單擊這里查看或下載-臭氧次氯酸鈉聯(lián)用消毒方式在工業(yè)企業(yè)中水消毒中的應(yīng)用

李　嶸1，余仲勛2
（1云南鋁業(yè)股份有限公司，云南昆明650502；2昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南昆明650051）

摘　要：結(jié)合項(xiàng)目實(shí)例對(duì)中水消毒工藝方案進(jìn)行了比選，針對(duì)工業(yè)企業(yè)的實(shí)際條件，提出采用 “臭氧＋次氯酸鈉”聯(lián)用的消毒方式。介紹了設(shè)計(jì)思路及選擇的參數(shù)，進(jìn)出水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果表明，聯(lián)用的消毒方式對(duì)總大腸菌群的控制取得了較好的處理效果。
關(guān)鍵詞：消毒工藝；臭氧；次氯酸鈉；中水處理

中圖分類號(hào)：X703　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A　　文章編號(hào)：1673-9655（2019）05-0071-04

一、背景工程概況

云南鋁業(yè)股份有限公司廠區(qū)生活污水處理站于2004年進(jìn)行擴(kuò)建，目前污水處理站設(shè)計(jì)規(guī)模為180ｍ3/h。原設(shè)計(jì)采用2臺(tái)二氧化氯發(fā)生器作為消毒設(shè)備，改建時(shí)沿用該設(shè)備。因自污水處理站建設(shè)至今已10余年，原有消毒設(shè)備老化、破損不能正常運(yùn)行，不能滿足目前水量的消毒需要，造成回用水管網(wǎng)中細(xì)菌指標(biāo)超標(biāo)情況。因此對(duì)生活污水中水處理站的消毒系統(tǒng)進(jìn)行改造。

二、消毒工藝比選

污水再生利用是解決我國(guó)目前水資源緊缺的重要途徑，污水消毒是保障水質(zhì)安全必不可少的環(huán)節(jié)。目前的消毒技術(shù)有很多，有氯消毒、二氧化氯消毒、紫外線消毒、臭氧消毒等。氯消毒因其成本低廉、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單且對(duì)致病微生物有廣泛的滅活特性，在目前的污水消毒處理中仍處于主導(dǎo)地位[1-2]。但氯消毒會(huì)產(chǎn)生大量的三氯甲烷、鹵乙酸等消毒副產(chǎn)物。很多替代氯消毒的方法，如二氧化氯消毒、紫外消毒、臭氧消毒等，臭氧＋次氯酸鈉等聯(lián)合消毒技術(shù)等也得到了廣泛的應(yīng)用。各消毒方式對(duì)比，見表1。

從表1可看出，氯消毒與二氧化氯消毒具有持續(xù)消毒作用，紫外線與臭氧消毒不具有持續(xù)消毒作用；從投資來看，臭氧消毒最高，二氧化氯與紫外線次之，液氯消毒最低；加氯消毒會(huì)生成三鹵甲烷（THMs）類致癌副產(chǎn)物，二氧化氯與臭氧均會(huì)產(chǎn)生少量副產(chǎn)物，紫外線消毒不會(huì)產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物。

氯消毒與臭氧消毒因其缺點(diǎn)不推薦單獨(dú)在本項(xiàng)目中使用。

比較二氧化氯與紫外線法。本項(xiàng)目如采用紫外線消毒法，需要設(shè)置消毒渠，因現(xiàn)有清水池為地上式，通過消毒渠的中水難以自流進(jìn)入清水池，故還需要設(shè)置中間水池與提升泵，將消完毒的水提升進(jìn)清水池。現(xiàn)場(chǎng)在濾池與清水池之間難以找到合適位置設(shè)置消毒渠與中間水池。且紫外消毒無持續(xù)殺菌的能力，運(yùn)行更換燈管費(fèi)用也較高，而二氧化氯法可在風(fēng)機(jī)房旁或無閥濾池旁設(shè)置設(shè)備間，通過濾池出水管上的管式混合器投加，目前有定型成品可使用，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，管理簡(jiǎn)單。

