对于污水厂出水消毒,除了紫外线消毒方式以外,还有一种方式,现阶段在污水厂的使用更为广泛,那就是次氯酸钠的消毒方式。次氯酸钠的消毒方式由于投加方式简单,药品容易采购,存储方便,出水后有余氯存在,管理相对简单,因此采用这种消毒方式的污水厂较多。
1)次氯酸钠是作为氯消毒剂的一种,其消毒原理和氯气的消毒原理基本相同,是通过对微生物体内的酶的活性抑制来实现微生物的灭活消毒的;在氯消毒剂中常用有效氯的说法来进行消毒效果的衡量,氯气消毒的作用机理是在氯气在水中通过夺取生物体内电子变成Cl-来进行消毒,所以有效氯是指氯气生成Cl-的数量,而次氯酸钠(NaClO)中的Cl氯离子为+1价位,变为-1价位,要夺两个电子,也就是两个当量的氯,因此次氯酸钠的有效氯含量就是:=2×35.5÷(23+35.5+16)×100%
2)在一些文献资料中,对氯的消毒都是采用有效氯来计算的,纯的次氯酸钠有效氯就是95.3%。一般污水厂采用的都是工厂制备好的次氯酸钠直接运输到厂内进行投加的,次氯酸钠的溶液的溶液的浓度在12~15%之间,换算成有效氯就是11~13%之间。因此污水厂在采购次氯酸钠期间,不要被一些商家误导,一般有效氯在10%左右就是正常了,高于这个值都是虚假的成分较多,而且越高浓度的次氯酸钠越容易挥发,在污水厂储存期间,很容易挥发降低浓度,在储存罐顶部要注意留有氯气释放孔,储存空间要强制排风,防止有毒气体的积攒。
3)污水厂在使用过程中的次氯酸钠一般以10%的有效氯来计算。污水厂的化验室可以通过余氯检测的碘量法(GB19106-2013次氯酸钠国家标准)的实验方法来检测购买的次氯酸钠产品中的有效氯的含量,也是污水厂保证采购消毒商品合格的标准检测手段。
4)次氯酸钠投入水中后,会发生水解,产生有效氯的反应,当有效氯和水中的微生物反应完成后,剩余的有效氯就是余氯,这也是很多污水厂感到迷茫的一个问题,出水的余氯保持在多少,余氯不是越高越好,高余氯进入到自然水体中会产生不良的消毒副产物DBPs,最常见的三卤甲烷和卤乙酸,还有N-亚硝基二甲烷(NDMA)等等,其中NDMA是已知的最强致癌因子之一。
5)同时污水厂对于成本的支出管控上,消毒剂也是成本构成的很大一部分,因此选择合理的投加量,是每个采用次氯酸钠进行消毒的污水厂需要认真进行工作。
6)次氯酸钠在水中需要一定的接触时间来实现有效的消毒,因此在实际的应用中,污水厂都有设计接触池,提供足够的接触时间来进行消毒,一般污水厂在设计负荷下接触时间在30分钟,各个污水厂可以根据实际的处理水量来计算自己厂内实际的接触时间,这个接触时间对后面的加药量的计算有很大的作用。根据消毒动力学和大量的污水厂实际经验共同推导,由赛莱克(Selleck)等人提出的在理想状态的接触池反应下的,给定的接触时间所需的余氯量的计算公式为:
7)比如说某厂深度处理后的出水中粪大肠菌群数为16000个/L,要求达到一级A的出水标准1000个/L,接触时间为45分钟,可以计算:C=(16000÷1000)^1/3÷(0.23×45)这个公式可以计算出理想状态下的消毒剂的使用量,但是要注意污水厂的实际使用中,由于处理程度的不同,处理水质的变化,会导致消毒剂不可能完全作用于微生物的灭活,一般各种复杂的杂质都会消耗大量的有效氯,因此这个计算可以作为消毒剂投加的一个基准数值,实际的投加量根据这个计算,进行比例上浮后投加。
8)一般来说随着污水处理流程的不断加长,水中的微生物的去除效果会不断上升,有研究表明在不同的污水处理的程度下的细菌的去除和破坏不一样,下表是各个阶段的微生物去除率的情况:所以污水厂在消毒剂的使用成本的管控上,要注意对前端工艺的管理,前端生物处理工艺运行的越稳定,处理水质越好,后端的消毒剂投加量越小,这也是要求管理者把污水厂的运行管理作为系统来进行,不能割裂的对待某一环节。
9)次氯酸钠本身也是一种强氧化剂,可以氧化很多还原物质,由于污水中含有各种物质,特别是氨氮,硝态氮等氮族化合物,这一类氮族化合物在次氯酸钠的氧化作用下会变成氯胺,在这个过程中会消耗次氯酸钠,次氯酸钠所产生的余氯在氧化这部分氨的阶段,会出现一个下降的趋势,当把这部分胺全部氧化完以后,水中余氯会回升,这就是加氯反应中的折点加氯。
10)很多污水厂利用了次氯酸钠这个特性,进行氨氮超标的应急处理,但是根据化学式计算和实际运行的统计数据,次氯酸钠降解氨氮的使用量非常巨大,次氯酸钠的投加量和氨氮的比例在7~9:1的情况下,才可以满足氨氮的完全转化。因此在正常运行中,污水厂无法使用次氯酸钠来长期保持氨氮的达标。国家生态环境部门也对污水厂过量投加次氯酸钠去除氨氮的做法明确定义为运行造假,污水厂应避免采用这种应急方式来进行氨氮的去除。
11)在污水厂的实际使用过程中,应注意的运维管理细节有:
(1)次氯酸钠有挥发性并且具有一定的腐蚀性,在进行装卸操作时,一定要配备足够的危险化学品防护装备,避免发生药剂溅撒造成的人身伤害。
(2)次氯酸钠有一定的挥发性,存储次氯酸钠的药品罐要有开口或有压力释放阀,避免次氯酸钠挥发造成压力升高。 (3)次氯酸钠为工业品,其中有大量生产环节杂质,管路上应安装Y型过滤器,并定期进行清理,避免管路堵塞,造成药剂无法正常投加。 (4)按批次进行次氯酸钠有效氯的检测,避免药剂厂家质量不稳定。 (5)合理的控制加药量,避免过度投加导致出水余氯过高,造成下游环境水体的生态破坏,特别是污水厂尾水进入到生态湿地的,要避免采用次氯酸钠进行处理。
随着监管部门的严格要求,次氯酸钠在污水厂内的消毒的使用越来越广泛,了解和管理次氯酸钠的使用是每个使用次氯酸钠的污水厂应该进行的工作,也是做好污水处理最后一环的重要保证。
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