某污水處理廠消毒系統技改工程設計

余艦波，皮家悅

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

液氯是化工業的主要化工產品，具有生產成本低，工藝技術成熟、殺菌效果穩定的優勢，在城市污水處理廠消毒中廣泛應用。然而，液氯具有強氧化性、強腐蝕性、高劇毒性。按照《危險化學品重大危險源辨識》（GB 18218—2018）相關規定，液氯量超過臨界容量5t 則是重大風險源，面臨著儲運困難、泄漏風險大等重大安全問題。隨著城市化進程的加快，尋求更加安全的消毒方式取代液氯消毒已成為一種趨勢。本工程擬對重慶市某污水處理廠液氯消毒方式進行改造，改造廠區生產運行環境。

1 項目背景

該污水處理廠建立于2010 年，現狀處理規模為10萬m3/d，采用格柵沉砂池-A2O 生物池-V 型濾池-接觸消毒池常規處理工藝。目前廠區內采用液氯消毒，實際生產運行加氯量為1.9～2.5 mg/L。由于液氯為重點監管的危化品，在道路運輸風險，長節假日和重要活動時可能出現藥劑斷供。此外，污水處理廠氯庫建筑物距離東側居民區直線距離較近，存在泄露的安全風險，亟須對廠區內消毒系統進行改造。

2 消毒方式選擇

目前污水處理廠常用的消毒方式有二氧化氯消毒、次氯酸鈉消毒、紫外線消毒、臭氧消毒等[1]。本工程對成品次氯酸鈉原液、現場制備次氯酸鈉，以及二氧化氯消毒三種氯消毒方式進行比較分析來確定消毒系統改造工藝。

2.1 成品次氯酸鈉原液消毒

次氯酸鈉（NaClO）溶液為淺黃色透明液體，有類似氯氣的刺激性氣味，是一種強氧化劑。NaClO 在水中水解可形成次氯酸（HClO）和氫氧化鈉，其中HClO為消毒劑的有效成分。HClO 在水中會進一步離解生成新生態氧［O］，能夠使菌體和病毒的蛋白質變性，從而殺死病原微生物。由于次氯酸分子很小，可迅速擴散至細菌表面，穿過細胞壁到達內部，與病原體蛋白、核酸和酶等發生氧化反應起到消毒作用[2]。

成品次氯酸鈉消毒采用在污水中直接投加10%～12%的成品次氯酸鈉原液消毒。消毒系統主要包括藥劑儲存單元、投加單元、應急處理單元等。該工藝的改造方案可利用現狀氯庫作為次氯酸鈉儲存間，現狀投加間更換計量泵來實施。該方案改造簡單、運行相對安全、消毒效果良好穩定。通常情況下，當成品次氯酸鈉溶液就近貨源充足且保證率高時，宜首選成品次氯酸鈉溶液進行消毒。

2.2 現場制備次氯酸鈉消毒

現場制備次氯酸鈉溶液為利用次氯酸鈉發生器，通過電解氯化鈉溶液，在電解槽中發生一系列化學反應，生成有效氯約0.8%的次氯酸鈉溶液消毒。次氯酸鈉消毒系統主要包括原料制備、原料進料、產品制備、產品儲存、產品投加等多個單元[3]。該工藝的改造方案可利用現狀氯庫作為次氯酸鈉現場制備間，但次氯酸鈉發生器所在建筑的屋頂不得有吊頂、梁頂無通氣孔的下翻梁要求，需對現狀房間建筑及土建進行改造。該方案制備原料為食鹽，運行成本低，但由于產生氫氣，設備運行具有一定的危險性，且涉及土建改造，改造時間較長。

2.3 二氧化氯復合法消毒

二氧化氯常溫下為白色粉末，具有很強的氧化作用。二氧化氯復合法消毒利用二氧化氯發生器，通過氯酸鈉與鹽酸兩種原料的復合反應生成二氧化氯進行消毒[4]。二氧化氯消毒系統一般包括原料調制供應、二氧化氯發生及投加的成套設備。

