二氧化氯和次氯酸钠消毒剂在污水厂再生水处理中的应用比较

2020-09-16李瑞峰

净水技术 2020年9期

李瑞峰

(鲁泰纺织股份有限公司，山东淄博 255100)

双膜法(超滤+反渗透)是再生水处理工程常用的工艺方法。该方法占地面积小、回收率高、产水水质高、脱盐率稳定，工艺系统简单可靠[1]。反渗透是其不可或缺的核心技术，为获得高品质的再生水提供了重要的技术保证。由于反渗透膜易污堵、膜元件价格高且更换频繁，反渗透系统的运行成本高[2]。膜污染一直是限制膜技术推广的“瓶颈”，原水水质与膜污染程度紧密相关，适当的预处理可以降低原水对膜的污染[3]。再生水处理采用污水厂尾水作为原水时，进水微生物活性较高，需要加氯消毒控制微生物污染；同时，在反渗透前投加还原剂以去除原水中的氧化性物质，防止膜元件氧化[4]。综合考虑成本及实际应用，二氧化氯、次氯酸钠是反渗透预处理常用的含氯消毒剂，亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠是常用的反渗透还原剂。

淄博市某市政污水处理厂建设1座2万t/d的再生水处理系统，采用超滤(UF)与反渗透(RO)的主体处理工艺处理污水厂的尾水，产水回用于电厂等工业生产。超滤前采用加氯消毒，反渗透前采用焦亚硫酸钠作为还原剂消除过量的消毒剂。本文分别采用复合二氧化氯和次氯酸钠消毒，研究超滤产水总余氯、焦亚硫酸钠投加量、反渗透进水余氯之间的关系。

1 再生水处理系统概况

1.1 工艺流程

再生水处理工艺流程如图1所示。污水处理厂尾水先经过加氯消毒，在预处理水池中充分混合，经自清洗过滤器和超滤装置去除悬浮物和大分子有机物。超滤产水带有一定量的余氯，在投加还原剂(焦亚硫酸钠)、阻垢剂、非氧化性消毒剂后，经保安过滤器，进入反渗透装置，反渗透产水(再生水)回用于电厂等工业生产。

图1 再生水处理工艺流程Fig.1 Process of Reclaimed Water Treatment

1.2 设计参数

再生水处理过程中，超滤选用PVDF材质的浸没式中空纤维超滤膜，设计净产水通量为40 L/(m2·h)，产水SDI<3，浊度<1 NTU。反渗透膜采用陶氏BW30FR-400/34i，一级两段式排列，每套反渗透系统共216支膜元件，其中，一段144支，二段72支，反渗透系统设计回收率为70%，详细的设计参数如表1所示。

表1 再生水处理系统设计参数Tab.1 Design Parameters of Reclaimed Water Treatment System

据报道，采用含氯消毒剂进行污水消毒时，消毒剂与污水接触20 min后，余氯在0.5 mg/L左右，污水中粪大肠菌群和总大肠菌群数量<90个/L，具有良好的消毒效果[5]。本系统设计接触消毒时间为30 min，同时经超滤膜过滤后，细菌可大部分被截留。

采用质量浓度为10%(以有效氯计)的次氯酸钠溶液，现场用玻璃钢储罐储存，直接用计量泵投加到预处理水池中。复合二氧化氯采用化学法复合二氧化氯发生器[6]现场制备，即将氯酸钠溶液与盐酸溶液按照1∶1的体积比投加到发生器中，混合消毒液在水射器的抽吸作用下进入预处理水池中与原水充分混合。复合二氧化氯制备的反应原理如式(1)。

2NaClO3+4HCl=2ClO2+Cl2+2H2O+2NaCl

(1)

复合二氧化氯发生器的产量以有效氯产量表示，其数值为设备在额定状态下工作时，每小时产生有效氯的质量，单位为g/h。有效氯质量浓度即每升消毒剂的溶液相当于若干毫克质量的氯气，单位为mg/L。

2 复合二氧化氯在再生水处理中的应用

使用复合二氧化氯消毒，其投加浓度为14 mg/L(以有效氯计)，反渗透前还原剂(焦亚硫酸钠)投加浓度为20 mg/L，连续一周监测超滤产水、反渗透进水总余氯情况(表2)。复合二氧化氯投加浓度为14 mg/L(以有效氯计)时，污水中有机物、微生物等的存在大大消耗了消毒剂的量，超滤产水余氯平均为1.87 mg/L，在反渗透前投加20 mg/L焦亚硫酸钠(此时焦亚硫酸钠投加浓度为余氯的10倍)，依然不能消除余氯，反渗透进水余氯高达0.97 mg/L，反渗透膜元件存在氧化的风险。

表2 总余氯分析结果Tab.2 Analysis of Total Residual Chlorine

为了降低反渗透进水余氯，降低复合二氧化氯投加浓度至5 mg/L(以有效氯计)，反渗透前还原剂(焦亚硫酸钠)投加量增加至40 mg/L，连续一周监测超滤产水、反渗透进水总余氯情况(表2)。复合二氧化氯投加浓度为5 mg/L(以有效氯计)时，超滤产水余氯降为0.88 mg/L，在反渗透前投加40 mg/L焦亚硫酸钠(此时焦亚硫酸钠投加浓度为余氯的45倍)，依然存在0.32 mg/L的余氯。

在本系统中，使用复合二氧化氯消毒3年后，反渗透整体的脱盐率降低至90%以下，前端的反渗透膜元件最先被氧化，脱盐率低于80%，反渗透产水水质不能满足用水要求。

一般，反渗透预处理部分需采用氯消毒以防止微生物污染，并维持20～30 min的反应时间，让整个预处理管线保持0.5～1.0 mg/L的余氯浓度，具体的加氯量需要根据进水中有机物、氨氮、微生物等确定。在进入反渗透膜元件前必须经过彻底的脱氯处理，以防止膜元件受到氯的氧化破坏。理论计算表明，1.34 mg的焦亚硫酸钠可以脱除1.0 mg的余氯；在工程实践中，每脱除1.0 mg的余氯需要加入3.0 mg的焦亚硫酸钠。含氯消毒剂属于氧化性消毒剂，其在反渗透预处理前为常规使用，对后续反渗透膜有一定的影响。一般要求反渗透进水余氯小于0.1 mg/L，且反渗透前常使用焦亚硫酸钠去除余氯。若余氯不能被完全还原，可能会造成膜元件的严重氧化，从而导致反渗透脱盐率降低，影响反渗透膜的寿命。

3 次氯酸钠在再生水处理中的应用

使用次氯酸钠消毒，其投加浓度为14 mg/L(以有效氯计)，反渗透前还原剂(焦亚硫酸钠)投加量为10 mg/L，连续一周监测超滤产水、反渗透进水总余氯情况。

表3 总余氯分析结果Tab.3 Analysis of Total Residual Chlorine

4 成本核算

由于消毒剂的使用量与进水水质存在明显变化，统一按照消毒剂投加浓度为14 mg/L(以有效氯计)计，同时采用复合二氧化氯、次氯酸钠消毒，后续反渗透还原剂的加药量不同，分别以焦亚硫酸钠(固体)投加浓度为20 mg/L(复合二氧化氯消毒时)和6 mg/L(次氯酸钠消毒时)计算，再生水处理系统回收率按照60%计，分别核算采用2种不同消毒方式时，消毒剂、还原剂的使用成本，如表4所示。