“臭氧＋次氯酸鈉”聯(lián)用消毒方式在工業(yè)企業(yè)中水處理中很少有應(yīng)用。這種消毒方式將臭氧與次氯酸鈉兩種消毒方式結(jié)合起來。利用臭氧消毒，臭氧殺滅病原體所需時(shí)間更短，效率更高而且不產(chǎn)生有毒有害的副產(chǎn)物。臭氧消毒具有現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生、反應(yīng)速度快、消毒后臭氧立即分解、基本消除了對(duì)生物群的毒效、使水的溶解氧增加、無毒等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合廠區(qū)有空壓機(jī)以及電費(fèi)較低的優(yōu)勢(shì)，可以利用臭氧消毒。因臭氧不具有持續(xù)消毒能力，同時(shí)投加少量次氯酸鈉，控制水中余氯，可以使本消毒方式具有持續(xù)消毒能力。

根據(jù)以上分析，“臭氧＋次氯酸鈉”的消毒方式，消毒、殺滅病原體所需時(shí)間短、效率高，而且產(chǎn)生有毒有害的副產(chǎn)物較少，同時(shí)具有持續(xù)消毒能力；“臭氧＋次氯酸鈉”聯(lián)用的消毒方式在本廠具有較高的可實(shí)現(xiàn)性。綜合考慮，本項(xiàng)目建議采用二氧化氯消毒或 “臭氧＋次氯酸鈉”消毒。

三、工藝方案

3.1工藝流程

無閥濾池出水進(jìn)入臭氧接觸池，臭氧發(fā)生器通過接觸池底部設(shè)置的曝氣盤投加臭氧消毒，輔助加次氯酸鈉消毒，消毒后出水進(jìn)入中水池，通過中水泵站提升至用水點(diǎn)使用。消毒系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

3.2臭氧消毒設(shè)施設(shè)計(jì)

3.2.1氣源系統(tǒng)

臭氧發(fā)生器的氣源可采用干燥空氣、液氧或者現(xiàn)場(chǎng)制氧，本設(shè)計(jì)中采用空氣作為氣源。由于污水處理站旁就是150ｍ3/h空壓站，壓縮空氣壓力可達(dá)0.6MPa，空壓站的壓縮空氣經(jīng)減壓閥減壓后就可供給臭氧發(fā)生器作為氣源。

該臭氧發(fā)生器對(duì)氣源的要求如下：

產(chǎn)生臭氧所需的原料氣體是氧氣或含有氧氣的氣體（例如空氣），應(yīng)盡可能不含有水分、灰塵、油、碳?xì)浠衔锖蜌渲惖碾s質(zhì)，所有這些雜質(zhì)都會(huì)對(duì)臭氧形成過程產(chǎn)生不良影響，并可能對(duì)設(shè)備產(chǎn)生一定程度的損壞。

供給臭氧發(fā)生器的原料氣體至少要達(dá)到如下標(biāo)準(zhǔn)：

①含水量：要求氣源露點(diǎn)低于-50℃；

②含油量：要求含油量不高于0.01mg/ｍ3（21℃）；

③雜質(zhì)顆粒度：要求雜質(zhì)顆粒＜0.1μｍ，最好＜0.01μｍ

④溫度：一般要求溫度不高于25℃，特殊條件下不高于35℃；

⑤壓力：要求有一定的壓力，以保證穩(wěn)定工作并滿足臭氧氣體投加的需要。

3.2.2臭氧制備間

臭氧制備間內(nèi)設(shè)置臭氧制備系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)中包括2套臭氧發(fā)生系統(tǒng)以及配套的配電系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和安全排風(fēng)系統(tǒng)。臭氧制備間設(shè)于臭氧接觸池上。

參照《給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第5冊(cè)城鎮(zhèn)排水），因本項(xiàng)目投加臭氧旨在滅活細(xì)菌、控制出水細(xì)菌總數(shù)，臭氧投加量推薦5～15mg/L，接觸時(shí)間6～15min。參考已有科研試驗(yàn)結(jié)果，臭氧投加量推薦值在5mg/L左右[3-5]。因此本工程中采用5mg/L作為設(shè)計(jì)臭氧投加濃度。

本項(xiàng)目按照最大時(shí)水量180ｍ3/h進(jìn)行計(jì)算，臭氧投加濃度5mg/L，則臭氧投加量為900g/h，故選用臭氧產(chǎn)量為500g/h的臭氧發(fā)生器2套。

