污水廠再生處理 二氧化氯VS次氯酸鈉消毒劑 誰更優？

某市政污水處理廠建設 1 座 2 萬 t / d 的再生水處理系統,采用超濾(UF)與反滲透(RO)的主體處理工藝處理污水廠的尾水,產水回用于電廠等工業生產。超濾前采用加氯消毒,反滲透前采用焦亞硫酸鈉作為還原劑消除過量的消毒劑。本文分別采用復合二氧化氯和次氯1酸鈉消毒,研究超濾產水總余氯、焦亞硫酸鈉投加量、反滲透進水余氯之間的關系。

01 再生水處理系統概況

1.1 工藝流程

再生水處理工藝流程如圖 1 所示。污水處理廠尾水先經過加氯消毒,在預處理水池中充分混合,經自清洗過濾器和超濾裝置去除懸浮物和大分子有機物。超濾產水帶有一1定量的余氯,在投加還原劑(焦亞硫酸鈉)、阻垢劑、非氧化性消毒劑后,經保安過濾器,進入反滲透裝置,反滲透產水(再生水) 回用于電廠等工業生產。

1.2 設計參數

再生水處理過程中,超濾選用 PVDF 材質的浸沒式 中 空 纖 維 超 濾 膜, 設 計 凈 產 水 通 量 為 40L / (m2· h),產水 SDI<3,< span="">濁度<1 ntu。反滲透膜采用陶氏 bw30fr-400>

本系統設計接觸消毒時間為30 min,同時經超濾膜過濾后, 細菌可大部分被截留。采用質量濃度為 10%(以有效氯計)的次氯1酸鈉溶液,現場用玻璃鋼儲罐儲存,直接用計量泵投加到預處理水池中。復合二氧化氯采用化學法復合二氧化氯發生器[6]現場制備,即將氯1酸鈉溶液與鹽酸溶液按照 1 ∶1的體積比投加到發生器中,混合消毒液在水射器的抽吸作用下進入預處理水池中與原水充分混合。

02 復合二氧化氯在再生水處理中的應用

使用復合二氧化氯消毒,其投加濃度為 14 mg / L(以有效氯計),反滲透前還原劑(焦亞硫酸鈉)投加濃度為 20 mg / L,連續一周監測超濾產水、反滲透進水總余氯情況(表 2)。復合二氧化氯投加濃度為14 mg / L(以有效氯計)時,污水中有機物、微生物等的存在大大消耗了消毒劑的量,超濾產水余氯平均為 1. 87 mg / L,在反滲透前投加 20 mg / L 焦亞硫酸鈉(此時焦亞硫酸鈉投加濃度為余氯的 10 倍),依然不能消除余氯,反滲透進水余氯高達 0. 97 mg / L,反滲透膜元件存在氧化的風險。

為了降低反滲透進水余氯,降低復合二氧化氯投加濃度至 5 mg / L(以有效氯計),反滲透前還原劑(焦亞硫酸鈉)投加量增加至 40 mg / L,連續一周監測超濾產水、反滲透進水總余氯情況(表 2)。復合二氧化氯投加濃度為 5 mg / L(以有效氯計)時,超濾產水余氯降為 0. 88 mg / L,在反滲透前投加 40 mg / L焦亞硫酸鈉(此時焦亞硫酸鈉投加濃度為余氯的45 倍),依然存在 0. 32 mg / L 的余氯。

在本系統中,使用復合二氧化氯消毒 3 年后,反滲透整體的脫鹽率降低至 90%以下,前端的反滲透膜元件先被氧化,脫鹽率低于 80%,反滲透產水水質不能滿足用水要求。

在本系統中,復合二氧化氯消毒后,投加過量的焦亞硫酸鈉依然不能將余氯完全去除。經測定分析,此部分余氯全部為二氧化氯的消毒副產物ClO-2。測定時,ClO2、Cl2在 pH 值接近 7 時即可氧化水中的I-,從而被測定出來;ClO-2需在 pH 值≤ 2時才能氧化水中的 I-,其在接近中性的溶液中不能被還原劑充分還原。實際過程中,反滲透進水 pH值在 7 左右,高濃度的焦亞硫酸鈉不能將 ClO-2完全還原,致使ClO-2進入反滲透系統,逐漸氧化反滲透膜元件,即使投加相對余氯量 45 倍的焦亞硫酸鈉,ClO-2依然存在。同時,由于還原劑投加量過大,系統處于無氧或缺氧狀態,反滲透系統中存在大量的硫酸鹽。硫酸鹽還原菌利用硫酸鹽進行氧化反應,進而大量繁殖,造成保安過濾器及反滲透膜元件的微生物污堵,反滲透系統壓差升高,需頻繁地進行化學清洗才能保證膜元件正常產水。

03 次氯1酸鈉在再生水處理中的應用

使用次氯1酸鈉消毒,其投加濃度為 14 mg / L(以有效氯計),反滲透前還原劑(焦亞硫酸鈉)投加量為 10 mg / L,連續一周監測超濾產水、反滲透進水總余氯情況。

如表 3 所示,次氯1酸鈉投加濃度為 14 mg / L(以有效氯計)時,超濾產水余氯降為 1. 26 mg / L,在反滲透前投加 10 mg / L 焦亞硫酸鈉后,未檢出余氯。隨后,降低反滲透前還原劑(焦亞硫酸鈉)投加量至6 mg / L,連續一周監測超濾產水、反滲透進水總余氯情況,反滲透進水余氯未檢出。由此可知,使用次氯1酸鈉消毒,超濾產水的總余氯主要以ClO-、HClO形式存在,不存在ClO-2 ,投加總余氯濃度 5 倍的焦亞硫酸鈉即可將余氯完全消除,從而消除反滲透膜被氧化的風險。

04 成本核算

綜合來看,采用復合二氧化氯消毒時,消毒劑、還原劑總成本為 0. 153 元/ ( t 再生水);采用次氯1酸鈉消毒時,消毒劑、還原劑總成本為 0. 200 元/ ( t 再生水)。與次氯1酸鈉相比,復合二氧化氯應用于反滲透預處理時,整個再生水處理系統的消毒劑、還原劑成本更低。

05 結論和建議

復合二氧化氯消毒時,后續產生的總余氯主要以 ClO-2 形式存在,其在近中性溶液中很難被還原劑還原,造成反滲透進水中余氯依然存在,反滲透膜元件被余氯氧化,影響反滲透膜的壽命。次氯1酸鈉消毒時,后續產生的總余氯主要以 ClO-、HClO 形式存在,投加少量的焦亞硫酸鈉即可將余氯完全去除,可消除反滲透膜被氧化的風險。

與復合二氧化氯相比,雖然次氯1酸鈉應用于反滲透預處理時的運行成本較高,但可以有效避免反滲透膜被氧化,可延長膜的使用壽命,推薦采用次氯1酸鈉作為再生水處理的消毒劑。本文的經驗適用于再生水處理工程的設計和運行,為反滲透預處理的設計和運行提供了重要的借鑒。