得相对更好 的预测的准确性。
臭氧-氯消毒灭活函数
在确定了上述臭氧消毒以及氯消毒函数模型后，建立如下灭活函数R， 如下述式(1)所示：
R＝R1+β(CO3)·R2 (1)
其中，R表示所述水处理方法的灭活函数；R1表示单独使用臭氧消毒处理 时的灭活函数，R2表示单独使用氯消毒处理时的灭活函数，β(CO3)表示协 同增强系数并且其为臭氧消毒处理时使用的臭氧的浓度CO3的函数，
所述协同增强系数β(CO3)通过以下步骤确定：
a.使用所述对待处理水进行氯衰减测试，以拟合氯衰减的曲线；
b.根据下式确定所述氯衰减曲线计算ICT(积分CT)值：
Figure BDA0003110156140000121
其中，t表示所述氯衰减测试的时间(h)；
c.在所述待处理水中加入浓度为CO3的臭氧的条件下重复上述a和b，并 根据下式确定使用了臭氧的情况下所述氯衰减曲线计算ICT’(积分CT’) 值:
Figure BDA0003110156140000122
d.根据ICT’/ICT值计算得到β(CO3)值。
其中，在步骤a中，对于本发明的可用于描述氯衰减的曲线，原则上没 有特别限制，可以参考现有一些函数模型。
然而从可靠性方面考虑，在本发明一些优选的实施方案中，使用如下函 数以描述或形成氯衰减曲线(CRS)：
Figure BDA0003110156140000131
其中，t表示所述氯衰减测试的时间(h)，也可以称为接触时间；c(t)是t 时刻的余自由氯浓度(mg/L)为单位；c0是氯的初始投加自由氯浓度(mg/L)；
k、ICD、LCD、TCD是模型参数，其中ICD是瞬时需氯量(mg/L)，LCD 是持续需氯量(mg/L)，TCD为总需氯量(TCD＝ICD+LCD)(mg/L)，k表 示速率常数。
在步骤b中，根据步骤a得到的氯衰减曲线计算积分CT值，对于ICT计算 中的时间t没有特别限制，与具体的行业规定相关。并且，在本发明一些具体 的实施方案中，该t值可以与步骤a的氯衰减测试实质相同，即可以理解为都 是氯衰减测试时间。当然，也允许步骤b中的t小于上述氯衰减测试时间。进 一步，该t值可以为0.2h～1h，优选为0.4～0.6h，典型地可以为0.5h。
在步骤c中，重复步骤a和步骤b，并且在步骤的重复是在额外加入了一 定浓度的臭氧的情况下进行的。进而，得到在加入一定浓度臭氧情况下的氯 衰减曲线以及基于该曲线计算的ICT’。其中步骤c的t值与步骤b的t值具有相 同的取值情况。
步骤d中，通过根据ICT’/ICT值计算得到β(CO3)值。需要说明的是，β 值本身是步骤c中加入的臭氧浓度的函数。即，如果在步骤c中使用的臭氧浓 度为C1，则步骤d得到的β值可以用β(C1)进行表示。
其他的处理步骤
本发明中，除了上述的臭氧消毒和氯消毒处理以外，在实际的对待处理 水进行处理时，也可以联合使用其他的处理步骤或者处理单元。
在本发明一些具体的实施方案中，可以在臭氧消毒处理前和/或氯消毒处 理后采用一次或多次的紫外线消毒处理。
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。对于紫外消毒的紫外线剂量的控制手段，没 有特别限定，可以参考本领域已经研究过的模型，例如公开号为CN 109002688A的中国专利申请中所采用的控制模型等。
此外，不受限制的，本发明所述的水处理或者对再生水的处理方法中， 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 的设备等。
基于本发明的灭活函数模型的优化控制
通过上述式(1)的灭活函数，可以合理的表达出臭氧消毒-氯消毒联合 使用时所产生的协同增强效果。
具体而言，根据臭氧-氯协同消毒的灭活函数R，可以对再生水臭氧-氯 协同消毒工艺进行如下优化：
(i)确定臭氧消毒和氯消毒的单位运行成本c1和c2。臭氧消毒和氯消毒 的单位运行成本主要是加药成本。c1和c2可通过再生水厂的运行数据确定。 一些具体的实施方案中，c1的参考值为0.0168元/(吨·mg-O3/L)，c2的参考值 为0.00526元/(吨·mg-Cl/L)。
(ii)确定微生物灭活要求
Figure BDA0003110156140000151
出水余氯要求
Figure BDA0003110156140000152
色度去除要求
Figure BDA0003110156140000153
微 生物灭活要求
Figure BDA0003110156140000154
是指满足出水标准的对数灭活率。出水余氯要求
Figure BDA0003110156140000155
是指满 足出水标准的出水余氯浓度。色度去除要求
Figure BDA0003110156140000156
是指满足出水标准的色度去除 量。一些具体的实施方案中，
Figure BDA0003110156140000157
的参考值是7。
Figure BDA0003110156140000158
的参考值是1.0。
Figure BDA0003110156140000159
的参 考值是20。
(iii)进行非线性优化：
min c1x1+c2x2
Figure BDA00031101561400001510
Figure BDA00031101561400001511
Figure BDA00031101561400001512
x1，x2≥0
其中，x1是臭氧的投加剂量；x2是氯的投加剂量；R(x1,x2)是本发明的微 生物灭活函数；Cl(x1,x2)是本发明上文所述的氯衰减曲线(CRS)；C(x1)是臭 氧脱色函数，可通过实验得到。
(iv)模型的求解可通过计算机软件实现。
实施例
以下将通过具体的实施例对本发明技术方案进行说明。
