污水处理二氧化氯与氯饼消毒效果

　　1、前言

　　目前，城市生活污水处理厂使用的消毒方法主要有氯消毒、二氧化氯消毒、紫外消毒和臭氧消毒等，其消毒原理、效果和运行成本存在差异，污水处理厂通常根据实际情况进行选择。

　　广州市某污水处理厂设计处理水量20万m3/d，处理尾水大部分排放至珠江，小部分经过滤及二次消毒后用作厂区绿化及景观用水。处理水排放标准参照《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)二级标准，部分指标要求达到一级B标准，其中粪大肠菌群数最高允许排放浓度(日均值)为10000个/L。该厂使用两种消毒方法，二氧化氯消毒为主，氯饼消毒为备用或应急方案。

　　2、二氧化氯

　　2.1 二氧化氯的性质与消毒原理

　　二氧化氯是国际公认的广谱高效氧化性杀菌剂，广泛应用在城镇饮用水、工业循环水、农业用水和污水处理中。其化学式ClO2，常温常压下为黄绿色有刺激性气味的气体，沸点11℃，凝固点-59℃，极易溶于水，二氧化氯水溶液的颜色随浓度的增加可由黄绿色转为橙色，化学性质极为活泼，当在空气中含量超过2%或受到强光照射时，易发生爆炸(爆鸣)。

　　据有关研究，二氧化氯在水中几乎100%以分子状态存在，呈中性，受pH影响小，对细菌的细胞壁有较强的吸附和穿透能力，从而有效地破坏细菌内含巯基的酶，还可快速控制微生物蛋白质的合成，故其对细菌、病毒等有很强的灭活能力，同时几乎不产生有害消毒副产物。

　　2.2 二氧化氯的投加方式

　　二氧化氯化学性质活泼，极不稳定，不易运输及贮存，故选择在污水处理厂内设置加氯间以现场制备、投加。加氯间内配备4台复合型二氧化氯发生器，型号为山东山大华特HTF-20000，单台最大产气量(折合有效氯，以下同)20000g/h。制备原料为工业盐酸和氯酸钠，加氯间内设原料贮存间，并配有应急物资。

　　盐酸溶液符合《工业用合成盐酸》(GB320-2006)要求，氯化氢(HCl)含量大于等于31%。氯酸钠固体符合《工业用氯酸钠》(GB/T1618-2008)一等品的要求，其纯度大于等于99.0%。氯酸钠需制备成溶液，浓度33%(质量比)。

　　盐酸溶液和氯酸钠溶液在二氧化氯发生器内部进行快速反应，其反应方程式为：

　　二氧化氯气体及其它产物最终通过负压射水装置投加入处理尾水中。

　　根据相关研究，当氯酸钠固体与盐酸溶液质量比为1：3.2，即氯酸钠溶液与盐酸溶液质量比约为1：1时，反应中二氧化氯气体的转化率达到最大值，约50%。

　　3、氯饼

　　3.1 氯饼的性质与消毒原理

　　三氯异氰脲酸，常被制作成圆柱形饼状，故称氯饼。其化学式C3Cl3N3O3，是一种有机化合物，常温常压下为白色结晶性粉末或粒状固体，具有强烈的氯气刺激气味，有效氯含量可达90%以上，熔点249℃~251℃，熔点以上加热分解，微溶于水，在水中溶解后水解为次氯酸和氰脲酸。在阴凉干燥处单独存放时较稳定，不自燃不易燃，当与铵、氨等化合物混合后易发生燃烧和爆炸，同时会分解并释放出有害气体。其消毒作用强、毒性低，几乎对所有的细菌芽孢、真菌、病毒都有杀灭作用，应用范围遍及民用卫生，工业循环水，畜牧养殖业等领域。

　　三氯异氰脲酸溶于水后能产生次氯酸，次氯酸在水中还发生如下反应：

　　不同pH时HOCl和OCl-在水中的比例不同，pH>9时，OCl-接近100%;pH=7.54时，HOCl和OCl-大致相等，pH<6 时，HOCl 接近 100%。

