1. 二氧化氯(ClO₂)在污水處理中的技術(shù)特點(diǎn)

我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放指標(biāo)執(zhí)行GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》， 即出水糞大腸菌群小于10⁴個(gè)/l。目前我國(guó)城市污水處理廠采用的出水消毒工藝主要是液氯消毒，ClO₂和紫外C消毒工藝正在推廣之中。實(shí)驗(yàn)表明ClO₂在城市污水處理中具有以下特點(diǎn)：①?gòu)?qiáng)氧化性和廣譜殺菌消毒效果。不生成三lv甲烷（THM_S）類等有毒副產(chǎn)物，具有后續(xù)氧化和殺滅作用，有效PH值范圍3-9；②脫色和除臭作用；③微絮凝作用。且對(duì)水中Fe²⁺、M_n²⁺有很好的去除效果。可見(jiàn)ClO₂是現(xiàn)代城市污水處理廠較為理想的消毒劑。

2. ClO₂發(fā)生裝置的工藝技術(shù)

1. 亞氯酸鈉(N_aClO₂)或氯酸鈉(N_aClO₃)與鹽酸(HCl)化學(xué)法的ClO₂發(fā)生器

ClO₂有爆炸性，必須現(xiàn)場(chǎng)制備立即使用。市場(chǎng)技術(shù)成熟，工藝簡(jiǎn)單，成本較適合城市污水處理廠投入使用的ClO₂發(fā)生器主要有用N_aClO₂+HCl和N_aClO₃+HCl為原料的兩種化學(xué)法。它們的工作原理為：①    5N_aClO₂+4HCl→4ClO₂+5N_aCl+2H₂O

                  ②  正反應(yīng)：NaClO₃+2HCl→ClO₂+1/2Cl₂+NaCl+ H₂O

                            副反應(yīng)：NaClO₃+6HCl→3Cl₂+2NaCl+ 3H₂O

采用NaClO₂為原料的稱為高純ClO₂發(fā)生器；NaClO₃法稱為復(fù)合型ClO₂發(fā)生器。對(duì)于復(fù)合型發(fā)生器來(lái)講，根據(jù)ClO₂發(fā)生器反應(yīng)室壓力不同，可分為正壓式和負(fù)壓式兩種。正壓式不設(shè)反應(yīng)物加熱系統(tǒng)，可直接對(duì)帶壓(≤0.7MP)水體進(jìn)行投加。負(fù)壓式設(shè)反應(yīng)物加熱系統(tǒng)，并利用動(dòng)力水產(chǎn)生負(fù)壓投加。前者認(rèn)為通過(guò)提高反應(yīng)物的接觸時(shí)間，可以提高原料轉(zhuǎn)化率和ClO₂得率，并通過(guò)氣體防聚集技術(shù)，避免ClO₂和Cl₂（lv氣）因濃度過(guò)高而爆炸。后者認(rèn)為適當(dāng)?shù)臏囟扔欣谔岣叻磻?yīng)物的轉(zhuǎn)化率，并利用動(dòng)力水形成的負(fù)壓防止ClO₂和Cl₂的聚集和加快反應(yīng)速度。

1. ClO₂發(fā)生器的主要技術(shù)指標(biāo)

2.2.1 N_aClO₂或N_aClO₃的轉(zhuǎn)化率與ClO₂得率。對(duì)于采用N_aClO₂做原料的高純ClO₂發(fā)生器，其原料轉(zhuǎn)化率與ClO₂的得率相對(duì)穩(wěn)定，均可達(dá)到95%以上。但對(duì)于復(fù)合型ClO₂發(fā)生器而言，由于副反應(yīng)存在，除了考慮N_aClO₃的轉(zhuǎn)化率高低之外，還必須考慮ClO₂的得率。我們希望實(shí)際完成的反應(yīng)是N_aClO₃有zui大轉(zhuǎn)化率（≥85%）和ClO₂有zui高的得率（≥70%）。如果轉(zhuǎn)化的N_aClO₃都生成了Cl₂，對(duì)一臺(tái)ClO₂發(fā)生器將沒(méi)有實(shí)際意義。

2.2.2 ClO₂的消毒能力與有效氯。ClO₂有強(qiáng)烈的氧化作用，在水中幾乎*以分子狀態(tài)存在，所以易穿透細(xì)胞膜。同時(shí)，ClO₂的消毒能力相當(dāng)于有效氯含量為263%，它的氧化性是液氯的2.5倍。ClO₂在釋放殺菌分子時(shí)，不會(huì)分裂成氯和氧，甚至不同溫度、不同水質(zhì)環(huán)境中，都會(huì)保持不變，而繼續(xù)通過(guò)氧化而不是氯化來(lái)瓦解細(xì)菌和其他微生物。但由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是以水中有效氯作為衡量消毒的能力，因此有效氯在設(shè)計(jì)書(shū)或產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上也作為描述ClO₂發(fā)生器的技術(shù)指標(biāo)。如：某污水處理廠設(shè)計(jì)ClO₂投加量為有效氯7mg/l. 對(duì)于復(fù)合型ClO₂發(fā)生器可理解為總有效氯為額定量ClO₂的263%與反應(yīng)產(chǎn)生的Cl_2。

