城市污水处理厂二氧化氯消毒技术与设备配置

城市污水处理厂二氧化氯消毒技术与设备配置The disinfection technology and the configuration of equipments of ClO2 in the urban sewage treatment魏炎光 (漳州净化水管理处 漳州 ) 摘要：根据二氧化氯（ClO2）在城市污水处理中的技术特点，利用ClO2消毒设备系统配置实例，讨论如何选配ClO2发生器及其配套设备和控制系统，分析亚氯酸钠(NaClO2)或氯酸钠(NaClO3)与盐酸(HCl)反应的两种化学法的优缺点及应用前景。关键词：城市污水处理、二氧化氯、消毒、设备配置Abstract: Basing on the technologic characteristic of ClO2 and making use of an example of systemic configuration of ClO2 disinfection equipments, discussing on how to purchase and configure the ClO2 producing implement systems and its controlling system for an urban sewage treatment plant. Analyzing the advantages and the shortages of both chemical reaction method of NaClO2+HCl & NaClO3+HCl and their application ranges.Key words: urban sewage treatment, ClO2, disinfection technology, equipments configuration1. 二氧化氯(ClO2)在污水处理中的技术特点我国城镇污水处理厂水污染物排放指标执行GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准， 即出水粪大肠菌群小于104个/l。目前我国城市污水处理厂采用的出水消毒工艺主要是液氯消毒，ClO2和紫外C消毒工艺正在推广之中。实验表明ClO2在城市污水处理中具有以下特点：强氧化性和广谱杀菌消毒效果。不生成三氯甲烷（THMS）类等有毒副产物，具有后续氧化和杀灭作用，有效PH值范围3-9；脱色和除臭作用；微絮凝作用。且对水中Fe2+、Mn2+有很好的去除效果。可见ClO2是现代城市污水处理厂较为理想的消毒剂。2. ClO2发生装置的工艺技术2.1 亚氯酸钠(NaClO2)或氯酸钠(NaClO3)与盐酸(HCl)化学法的ClO2发生器ClO2有爆炸性，必须现场制备立即使用。市场技术成熟，工艺简单，成本较适合城市污水处理厂投入使用的ClO2发生器主要有用NaClO2+HCl和NaClO3+HCl为原料的两种化学法。它们的工作原理为：5NaClO2+4HCl4ClO2+5NaCl+2H2O 正反应：NaClO3+2HClClO2+1/2Cl2+NaCl+ H2O 副反应：NaClO3+6HCl3Cl2+2NaCl+ 3H2O采用NaClO2为原料的称为高纯ClO2发生器；NaClO3法称为复合型ClO2发生器。对于复合型发生器来讲，根据ClO2发生器反应室压力不同，可分为正压式和负压式两种。正压式不设反应物加热系统，可直接对带压(0.7MP)水体进行投加。负压式设反应物加热系统，并利用动力水产生负压投加。前者认为通过提高反应物的接触时间，可以提高原料转化率和ClO2得率，并通过气体防聚集技术，避免ClO2和Cl2（氯气）因浓度过高而爆炸。后者认为适当的温度有利于提高反应物的转化率，并利用动力水形成的负压防止ClO2和Cl2的聚集和加快反应速度。2.2 ClO2发生器的主要技术指标2.2.1 NaClO2或NaClO3的转化率与ClO2得率。对于采用NaClO2做原料的高纯ClO2发生器，其原料转化率与ClO2的得率相对稳定，均可达到95%以上。但对于复合型ClO2发生器而言，由于副反应存在，除了考虑NaClO3的转化率高低之外，还必须考虑ClO2的得率。我们希望实际完成的反应是NaClO3有最大转化率（85%）和ClO2有最高的得率（70%）。如果转化的NaClO3都生成了Cl2，对一台ClO2发生器将没有实际意义。