　　因此，三氯异氰脲酸的消毒原理与氯消毒基本一致，一般认为主要通过次氯酸起作用，次氯酸因其分子小，不带电荷，只有它能够扩散到带电荷细菌表面，侵入细胞内将菌体蛋白酶氧化而将微生物杀死。而OCl-虽具有杀菌能力，但是带负电，难于接近带负电的细菌表面，杀菌能力则较差。生产实践证明，pH值越低则消毒作用越强。但其产生的卤代消毒副产物可能对水环境造成不良影响。

　　此外，处理尾水中含有一定数量氨氮，次氯酸与氨氮发生反应生成氯胺。本次研究中处理尾水pH值长期保持在6.1~7.1范围内，根据相关研究，当pH处在上述范围时，次氯酸与氨氮的反应生成物主要为一氯胺(NH2Cl)和二氯胺(NHCl2)，其同样具有消毒作用。

　　3.2 氯饼的投加方式

　　污水处理厂内未单独设置氯饼贮存间，直接采购成品并由商家配备工人投加。投加点为二次沉淀池的出水廊道。

　　4、消毒效果

　　根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)二级标准的要求，粪大肠菌群数最高允许排放浓度(日均值)为10000个/L，厂内检验方法为酶底物法。数据采集自2016年3月1日至6月30日，其中3月29日至5月17日投加氯饼，其余时间投加二氧化氯。

　　4.1 二氧化氯的消毒效果

　　根据经验，将二氧化氯发生器的产气量与污水处理量之比设定为3g/m3，当处理水量为20万m3/d，即8333m3/h时，相应的二氧化氯产气量为25000g/h，运行2台二氧化氯发生器，每台12500g/h。实际产气量可随污水瞬时流量进行调整。

　　图1中，时段处于春夏两季，粪大肠菌群数最低292个/L，最高5794个/L，均低于10000个/L，处理尾水能够达标排放。并推测水温较高时，粪大肠菌群生存能力较强，数量较多，此时可适当提高二氧化氯投加量。

　　4.2 氯饼的消毒效果

　　3月29日至5月17日，污水处理厂投加氯饼对处理尾水进行消毒，期间共购置氯饼7000kg，日均投加量为140kg。

　　图2中，时段处于春夏两季，粪大肠菌群数最低275个/L，最高24196个/L(最大量程)，粪大肠菌群数多次超标。推测为氯饼投加量不足或投加量难以随污水瞬时流量进行调整。

　　5、消毒运行成本

　　5.1 二氧化氯消毒运行成本

　　本次研究仅包含盐酸、氯酸钠原料费及电费，不含土建及人工成本等。以某日为例，该日污水处理量为21万m3，二氧化氯发生器的产气量设定为26000g/h。当日盐酸用量约1409kg，氯酸钠(固体)用量约514.6kg。盐酸价格为0.8695元/kg，氯酸钠价格为5.0982元/kg。计算得原料费用与污水处理量之比为188.218元/万m3。6月份总污水处理量为572.92万m3，加氯间用电量为11640kW・h。电费单价为0.6805元/kW・h，基本电费115200元，功率因数调整费用约-5000元。计算得电费与污水处理量之比为15.89元/万m3。原料费与电费之和与污水处理量之比为204.108元/万m3。

　　5.2 氯饼消毒运行成本

　　3月29日至5月17日总污水处理量为916.396万m3，共购置并投加氯饼7000kg，氯饼单价13.8元/kg。计算得氯饼费用与污水处理量之比为105.413元/万m3。

　　6、结论

　　二氧化氯投加量(折合有效氯)与污水处理量之比设定为3g/m3时，处理尾水均达标排放，消毒效果好，同时投加量可随污水瞬时流量进行调整。相关研究表明其几乎不产生有害消毒副产物。但复合式发生器中二氧化氯气体转化率最高仅约50%，原料流失严重，运行成本较高，且涉及危险化学品的使用，管理水平要求较高。推测水温高时，粪大肠菌群生存能力较强，夏季可将二氧化氯投加量与污水处理量之比提高至4g/m3。

　　氯饼消毒运行成本较低，管理相对便利。但投加量140kg/d时，处理尾水多次超标，消毒效果较差，同时投加量难以随污水瞬时流量进行调整。相关研究表明其产生的卤代消毒副产物可能对水环境造成不良影响。本次研究中氯饼投加量无法满足处理尾水达标排放的要求，或需进一步提高投加量进行试验。(来源：广州市城市排水有限公司)