對污水處理廠二氧化氯和次氯酸鈉消毒工藝實際應(yīng)用的對比分析

摘要：基于珠江三角洲某污水處理廠在提標改造過程中，將原有的二氧化氯消毒工藝替換為次氯酸鈉消毒工藝的運營實例，在保持污水消毒原水條件相對穩(wěn)定的條件下，深入比較二氧化氯與次氯酸鈉2種消毒技術(shù)的實際應(yīng)用效果、管理復(fù)雜性和經(jīng)濟成本。提標改造后，次氯酸鈉消毒的單位成本較二氧化氯消毒提高了112%，但二氧化氯的現(xiàn)場制備工藝卻涉及較高的安全管理成本和潛在的安全風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：污水處理廠；提標改造；二氧化氯；次氯酸鈉；消毒；應(yīng)用對比

引言

中大型污水處理廠中，常用的消毒工藝為紫外消毒、二氧化氯消毒、次氯酸鈉消毒，但這3種廣泛應(yīng)用的消毒工藝都有著各自的優(yōu)勢和劣勢。在選擇消毒工藝時，需要綜合考慮各種因素，包括消毒效果、安全性、經(jīng)濟性等。同時，對不同污水處理廠的具體情況進行具體的分析和評估，以選擇最適合的消毒工藝。本文以珠江三角洲某污水處理廠在提標改造過程中，將原有的二氧化氯消毒工藝替換為次氯酸鈉消毒工藝為例，分析2種消毒技術(shù)的實際應(yīng)用效果，以期為類似提標改造項目提供參考。

1某污水處理廠提標改造概況

某污水處理廠設(shè)計規(guī)模為4萬t/d，實際負荷率為80%，采用A/O生化處理結(jié)合二氧化氯消毒工藝，出水標準為廣東省地方標準《水污染物排放限值》（DB 44/26-2001）第二時段一級標準和《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級B標準，此工藝已穩(wěn)定運行15年。

近年來，某污水處理廠在不改變原生化處理工藝的基礎(chǔ)上，進行提標改造，新增“高效沉淀池+反硝化深床濾池”的深度處理工藝，并將消毒方式改為投加次氯酸鈉消毒。改造后，出水中的COD、BOD5、氨氮、總磷等主要指標值執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838-2002）IV 類標準。

在諸多文獻中，不同消毒工藝的成本計算存在顯著差異，這主要歸因于污水消毒原水的不同，不同消毒技術(shù)在不同水質(zhì)條件下，所需的消毒劑量差異較大。影響殺菌消毒效果的還有水溫、pH 、原水水質(zhì)，以及殺菌消毒劑與水的混合接觸方式、微生物的類型等[1]。因此，本研究于污水處理廠消毒工藝改造前后，在污水消毒原水條件基本保持一致的前提下，對比分析了二氧化氯與次氯酸鈉2種消毒工藝的應(yīng)用效果、管理復(fù)雜度和經(jīng)濟成本，以期通過深入研究與評估，為優(yōu)化污水處理工藝、提升消毒效果、降低管理難度和節(jié)約經(jīng)濟成本提供有力支撐。污水處理廠提標改造前后，主要指標排放標準如表1所示。

2對比的2種消毒工藝原理與效果

2.1二氧化氯消毒工藝的原理與效果

二氧化氯消毒效力很強的原因主要是其具有強氧化能力。二氧化氯消毒時發(fā)生的是純氧化反應(yīng)，其對細胞壁有較強的吸附和穿透能力，可有效地氧化細胞內(nèi)含硫基的酶，從而通過快速控制微生物蛋白質(zhì)的合成來破壞微生物，達到殺菌滅毒目的[2]。二氧化氯氧化能力是氯氣的 2.5倍，不與水中的氨氮等化合物作用而被消耗，不產(chǎn)生氯化有機物，約為氯投加量的40%即可取得較好的消毒殺菌效果[3]。在污水處理中，影響二氧化氯消毒效果的主要因素為投加劑量、接觸時間及水中SS濃度。另外，投加二氧化氯除了起消毒殺菌的主要作用外，還有一定的脫色作用。

2.2次氯酸鈉消毒工藝的原理與效果

次氯酸鈉投加后，生成次氯酸（HCIO），可擴散到帶負電的細菌表面，并滲入細菌體內(nèi)通過氧化作用破壞酶系統(tǒng)而使細菌死亡。同時，一部分次氯酸進一步分解生成新生態(tài)氧（O），新生態(tài)氧的極強氧化性使菌體和病毒上的蛋白質(zhì)變性，從而致死病原微生物，達到消毒殺菌的效果[4]。