為避免制備二氧化氯的原料氯酸鈉、和鹽酸、氯氣等接觸發生爆炸，各原料庫房與設備間均應互相隔開，互不連通，且均應可直接通向外部。根據現狀消毒系統房間布置情況，可將原氯庫作為鹽酸儲存間，漏氯吸收間作為氯酸鈉儲存間。該方案消毒效果較好，但其原料為濃鹽酸及氯酸鈉，其中濃鹽酸為危險藥品，運輸儲存風險大，氯酸鈉為易爆物質，安全性差，需對原房間進行土建改造。

2.4 方案比較

對以上三種改造方案的實施內容、改造時間、工程費用、運行成本等方面綜合比較，比較結果如表1。

表1 消毒方式比選

綜上所述，成品次氯酸鈉原液消毒工程投資最低，改造速度最快，運行管理簡單，因此，本工程采用成品次氯酸鈉原液消毒。

3 成品次氯酸鈉原液消毒設計

3.1 儲存單元

成品次氯酸鈉原液儲存需綜合考慮運行水量、藥劑特性以及氣候條件等諸多因素。此外，10%次氯酸鈉原液存在衰減情況，需結合運輸條件及儲存環境合理考慮儲存周期及儲存量。

本工程設計規模為10 萬噸/天，采用10%成品次氯酸鈉原液消毒，設計投加量按最大50mg/L（有效氯含量5mg/L）考慮。次氯酸鈉儲存量按照7d 設計，考慮春節藥劑運輸困難、高峰時段污水量增大以及次氯酸鈉衰減等因素，考慮變化系數1.5。則10%次氯酸鈉原液最高日投加量為7500kg/d，日用量約7.5m3，7 天用量約52.5m3，按60m3設計。

根據現狀氯庫情況，儲存單元采用PE 儲液罐形式儲存次氯酸鈉原液，共配置3 座有效容積為20m3 的儲液罐。

3.2 投加單元

投加單元主要包括加氯設備、投加管道及管件等。加氯設備除數字計量泵外，還包括配套相應的背壓閥、安全閥、阻尼器、Y 型過濾器、壓力表、自來水沖洗系統等附件。同時，需配備對應的自控系統以控制精準加氯。注料閥設置在投加管道末端，且距離液面有一定高度，以防止水汽進入加藥管道，同時便于觀察和檢修。同時需在合理位置安裝放空閥及沖洗閥，對儲罐進行放空及防止管道結垢沉積堵塞。

投加量是投加單元的關鍵參數，根據污水廠預實驗結果，確定投加量按有效氯5mg/L 設計，能夠可靠地達到出水要求。投加點考慮為兩點投加，分別為接觸消毒池前后投加，共設置4 臺數字計量泵，兩用兩備，泵參數為Q=200L/h，H=4bar，P=0.75kW。根據原藥劑投加間情況，將4 臺計量泵及其附件集成于一套撬裝柜中，每兩臺泵間隔距離不小于50cm，同時應保留設備檢修空間。

3.3 應急單元

氯庫內的儲藥罐長期存放大量藥劑，應考慮極端情況下藥劑滲漏的處置問題。

本工程在室內儲藥區域四周設置一圈排水溝，藥劑泄露后順坡度匯集至排水溝內集水坑。同時，沿排水溝外四周砌有一定高度圍堰，將滲漏的藥液與外界隔開。

為避免廢液泄露造成危害，另設置專門的事故池或事故罐收集泄露的廢液。本工程專門設置一座20m3的廢液回收罐，收集泄露的廢液。廢液通過室內排水溝匯集至集水坑，由耐腐蝕廢液泵提升至廢液回收罐內。此外，若藥劑儲存量不足時，可使用廢液回收罐內藥劑進行應急消毒處理。