2.2.2 ClO2的消毒能力与有效氯。ClO2有强烈的氧化作用，在水中几乎100%以分子状态存在，所以易穿透细胞膜。同时，ClO2的消毒能力相当于有效氯含量为263%，它的氧化性是液氯的2.5倍。ClO2在释放杀菌分子时，不会分裂成氯和氧，甚至不同温度、不同水质环境中，都会保持不变，而继续通过氧化而不是氯化来瓦解细菌和其他微生物。但由于国家标准是以水中有效氯作为衡量消毒的能力，因此有效氯在设计书或产品说明书上也作为描述ClO2发生器的技术指标。如：漳州市污水处理厂设计ClO2投加量为有效氯7mg/l. 对于复合型ClO2发生器可理解为总有效氯为额定量ClO2的263%与反应产生的Cl2。3ClO2消毒系统配置实例漳州市污水处理厂总设计规模15104m3/d，ClO2发生器两用一备，出水消毒前粪大肠菌群9.2105个/L，消毒后粪大肠菌群10个/L，排入环城河（水质粪大肠菌群数106个/L）接近西溪出口处。遇到海水涨潮时，环城河水位可淹没污水厂排水口，不适于采用紫外C消毒。另外，污水处理厂进水中含有约15-20%的造纸厂的废水，出水色度45倍，利用ClO2消毒有利于脱色。再考虑到ClO2 在水处理中的综合技术特性和NaClO2是NaClO3原料价格的34倍等因素，经招标确定采用复合型ClO2发生器GPF-8000E型。该设备是正压型，其ClO2额定量为8000g/h，有效氯为24kg/h。3.1 GPF-8000E系统设备及其工艺流程图1. GPF-8000E两用一备系统配置工艺流程图实例触摸屏PLCTD170A/S7-224电控箱DKG-3-5.5kwM20m3HCl储液罐5m3NaClO3储液罐FSFTCl-中控室RS485M进水出水FSLSLS变频转换控制器ACS143-2K7.3计量泵1#2#3#GM0120计量泵1#2#3#GM0120GPF-8000E 1#2#3# 1#2#3#30min接触池MNaClO3自动溶加器RYC-10003.2 控制系统设置图1是漳州市污水处理厂消毒系统图，该系统设：RS485接口和带触摸屏PLC，实现远程、本地自控、手动功能。通过计算机进入Internet可实现由制造商远程监控和诊断功能。根据PLC输出信号，变频控制器通过控制计量泵可实现无极调控NaClO3和HCl溶液的投加量，起到节约物耗、能耗的作用。PLC根据进水流量（FT）和排放水余氯（Cl-）两个信号实现复合环控制。也可根据具体情况采用流量、余氯或剩余ClO2单因子控制。为确保反应能按正反应进行和避免因缺料造成危险和原料浪费，在ClO2发生器进口处增设流量传感器（FS）和在储液罐中设置液位（LS）报警控制开关。4 投资成本分析系统配置设备成本应包括自控仪表、PLC、系统软硬件；电控中心和变频器转换系统； ClO2发生器、计量泵和工艺管道系统等。图1配置的系统的总价约占同等条件液氯消毒投加设备系统总价的3/4-4/5。按生产ClO2成本 0.0107元/g和投加量为有效氯7mg/l（相当ClO2 2.33g/ m3）计算，处理成本约0.0249元/m3，接近于液氯消毒成本0.02元/m3，可见城市污水处理厂采用复合型二氧化氯全自动控制消毒系统投资与运行成本接近液氯消毒。5 设备配置问题探讨有效氯作为复合型ClO2发生器的技术指标不能准确反映ClO2的实际得率，尤其对于那些不能避免副反应的复合型ClO2发生器来讲，有可能出现很高的原料转化率和很低的ClO2得率的情况。GPF-8000E型ClO2发生器可作为高纯型或复合型使用。作为复合型设备使用时，根据工业盐酸(HCl)浓度30%和配制氯酸钠(NaClO3)浓度27%，通过调节NaClO3和HCl的投加比例（如1:1.21.5），可以限制副反应的发生。但正反应中仍含有相当Cl2（30%）。当余氯过量时，就可能产生THMs等有毒副产物。因此若污水处理厂出水作为中水回用或景观用水等，建议采用NaClO2作为原料，制备高纯ClO2以减少对环境的潜在污染。无加热型必须通过对反应室的改进，才可达到与加热型一样的原料转化率与ClO2得率，且材质必须是耐高压腐蚀。加热反应的ClO2复合型发生器不能作为高纯发生器使用。加热型除要考虑材质必须是耐高温（约70oC）腐蚀外，还必须考虑加热控制系统的可靠性和能耗。耐高温腐蚀管配件通用性较强，耐高压腐蚀管配件通用性差。在商务谈判时要充分考虑保质期、随机配件、易损件采购费用与渠道、售后服务等问题。参考文献：1. 黄君礼,新型水处理剂- 二氧化氯技术的应用M北京化学工业出版社,2002