在污水處理中，影響次氯酸鈉消毒效果的主要因素為投加劑量、接觸時間、PH，以及水中COD、氨氮和SS的濃度。投加次氯酸鈉除了起消毒殺菌的主要作用外，還有一定的去除氨氮和脫色作用[5]。

3對比的2種消毒工藝生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備與設(shè)施

二氧化氯和次氯酸鈉消毒，一般都要求接觸時間30min以上。案例中的污水處理廠原消毒池有效池容為1070m3，按照80%～120%的運行負荷率，消毒接觸時間可確保在30～48min。

因此，在提標改造工程中，將原有的二氧化氯消毒工藝更改為次氯酸鈉消毒工藝，僅需更換投加設(shè)備，無需對整體工藝流程進行大規(guī)模改動。

3.1二氧化氯消毒工藝的設(shè)備設(shè)施

污水處理廠所采用的二氧化氯消毒工藝，需進行現(xiàn)場制備。其制備原理在于，將30%濃度的工業(yè)鹽酸與30%濃度的氯酸鈉溶液，在78℃的反應(yīng)釜中進行化學(xué)反應(yīng)，從而生成氣體二氧化氯。隨后，通過水射器產(chǎn)生的負壓作用，使氣體二氧化氯溶解于水中，進而將其投加到消毒原水中，以實現(xiàn)消毒目的。

實現(xiàn)二氧化氯現(xiàn)場制備投加，要有符合安全要求的鹽酸儲存?zhèn)}庫和氯酸鈉粉劑儲存?zhèn)}庫。制備設(shè)備主要有二氧化氯發(fā)生器、原料投加計量泵、加壓泵、水射器等；輔助設(shè)備包括氯酸鈉化料器、二氧化氯氣體泄漏檢測器和酸霧吸收器。二氧化氯制備間平面布置如圖1所示。

3.2次氯酸鈉消毒工藝的設(shè)備設(shè)施

污水處理廠所采用的次氯酸鈉消毒工藝，一般是直接采購成品11%濃度次氯酸鈉溶液，只需把儲罐中的次氯酸鈉溶液通過計量泵按劑量投加即可。主要設(shè)備為物料儲罐、計量泵和電磁流量計。次氯酸鈉消毒間平面布置如圖2所示。

4對比的2種消毒工藝運營管理難點

4.1二氧化氯消毒工藝的運營管理難點

4.1.1危險化學(xué)品儲存使用條件須符合安全要求

二氧化氯所需原料工業(yè)鹽酸和氯酸鈉及二氧化氯氣體都屬于危險化學(xué)品，原材料儲存場所及制備生產(chǎn)都要定期進行“危險化學(xué)品儲存場所安全現(xiàn)狀評價”，通過專家評審（論證），并在安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門備案。

4.1.2原料采購手續(xù)繁瑣

二氧化氯的現(xiàn)場制備需要用到31%工業(yè)鹽酸和氯酸鈉粉劑。工業(yè)鹽酸屬于易制毒化學(xué)品，每次采購都要經(jīng)過公安局禁毒部門的審批。氯酸鈉屬于易制爆化學(xué)品，每次采購都要經(jīng)過公安局治安管理部門的審批。

4.1.3存儲和使用手續(xù)繁瑣

制備原料在儲存和使用過程中，要嚴格按照規(guī)程進行操作，每天要在線上報對應(yīng)的化學(xué)品管理系統(tǒng)，每月要接受公安部門的檢查。同時，由于存在危險化學(xué)品的存儲和使用，水務(wù)部門、安監(jiān)部門、消防部門和應(yīng)急管理部門都會對此進行嚴格管理。廠區(qū)內(nèi)部管理也須嚴格按照“雙人雙鎖”等風(fēng)險管理規(guī)定。

4.1.4現(xiàn)場制備設(shè)備復(fù)雜易故障存在泄漏風(fēng)險

除了原材料儲存罐可能出現(xiàn)的破裂等泄漏風(fēng)險外，二氧化氯制備設(shè)備的氣體負壓溶解系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，同樣會引發(fā)嚴重的二氧化氯氣體泄漏風(fēng)險。由于氣體二氧化氯對光和熱敏感，在空氣中濃度超過9.5%易引起爆炸[6]，會對人體呼吸道產(chǎn)生嚴重的損傷。因此，污水處理廠人員的風(fēng)險管理和現(xiàn)場處置能力面臨更高的標準和要求。