(再生水样品的制备)
再生水样品取自中国北京某污水处理厂的二沉池。
典型的理化参数如下：溶解有机碳(DOC)8～11mg/L，浊度2～4，色 度16～23，pH 6～8。
(消毒实验)
再生水灭菌后，向水样中人为加入一定量的大肠杆菌，以大肠杆菌为消 毒的评价指标。
臭氧、氯和顺序臭氧-氯消毒实验分批进行。
对于臭氧消毒实验：
将特定体积的臭氧加入到不同的水样中以开始消毒(臭氧投加剂量依次 为0、1、2、3、4、5、8、10mg/L)。在消毒过程中，使用磁力搅拌器使臭 氧和水样充分接触。加入臭氧10分钟后，终止反应。
对于氯消毒实验：
将特定体积的次氯酸钠(NaClO)溶液注入盛有不同水样的反应器中(氯 投加剂量依次为0、1、2、3、4、5mg/L)。用磁力搅拌器充分搅拌。接触时 间为30分钟。反应完毕，终止反应。
对于顺序臭氧-氯消毒实验：
水样先用臭氧消毒(臭氧剂量为2.5mg/L)，然后用氯消毒(氯投加剂量 为0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4mg/L)，消毒实验方法同上。
所有消毒实验均在室温下进行，重复3次。
(氯衰减实验)
将特定体积的次氯酸钠(NaClO)溶液与水样相混合，充分搅拌。每隔一 段时间(5min)检测水样中的余氯浓度。得到的数据使用CRS模型拟合，得 到氯衰减曲线。CRS模型具体如下：
Figure BDA0003110156140000161
其中c0是初始氯消毒剂用量，
t是时间，ICD是瞬时需氯量，LCD是持续需氯量，TCD为总需氯量 (TCD＝ICD+LCD)，k是速率常数。ICD、LCD、TCD和k是模型参数，而 接触时间t是自变量。
另取水样，向水样中投加一定量的臭氧(臭氧浓度依次为2.5、5、7.5、 10mg/L)，反应10min后，终止反应。然后每隔一段时间(5min)检测水样 中的余氯浓度。得到的数据使用CRS模型拟合，得到臭氧处理后水样的氯衰 减曲线。
(消毒动力学模型建立)
在得到上述数据后，建立如下灭活函数R，如下述式(1)所示：
R＝R1+β(CO3)·R2 (1)
其中，对于臭氧消毒灭活函数R1选取为Logistics模型，且氯消毒灭活函数 R2选择为Chick模型：
Chick模型：
Figure BDA0003110156140000171
Logistics模型：
Figure BDA0003110156140000172
其中，上述模型中各个物理量含义与前文所定义相同，并根据β值拟合 出R函数。
经过拟合得到β与TOD的拟合函数为β＝1.087+0.012×TOD(r＝0.94)并 且，尤其在TOD为10mg/L以下时，二者的线性关系尤为显著。其中，图2显 示出了臭氧-氯连续消毒的协同增强系数区域。图3的(a)显示了在臭氧 (TOD＝2.5mg/L)存在或不存在下的余氯衰减曲线，图3的(b)显示了在 TOD为2.5mg/L时的CT(即ICT和ICT’)积分面积对比。
(臭氧-氯连续消毒模型验证)
通过该模型，估测臭氧-氯连续消毒的灭活率，并与实验数据进行比较。 上述模型的平均绝对百分比误差为3.5％。这表明该模型是可行和可靠的。
(剂量优化)
根据本发明提出优化方法，对再生水臭氧-氯协同消毒工艺进行优化， 得出臭氧最优投加剂量为2mg/L，氯最优投加剂量为5.7mg/L，吨水消毒成 本为0.064元。
产业上的可利用性
本发明提供的水处理方法，可以在工业上用于再生水的处理。

Claims (7)

1.一种水处理的方法，其特征在于，所述水处理方法依次包括对待处理水进行臭氧消毒处理以及氯消毒处理，并且
借助如下式(1)的灭活函数调整所述臭氧消毒处理中臭氧的用量以及氯消毒处理中氯消毒剂的用量，
R＝R1+β(CO3)·R2 (1)
其中，R表示所述水处理方法的灭活函数；R1表示单独使用臭氧消毒处理时的灭活函数，R2表示单独使用氯消毒处理时的灭活函数，β(CO3)表示协同增强系数并且其为臭氧消毒处理时使用的臭氧的浓度CO3的函数，
所述协同增强系数β(CO3)通过以下步骤确定：
a.使用所述对待处理水进行氯衰减测试，以拟合氯衰减的曲线；
b.根据下式确定所述氯衰减曲线计算ICT(积分CT)值：
ICT＝∫0 tc(t)dt
其中，t表示所述氯衰减测试的时间(h)；
c.在所述待处理水中加入浓度(mg/L)为CO3的臭氧的条件下重复上述步骤a和b，并根据下式确定所述氯衰减曲线计算ICT’(积分CT’)值：
ICT′＝∫0 tc′(t)dt
d.根据ICT’/ICT值计算得到β(CO3)值，
所述R1选自如下函数模型的一种：
美国EPA臭氧消毒模型：
Figure FDA0003757930020000021
Logistics模型：
Figure FDA0003757930020000022
其中，上述各式中，N为消毒后微生物浓度(CFU/L或MPN/L)；N0为初始微生物浓度(CFU/L或MPN/L)；TOD表示臭氧传输剂量(mg/L)；k、n、Rmax、a和b都是模型参数，可用曲线拟合软件计算得到，
所述R2选自如下函数模型的一种：
Chick模型：
Figure FDA0003757930020000023
Figure FDA0003757930020000024
带有消毒衰减的Chick模型：
Figure FDA0003757930020000025
Chick-Waston模型：
Figure FDA0003757930020000026
Selleck氯消毒模型：
Figure FDA0003757930020000027
其中，上述各式中，N为消毒后微生物浓度(CFU/L或MPN/L)；N0为初始微生物浓度(CFU/L或MPN/L)；c表示自由氯浓度(mg/L)；t表示消毒处理时间(h)，k、n是模型参数，可用曲线拟合软件计算得到，