臭氧系統(tǒng)配置包括氣源處理系統(tǒng)、臭氧發(fā)生器、冷卻水系統(tǒng)、臭氧投加系統(tǒng)、尾氣破壞系統(tǒng)。

氣源處理系統(tǒng)：包括冷凍干燥機(jī)與吸附干燥機(jī)?？諝饨?jīng)壓縮機(jī)壓縮后，經(jīng)主管道的過濾器去除＞1μｍ的塵埃粒子以及水霧和油霧，由冷凍式干燥機(jī)進(jìn)行淺度除水，經(jīng)高效除油過濾和超高效除油過濾去除＞0.01μｍ的塵埃粒子，使水霧和油霧含量不超過0.01mg/ｍ3，然后進(jìn)入制氧機(jī)產(chǎn)生高純度氧氣，再經(jīng)通用除塵過濾和高效除塵過濾器去除＞0.01μｍ的塵埃粒子成為合格的原料氣源。

臭氧發(fā)生器：合格的氣源經(jīng)減壓穩(wěn)壓后進(jìn)入臭氧發(fā)生室。在臭氧發(fā)生室內(nèi)部分氧氣通過中頻高壓放電變成臭氧，產(chǎn)品氣體經(jīng)溫度、壓力、流量監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)后由臭氧出氣口產(chǎn)出。

冷卻水系統(tǒng)：采用廠區(qū)生產(chǎn)一次用水作為冷卻水，冷卻水不循環(huán)，冷卻設(shè)備后直接流入中水池。

直接冷卻水流量5～10ｍ3/h，水溫10～20℃。

臭氧投加系統(tǒng)：采用曝氣投加方式，將臭氧氣體與接觸池內(nèi)的水充分反應(yīng)。

尾氣破壞系統(tǒng)：臭氧接觸池頂部設(shè)置雙向透氣安全閥及尾氣排放口等。池子內(nèi)的尾氣經(jīng)除霧器去除水霧后，進(jìn)入尾氣破壞器。尾氣破壞器采用加熱催化的方式將臭氧分解，整個(gè)尾氣破壞器的控制由尾氣破壞箱控制。分解后的氣體臭氧濃度＜0.1mg/ｍ3，可直接排放到大氣中。

臭氧制備間內(nèi)設(shè)置臭氧泄漏報(bào)警儀，濃度超出設(shè)定限值時(shí)發(fā)出警報(bào)。

3.2.3臭氧接觸池

由于處理站用地較為緊張，采用的方案是臭氧接觸池上設(shè)置臭氧消毒間。臭氧接觸池分為3段擴(kuò)散室，中間設(shè)置隔板，采用微孔曝氣頭在每個(gè)擴(kuò)散室內(nèi)，臭氧共分3級(jí)投加，每級(jí)均布置微氣泡曝氣系統(tǒng)，3級(jí)的臭氧投加比例分別為50％、25％和25％。在臭氧接觸池反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置豎向?qū)Я鞲舭?，以利于臭氧與水的混合接觸，提高傳質(zhì)效果和臭氧利用率，改善運(yùn)行效果。導(dǎo)流隔板頂部和底部設(shè)置通氣孔和流水孔。臭氧接觸池采用全密閉結(jié)構(gòu)。臭氧接觸池總停留時(shí)間為30min。
臭氧輸送及投加管道采用316L不銹鋼管。

3.3次氯酸鈉投加系統(tǒng)

根據(jù) 《GB50014-2006室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》，加氯消毒量建議為6～15mg/L，設(shè)計(jì)中采用15mg/L。

次氯酸鈉為外購(gòu)配置好的溶液，濃度為12.5％。通過加藥管投加至臭氧接觸池進(jìn)水管。在臭氧接觸池內(nèi)進(jìn)行混合輔助消毒。

四、消毒效果

經(jīng)水質(zhì)分析，進(jìn)出水總大腸菌群變化情況見表3。

可見，“臭氧＋次氯酸鈉”聯(lián)用的消毒方式取得了較好的效果，滿足中水回用中微生物指標(biāo)的要求。

五、結(jié)論

氯、二氧化氯、臭氧、紫外線等常規(guī)消毒經(jīng)濟(jì)有效，但具有在消毒過程中產(chǎn)生有害副產(chǎn)物等缺點(diǎn)。聯(lián)合消毒劑能有效滅活水體中的致病微生物，有效控制消毒副產(chǎn)物的生成，可延長(zhǎng)或保證管網(wǎng)水中的消毒作用[2]。不同項(xiàng)目的消毒可以不拘泥于單一的消毒方式，本項(xiàng)目中采用 “臭氧＋次氯酸鈉”聯(lián)用的消毒方式取得了較好的處理效果，同時(shí)為工業(yè)企業(yè)的中水消毒提供了一種具有較高參考價(jià)值的應(yīng)用實(shí)例。

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