3.4 通風設計

由于次氯酸鈉溶液具有刺激性氣味，存在次氯酸鈉的房間內不可避免有揮發氣體逸出，為改善室內環境空氣質量，應在次氯酸鈉儲存間及投加間設置機械通風設施。目前，廠區現狀氯庫內有10臺墻壁軸流風機，加氯間內有3 臺屋頂軸流風機，參數均為Q=2500m3/h，220～280Pa，對其進行通風核算，軸流風機通風量能對房間進行8～12 次/h 的換氣，達到規范通風要求。

3.5 防腐設計

10%次氯酸鈉溶液為堿性，此外次氯酸鈉分解產生腐蝕性物質。根據次氯酸鈉溶液特性，儲存間及投加間內與次氯酸鈉可能直接接觸的墻面與地面均需設置防腐措施。

本工程在次氯酸鈉儲存間內排水溝及圍堰內外均貼耐酸耐堿磚，同時排水溝蓋板采用高分子耐腐蝕材料。

3.6 電氣自控

電氣自控需完成污水廠內整個加氯系統的全自動化運行。本次次氯酸鈉采用原液投加，共設計四臺計量泵（兩用兩備），兩臺卸料泵（一用一備），一臺廢液泵，用電負荷約7.0kW。現狀加藥間配電系統滿足本次改造用電負荷要求。新增次氯酸鈉投加系統自帶PLC 控制系統，通過工業以太網接入污水廠現狀自控系統，信號上傳至中控室，與污水廠自控系統融合。此外，計量泵需實現就地控制和遠程PLC 控制。

4 運輸及運行安全

4.1 藥劑運輸與貯存

為保證運輸及運行安全，必須選用合規的次氯酸鈉藥劑，同時需根據《次氯酸鈉溶液包裝要求》GB19107-2003 相關要求對藥劑進行包裝。此外，次氯酸鈉應采用防腐的裝運容器進行密閉運輸，且不能與還原性物品混運。

次氯酸鈉溶液性質與溫度、濃度及pH 值等因素相關。次氯酸鈉水溶液在15℃以下時性質相對穩定，而在氣溫較高情況下則容易出現分解現象。濃度為10%次氯酸鈉溶液時，可貯存5d～7d，而濃度為3%～5%的次氯酸鈉溶液可儲存10d～15d 或更長時間，且具有更高的熱穩定性。此外，次氯酸鈉溶液在中性和強酸條件下性質都不穩定，而在堿性條件下則相對穩定。

根據藥劑特性，次氯酸鈉原液應存放在陰涼且通風的倉庫，避免陽光照射，且遠離火種、熱源，庫溫不宜超過30℃，并禁止與其他還原劑、酸類、易燃可燃物等可能發生危險反應的貨物一起存放，宜采用避光、密封（留一出氣口）、耐腐蝕的罐體存儲。

4.2 安全設施設置

根據《化學品分類和危險性公示通則》（GB13690-2009）及化學品分類，次氯酸鈉溶液可引起嚴重的皮膚灼傷和眼睛損傷，一次接觸可能導致消化系統危害。考慮次氯酸鈉的腐蝕性[5]，需對加氯間配備防護用具、消防器材、搶救設施和搶修工具箱。本工程根據廠區作業人數，同時考慮備用，設置過濾式防毒面具、正壓式空氣呼吸器、壓縮空氣充氣泵、自來水緊急沖淋洗眼器、聚乙烯類材料防護套裝、防爆強光電筒及滅火器等以保證工作人員健康安全。

5 結語

1.液氯消毒系統改造為成品次氯酸鈉原液消毒等運輸及運營更為安全的消毒工藝是消毒處理轉變的趨勢。

2.本工程針對三種氯消毒方式的實施內容、工程費用、運行成本等進行綜合比較分析，選用綜合成本最低，改造速度最快的成品次氯酸鈉原液消毒方式。

3.本工程對成品次氯酸鈉原液消毒系統儲存、投加、應急單元設計進行了闡述，對類似污水處理廠消毒系統改造設計具有參考和借鑒意義。