申请日2018.09.06
公开(公告)日2018.12.14
IPC分类号G06F19/00; G06F17/50; C02F1/50; C02F1/32
摘要
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的确定臭氧、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。
权利要求书
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：
ln D=-(0.57±10%)ln O-(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1-4任一项所述的方法，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1-5任一项所述的水处理方法，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1-6任一项所述的水处理方法，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1-7任一项所述的水处理方法，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1-8任一项所述的水处理方法，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：
ln D=-(0.57±10%)ln O-(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)。
说明书
基于臭氧消毒/紫外线消毒/氯消毒的水处理方法
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%。