3．ClO₂消毒系統(tǒng)配置實(shí)例

某污水處理廠總設(shè)計(jì)規(guī)模15×10⁴m³/d，ClO₂發(fā)生器兩用一備，出水消毒前糞大腸菌群≥9.2×10⁵個(gè)/L，消毒后糞大腸菌群<10個(gè)/L，排入環(huán)城河（水質(zhì)糞大腸菌群數(shù)<10⁶個(gè)/L）接近西溪出口處。遇到海水漲潮時(shí)，環(huán)城河水位可淹沒(méi)污水廠排水口，不適于采用紫外C消毒。另外，污水處理廠進(jìn)水中含有約15-20%的造紙廠的廢水，出水色度≤45倍，利用ClO₂消毒有利于脫色。再考慮到ClO₂ 在水處理中的綜合技術(shù)特性和N_aClO₂是N_aClO₃原料價(jià)格的3~4倍等因素，確定采用復(fù)合型ClO₂發(fā)生器。該設(shè)備是正壓型，其ClO₂額定量為8000g/h，有效氯為24kg/h。

1. 二氧化氯消毒系統(tǒng)設(shè)備及其工藝流程

1. 控制系統(tǒng)設(shè)置

圖1是污水處理廠消毒系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)設(shè)：①RS485接口和帶觸摸屏PLC，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、本地自控、手動(dòng)功能。通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)入Internet可實(shí)現(xiàn)由制造商遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷功能。②根據(jù)PLC輸出信號(hào)，變頻控制器通過(guò)控制計(jì)量泵可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)控N_aClO₃和HCl溶液的投加量，起到節(jié)約物耗、能耗的作用。③PLC根據(jù)進(jìn)水流量（FT）和排放水余氯,兩個(gè)信號(hào)實(shí)現(xiàn)復(fù)合環(huán)控制。也可根據(jù)具體情況采用流量、余氯或剩余ClO₂單因子控制。④為確保反應(yīng)能按正反應(yīng)進(jìn)行和避免因缺料造成危險(xiǎn)和原料浪費(fèi)，在ClO₂發(fā)生器進(jìn)口處增設(shè)流量傳感器（FS）和在儲(chǔ)液罐中設(shè)置液位（LS）報(bào)警控制開(kāi)關(guān)。

1. 投資成本分析

系統(tǒng)配置設(shè)備成本應(yīng)包括自控儀表、PLC、系統(tǒng)軟硬件；電控中心和變頻器轉(zhuǎn)換系統(tǒng)； ClO₂發(fā)生器、計(jì)量泵和工藝管道系統(tǒng)等。圖1配置的系統(tǒng)的總價(jià)約占同等條件液氯消毒投加設(shè)備系統(tǒng)總價(jià)的3/4--4/5。按生產(chǎn)ClO₂成本 0.0107元/g和投加量為有效氯7mg/l（相當(dāng)ClO₂  2.33g/ m³）計(jì)算，處理成本約0.0249元/m³，接近于液氯消毒*.02元/m³，可見(jiàn)城市污水處理廠采用復(fù)合型二氧化氯全自動(dòng)控制消毒系統(tǒng)投資與運(yùn)行成本接近液氯消毒。

1. 設(shè)備配置問(wèn)題探討

有效氯作為復(fù)合型ClO₂發(fā)生器的技術(shù)指標(biāo)不能準(zhǔn)確反映ClO₂的實(shí)際得率，尤其對(duì)于那些不能避免副反應(yīng)的復(fù)合型ClO₂發(fā)生器來(lái)講，有可能出現(xiàn)很高的原料轉(zhuǎn)化率和很低的ClO₂得率的情況。

該型ClO₂發(fā)生器可作為高純型或復(fù)合型使用。作為復(fù)合型設(shè)備使用時(shí)，根據(jù)工業(yè)鹽酸(HCl)濃度30%和配制氯酸鈉(N_aClO₃)濃度27%，通過(guò)調(diào)節(jié)N_aClO₃和HCl的投加比例（如1:1.2~1.5），可以限制副反應(yīng)的發(fā)生。但正反應(yīng)中仍含有相當(dāng)Cl₂（≤30%）。當(dāng)余氯過(guò)量時(shí)，就可能產(chǎn)生THMs等有毒副產(chǎn)物。因此若污水處理廠出水作為中水回用或景觀用水等，建議采用N_aClO₂作為原料，制備高純ClO₂以減少對(duì)環(huán)境的潛在污染。

無(wú)加熱型必須通過(guò)對(duì)反應(yīng)室的改進(jìn)，才可達(dá)到與加熱型一樣的原料轉(zhuǎn)化率與ClO₂得率，且材質(zhì)必須是耐高壓腐蝕。加熱反應(yīng)的ClO₂復(fù)合型發(fā)生器不能作為高純發(fā)生器使用。加熱型除要考慮材質(zhì)必須是耐高溫（約70^oC）腐蝕外，還必須考慮加熱控制系統(tǒng)的可靠性和能耗。耐高溫腐蝕管配件通用性較強(qiáng)，耐高壓腐蝕管配件通用性差。同時(shí)要充分考慮保質(zhì)期、隨機(jī)配件、易損件采購(gòu)費(fèi)用與渠道、售后服務(wù)等問(wèn)題。