城市污水處理廠二氧化氯消毒技術與設備配置

【資料簡介】

1. 二氧化氯(ClO₂)在污水處理中的技術特點

我國城鎮污水處理廠水污染物排放指標執行GB18918-2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》， 即出水糞大腸菌群小于10⁴個/l。目前我國城市污水處理廠采用的出水消毒工藝主要是液氯消毒，ClO₂和紫外C消毒工藝正在推廣之中。實驗表明ClO₂在城市污水處理中具有以下特點：①強氧化性和廣譜殺菌消毒效果。不生成三lv甲烷（THM_S）類等有毒副產物，具有后續氧化和殺滅作用，有效PH值范圍3-9；②脫色和除臭作用；③微絮凝作用。且對水中Fe²⁺、M_n²⁺有很好的去除效果。可見ClO₂是現代城市污水處理廠較為理想的消毒劑。

2. ClO₂發生裝置的工藝技術

1. 亞氯酸鈉(N_aClO₂)或氯酸鈉(N_aClO₃)與鹽酸(HCl)化學法的ClO₂發生器

ClO₂有爆炸性，必須現場制備立即使用。市場技術成熟，工藝簡單，成本較適合城市污水處理廠投入使用的ClO₂發生器主要有用N_aClO₂+HCl和N_aClO₃+HCl為原料的兩種化學法。它們的工作原理為：①    5N_aClO₂+4HCl→4ClO₂+5N_aCl+2H₂O

                  ②  正反應：NaClO₃+2HCl→ClO₂+1/2Cl₂+NaCl+ H₂O

                            副反應：NaClO₃+6HCl→3Cl₂+2NaCl+ 3H₂O

采用NaClO₂為原料的稱為高純ClO₂發生器；NaClO₃法稱為復合型ClO₂發生器。對于復合型發生器來講，根據ClO₂發生器反應室壓力不同，可分為正壓式和負壓式兩種。正壓式不設反應物加熱系統，可直接對帶壓(≤0.7MP)水體進行投加。負壓式設反應物加熱系統，并利用動力水產生負壓投加。前者認為通過提高反應物的接觸時間，可以提高原料轉化率和ClO₂得率，并通過氣體防聚集技術，避免ClO₂和Cl₂（lv氣）因濃度過高而爆炸。后者認為適當的溫度有利于提高反應物的轉化率，并利用動力水形成的負壓防止ClO₂和Cl₂的聚集和加快反應速度。

1. ClO₂發生器的主要技術指標

2.2.1 N_aClO₂或N_aClO₃的轉化率與ClO₂得率。對于采用N_aClO₂做原料的高純ClO₂發生器，其原料轉化率與ClO₂的得率相對穩定，均可達到95%以上。但對于復合型ClO₂發生器而言，由于副反應存在，除了考慮N_aClO₃的轉化率高低之外，還必須考慮ClO₂的得率。我們希望實際完成的反應是N_aClO₃有zui大轉化率（≥85%）和ClO₂有zui高的得率（≥70%）。如果轉化的N_aClO₃都生成了Cl₂，對一臺ClO₂發生器將沒有實際意義。

2.2.2 ClO₂的消毒能力與有效氯。ClO₂有強烈的氧化作用，在水中幾乎*以分子狀態存在，所以易穿透細胞膜。同時，ClO₂的消毒能力相當于有效氯含量為263%，它的氧化性是液氯的2.5倍。ClO₂在釋放殺菌分子時，不會分裂成氯和氧，甚至不同溫度、不同水質環境中，都會保持不變，而繼續通過氧化而不是氯化來瓦解細菌和其他微生物。但由于國家標準是以水中有效氯作為衡量消毒的能力，因此有效氯在設計書或產品說明書上也作為描述ClO₂發生器的技術指標。如：某污水處理廠設計ClO₂投加量為有效氯7mg/l. 對于復合型ClO₂發生器可理解為總有效氯為額定量ClO₂的263%與反應產生的Cl_2。