所述步骤a中的氯衰减的曲线根据如下函数模型得到：
Figure FDA0003757930020000031
其中，t表示所述氯衰减测试的时间(h)；c(t)是t时刻的剩余自由氯浓度(mg/L)为单位；c0是氯的初始投加自由氯浓度(mg/L)；
k、ICD、LCD、TCD是模型参数，其中ICD是瞬时需氯量(mg/L)，LCD是持续需氯量(mg/L)，TCD为总需氯量(TCD＝ICD+LCD)(mg/L)，k表示速率常数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所待处理水为污水处理厂(WWTP)产生的再生水。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述待处理水包括污水处理厂(WWTP)的二级处理水或者三级处理水中的至少一种再生水。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述臭氧消毒处理前和/或在氯消毒处理后，还包括紫外线消毒处理的步骤。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述R1函数模型为Logistics模型，且R2函数模型为Chick模型：
Chick模型：
Figure FDA0003757930020000032
Logistics模型：
Figure FDA0003757930020000033
其中，上述模型中各个物理量含义与权利要求1相同。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤b和c中所述氯衰减测试的时间t为0.2h～1h。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述β(CO3)值为1.05～1.20。
CN202110646780.7A 2021-06-10 2021-06-10 水处理方法 Active CN113354044B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110646780.7A CN113354044B (zh) 2021-06-10 2021-06-10 水处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110646780.7A CN113354044B (zh) 2021-06-10 2021-06-10 水处理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113354044A CN113354044A (zh) 2021-09-07
CN113354044B true CN113354044B (zh) 2022-10-04

Family

ID=77533642

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110646780.7A Active CN113354044B (zh) 2021-06-10 2021-06-10 水处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113354044B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114933386B (zh) * 2022-04-07 2024-05-03 北京城市排水集团有限责任公司 一种联合消毒自动控制系统和方法
CN116693012A (zh) * 2023-05-06 2023-09-05 同济大学 一种含氯消毒剂的排水管道溢流污水消毒协同快速除氨氮方法
CN117088577B (zh) * 2023-10-18 2024-03-15 威海华友节能科技有限公司 一种废水处理用消毒装置及消毒方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101117158B1 (ko) * 2009-03-30 2012-03-07 한국건설기술연구원 오존과 염소가 조합된 복합소독 시스템 및 상기 시스템을 통해 구현된 복합 소독제 모델예측제어 방법
CA2709044A1 (en) * 2010-07-06 2012-01-06 John Andrew Huber Anti-pathogenic composition for water disinfection and the enhancement of the disinfection effeciency of this and other disinfection agents in the water treatment process
US9809467B2 (en) * 2013-03-15 2017-11-07 Atlantium Technologies Ltd System and method for inactivation of infectious pancreatic necrosis virus (IPNV) using medium pressure ultraviolet (UV) light
US10807882B2 (en) * 2015-06-23 2020-10-20 Trojan Technologies Process and device for the treatment of a fluid containing a contaminant