經(jīng)過綜合考量，二氧化氯現(xiàn)場制備工藝涉及較高的安全管理成本和潛在的安全風(fēng)險，這無疑增加了污水處理廠日常運營的管理復(fù)雜性。

4.2次氯酸鈉消毒工藝的運營管理難點

次氯酸鈉消毒工藝具備操作簡便、設(shè)備要求不高等特點，因此在運營管理上相對容易實施。但次氯酸鈉溶液作為一種易揮發(fā)且對光敏感的液體，其穩(wěn)定性較差，尤其在溫度升高時，其濃度會逐漸降低，從而影響消毒效果，因此其運營管理的重點在于儲存環(huán)節(jié)。目前，市場上所提供的次氯酸鈉水溶液濃度約為11%，建議儲存和使用時間為7d。為減少次氯酸鈉有效成分的揮發(fā)，建議將次氯酸鈉溶液稀釋至5%儲存。將次氯酸鈉溶液按1∶1稀釋后，其30d衰減速率從22.4%大幅下降至4.9%，可更好地滿足水廠日常運行的需要[7]。

5對比的2種消毒工藝能耗與成本分析

為最大限度消除PH、COD、氨氮、SS等指標對投加劑量的影響，客觀對比二氧化氯和次氯酸鈉消毒的能耗與成本。本次成本分析選用的數(shù)據(jù)中，出水PH、COD、氨氮、SS等指標均符合GB 3838-2002 的IV 類標準，且糞大腸菌群低于1000個/L。

5.1二氧化氯消毒工藝的能耗與成本

某污水處理廠本次改造根據(jù)二氧化氯消毒工藝的設(shè)備配置要求，滿足4萬t/d處理規(guī)模的二氧化氯消毒需求，需配置2套10000g/h劑量的二氧化氯發(fā)生器及相關(guān)配套設(shè)備，投資約65萬元。某污水處理廠以二氧化氯消毒劑有效氯投加量約3.1mg/L運行，即可使出水糞大腸菌群低于1000個/L。以鹽酸765元/t、氯酸鈉9800元/t和電費0.72元/kWh為價格基礎(chǔ)，得出每噸水的消毒成本為0.0259元。二氧化氯消毒工藝日常運營所需藥劑量、能耗及噸水消毒成本如表2所示。

5.2次氯酸鈉消毒工藝的能耗與成本

某污水處理廠本次改造根據(jù)次氯酸鈉消毒工藝設(shè)備配置要求，配置1用1備計量泵的次氯酸鈉消毒投加系統(tǒng)，投資約為5萬元。某污水處理廠以次氯酸鈉消毒劑有效氯投加量約5.2mg/L運行，即可使出水糞大腸菌群低于1000個/L。以次氯酸鈉1050元/t、電費0.72元/kWh為價格基礎(chǔ)，得出每噸水的消毒成本為0.0550元。次氯酸鈉消毒工藝日常運營所需藥劑量、能耗及噸水消毒成本如表3所示。

結(jié)語

綜上所述，二氧化氯消毒工藝在污水處理尾水消毒中雖然有著高效穩(wěn)定、副產(chǎn)物少和運行成本低等特點，但二氧化氯現(xiàn)場制備工藝涉及較高的安全管理成本和潛在的安全風(fēng)險；次氯酸鈉消毒工藝在污水處理尾水消毒中不僅有著效果穩(wěn)定、運行成本適中、操作簡單和設(shè)備故障率少等特點，而且對尾水中的氨氮也有一定的去除作用。但是，在污水處理廠實際運營經(jīng)驗中，無論是采用二氧化氯消毒還是次氯酸鈉消毒，出水的COD、氨氮、SS等指標的升高都會影響殺毒效果，因此均須相對增加投加劑量以確保糞大腸菌群達標。

參考文獻

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[7]魏恒.次氯酸鈉消毒系統(tǒng)在水廠的應(yīng)用研究[J].中國給水排水，2017，33（17）：46-49.

作者簡介

李俊華（1988—），男，漢族，廣東佛山人，工程師，工學(xué)學(xué)士，研究方向為污水處理廠管理運營。

黎方偉（1984—），男，壯族，廣西來賓人，工程師，大學(xué)本科，研究方向為環(huán)境治理。

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-04-19