3．ClO₂消毒系統配置實例

某污水處理廠總設計規模15×10⁴m³/d，ClO₂發生器兩用一備，出水消毒前糞大腸菌群≥9.2×10⁵個/L，消毒后糞大腸菌群<10個/L，排入環城河（水質糞大腸菌群數<10⁶個/L）接近西溪出口處。遇到海水漲潮時，環城河水位可淹沒污水廠排水口，不適于采用紫外C消毒。另外，污水處理廠進水中含有約15-20%的造紙廠的廢水，出水色度≤45倍，利用ClO₂消毒有利于脫色。再考慮到ClO₂ 在水處理中的綜合技術特性和N_aClO₂是N_aClO₃原料價格的3~4倍等因素，確定采用復合型ClO₂發生器。該設備是正壓型，其ClO₂額定量為8000g/h，有效氯為24kg/h。

1. 二氧化氯消毒系統設備及其工藝流程

 

圖1. GPF-8000E兩用一備系統配置工藝流程圖實例

觸摸屏PLC TD170A/S7-224

電控箱 DKG-3-5.5kw

M

20m3HCl 儲液罐

5m3NaClO3 儲液罐

FS

FT

Cl-

中控室

RS485

M

進水

出水

FS

LS

LS

變頻轉換控制器 ACS143-2K7.3

計量泵1#2#3# GM0120

計量泵1#2#3# GM0120

GPF-8000E 1#2#3# 1#2#3#

30min接觸池

M

NaClO3 自動溶加器 RYC-1000

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                       

 

 

1. 控制系統設置

圖1是污水處理廠消毒系統圖，該系統設：①RS485接口和帶觸摸屏PLC，實現遠程、本地自控、手動功能。通過計算機進入Internet可實現由制造商遠程監控和診斷功能。②根據PLC輸出信號，變頻控制器通過控制計量泵可實現無極調控N_aClO₃和HCl溶液的投加量，起到節約物耗、能耗的作用。③PLC根據進水流量（FT）和排放水余氯,兩個信號實現復合環控制。也可根據具體情況采用流量、余氯或剩余ClO₂單因子控制。④為確保反應能按正反應進行和避免因缺料造成危險和原料浪費，在ClO₂發生器進口處增設流量傳感器（FS）和在儲液罐中設置液位（LS）報警控制開關。

1. 投資成本分析

系統配置設備成本應包括自控儀表、PLC、系統軟硬件；電控中心和變頻器轉換系統； ClO₂發生器、計量泵和工藝管道系統等。圖1配置的系統的總價約占同等條件液氯消毒投加設備系統總價的3/4--4/5。按生產ClO₂成本 0.0107元/g和投加量為有效氯7mg/l（相當ClO₂  2.33g/ m³）計算，處理成本約0.0249元/m³，接近于液氯消毒*.02元/m³，可見城市污水處理廠采用復合型二氧化氯全自動控制消毒系統投資與運行成本接近液氯消毒。

1. 設備配置問題探討

有效氯作為復合型ClO₂發生器的技術指標不能準確反映ClO₂的實際得率，尤其對于那些不能避免副反應的復合型ClO₂發生器來講，有可能出現很高的原料轉化率和很低的ClO₂得率的情況。

該型ClO₂發生器可作為高純型或復合型使用。作為復合型設備使用時，根據工業鹽酸(HCl)濃度30%和配制氯酸鈉(N_aClO₃)濃度27%，通過調節N_aClO₃和HCl的投加比例（如1:1.2~1.5），可以限制副反應的發生。但正反應中仍含有相當Cl₂（≤30%）。當余氯過量時，就可能產生THMs等有毒副產物。因此若污水處理廠出水作為中水回用或景觀用水等，建議采用N_aClO₂作為原料，制備高純ClO₂以減少對環境的潛在污染。

無加熱型必須通過對反應室的改進，才可達到與加熱型一樣的原料轉化率與ClO₂得率，且材質必須是耐高壓腐蝕。加熱反應的ClO₂復合型發生器不能作為高純發生器使用。加熱型除要考慮材質必須是耐高溫（約70^oC）腐蝕外，還必須考慮加熱控制系統的可靠性和能耗。耐高溫腐蝕管配件通用性較強，耐高壓腐蝕管配件通用性差。同時要充分考慮保質期、隨機配件、易損件采購費用與渠道、售后服務等問題。