CN109002688B (zh) * 2018-09-06 2020-07-21 清华大学 基于臭氧消毒/紫外线消毒/氯消毒的水处理方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113354044A (zh) 2021-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113354044B (zh) 水处理方法
Wang et al. Removal of antibiotic resistance genes (ARGs) in various wastewater treatment processes: An overview
Carré et al. Impact of suspended particles on UV disinfection of activated-sludge effluent with the aim of reclamation
Xu et al. Wastewater disinfection by ozone: main parameters for process design
CN109002688B (zh) 基于臭氧消毒/紫外线消毒/氯消毒的水处理方法
Gehr et al. Disinfection efficiency of peracetic acid, UV and ozone after enhanced primary treatment of municipal wastewater
Henao et al. Effect of suspended solids on peracetic acid decay and bacterial inactivation kinetics: Experimental assessment and definition of predictive models
CN101704609B (zh) 预臭氧与曝气生物活性炭给水处理方法
US20090166280A1 (en) Wastewater purifying system in hospitals
Alfonso-Muniozguren et al. A combined activated sludge-filtration-ozonation process for abattoir wastewater treatment
Rand et al. A field study evaluation for mitigating biofouling with chlorine dioxide or chlorine integrated with UV disinfection
CN101372369A (zh) 一种水的紫外光催化消毒与氯消毒联用的消毒方法
CN106630279A (zh) 城市污水再生利用病原微生物控制装置及运行方法
US20020189998A1 (en) Processes and apparatus for potable water purification that include bio-filtration, and treated water from such processes and apparatus
CN110563191B (zh) 一种利用过硫酸盐强化铁盐混凝工艺去除饮用水中有机微污染物的方法
CN109734248B (zh) 一种反渗透浓缩水深度处理方法与设备
CN101182085A (zh) 回用水紫外光-氯消毒剂顺序消毒技术
Cao et al. An insight to sequential ozone‑chlorine process for synergistic disinfection on reclaimed water: Experimental and modelling studies
CN103663870B (zh) 食品企业污水处理的方法
CN111762840A (zh) 一种UV/NH2Cl组合工艺去除水中碘帕醇的方法
Cheng et al. Application of microwave/electrodeless discharge ultraviolet/ozone sterilization technology in water reclamation
Subha et al. Optimization of ozonation process for the reduction of excess sludge production from activated sludge process of sago industry wastewater using central composite design
CN112777820A (zh) 一种协同控制污水处理厂出水微生物和消毒副产物的方法
CN206266303U (zh) 城市污水再生利用病原微生物控制装置
Jamalinezhad et al. Performance evaluation of ultraviolet radiation and ozone disinfection for municipal secondary effluent reuse (Case study in Isfahan North wastewater treatment plant)

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant