次氯酸钠在污水处理厂二级生物处理出水中的应用

次氯酸钠在污水处理厂二级生物处理出水中的应用

通过处理后，废水水质显著改善，但细菌的绝对数量仍然很大，具有细菌的可能性，潜在的健康危害极大。根据GB2002-18918一级B标准的要求,粪大肠菌群指标控制在104L-1以内,才可排入受纳水体。为此,须对污水厂二级生物处理出水进行消毒。常用的消毒剂有液氯、次氯酸钠、二氧化氯、臭氧等,或采用紫外光(UV)消毒。液氯消毒会产生致癌含氯化合物,且氯气的毒性导致其运输、使用和贮藏的复杂性;二氧化氯、臭氧具有不稳定性,必须在现场制造,因而投资大、成本高和设备管理复杂等;UV消毒灯管的定期清洗和更换成本较高,相关产品还有待进一步国产化。相对而言,次氯酸钠消毒安全方便、基建费用低,且我国在20世纪80年代建设的城市污水厂大多有加氯消毒设施,包括加氯剂、氯库、混合接触池等,但当时GB8978-1996对城市污水二级处理厂出水水质中的大肠菌群数及余氯量未作规定而大都闲置。所以结合我国现阶段实际国情,有必要对各类消毒方式性能进行综合比较研究。本研究重点探讨次氯酸钠用于城市污水厂二沉池出水消毒的特性,并对目前几种主要消毒方式作成本-效益分析。1材料和方法1.1次氯酸钠+naocl次氯酸钠是一种高效、广谱、安全的强力灭菌药剂,属强氧化剂,已经广泛用于饮用水、中水、工业循环水和污水处理等各种水体的消毒中。同其它消毒剂相比,用于城市污水处理厂时,次氯酸钠具有同水的亲和性好、能与任意比的水互溶等优势,消除了液氯、二氧化氯等药剂经常发生的跑、泄、漏、毒和爆炸等安全隐患,不存在分子态氯会发生的氯代化合反应,故次氯酸钠在消毒过程中不会产生有害健康和损害环境的副反应物。试验所用次氯酸钠(NaOCl),密度1.28g·cm-3,有效氯质量分数为10.0%。试验水样取自某污水厂二沉池出水,该厂采用DE型氧化沟二级处理工艺,设计日处理水量为50kt。试验水样水质见表1。1.2次氯酸钠最佳投加量的确定试验分为2个阶段,一为实验室小试阶段,二为生产性试验阶段。第1阶段:试验水样中投入一定量的次氯酸钠消毒剂,35min后测定其对粪大肠菌群的去除率。第2阶段:试验水样中按80、50、40g·m-3这3个质量浓度梯度投加次氯酸钠,1h后取接触消毒池出口处水样进行粪大肠菌群、色度、余氯等指标的测定,从而确定次氯酸钠最佳投加量和接触消毒池的反应时间。试验流程如图1所示。其中,自动投加仪是数控智能型次氯酸钠溶液自动投加装置,可在线检测处理余氯信息,并控制次氯酸钠的投加量。1.3三大发酵酸度计COD:重铬酸钾法,GB11914-89;NH4+-N:钠氏试剂分光光度法,GB7479-87;SS:称量法,GB11901-89;粪大肠菌群数:多管发酵法;色度:稀释倍数法,GB11903-89;游离氯和总氯:N,N-二乙基-1,4-苯二胺分光光度法,GB11898-89;pH:梅特勒-托利多多功能酸度计。测试中每个样品做3个平行样,结果取平均值。2结果与讨论2.1不同加氯量时粪大肠菌群的变化试验中保持次氯酸钠含量基本不变,结果如表2所示。由表2可知,试验水样中加入一定量的次氯酸钠后,粪大肠菌群数明显锐减,且粪大肠菌群均去除率在98%以上。在当前试验条件下,当加氯量达到5mg·L-1时,水样中的粪大肠菌群数可降到104L-1以下,已满足GB2002-18918的一级B标准要求,这说明次氯酸钠对粪大肠菌群有极好的去除效果,即对城市污水厂二沉池出水有较好的消毒杀菌效果。根据现有氯消毒的机理分析有:一般认为起主要消毒作用的是次氯酸(HOCl),而次氯酸钠加入城市污水厂出水后,与水发生反应,生成次氯酸,次氯酸为很小的中性分子,可扩散到带负电的细菌表面,并渗入细菌体内通过氧化作用破坏菌体内酶系统而使细菌死亡,以达到消毒杀菌的作用。2.2第2阶段2.2.1运行要求根据试验中某污水厂正常运行时的处理水量,分别按3个质量浓度级投加次氯酸钠,反应时间为1h,结果见表3。由表3可知,3个质量浓度级的次氯酸钠投加量均取得很好的消毒效果,粪大肠菌群去除率均达到98%以上,且粪大肠菌群数在次氯酸钠投加量达50g·m-3时已降到7467L-1,可满GB18918-2002的一级B标准要求。由于污水中所有具有的还原性物质均要消耗有效氯,因此在城市污水厂运行出现水质、水量波动时,会产生各种不同量的还原性物质。所以,为进一步确定当次氯酸钠投加量50g·m-3时,是否能保证出水消毒合格率达到100%,特将次氯酸钠投加量固定在50g·m-3,稳定运行12h,每2h取样1次,监测其接触消毒池出水的粪大肠菌群数,结果见图2。由图2可知,在12h的连续运行中,接触消毒池出水的粪大肠菌群数有一定程度的波动,但振幅不大,且6次取样的结果显示粪大肠菌群数均低于7500L-1,已满足GB18918-2002的一级B标准要求,并有一定的消毒合格保障系数。故可以得出,污水厂按设计日处理水量为50kt运行时,次氯酸钠的投加量控制在50g·m-3,可以达到合格的消毒效果。2.2.2接触消毒池出水余氯的测定由文献可知:水中的加氯量由需氯量和余氯组成,需氯量是用于灭活水中微生物、氧化有机物和还原性物质等所消耗的部分;余氯是用于抑制水中残余病原微生物再度繁殖的部分。因此,当接触消毒池的出水中的余氯稳定某一固定值时,说明污水厂出水在接触消毒池中已消毒完全,可以安全排放,故可通过连续检测接触消毒池的出水余氯来确定接触消毒池反应时间,结果见图3。由图3可知,接触消毒池出水的余氯可分为3个区(A区、B区、C区)。A区,即0~25min,余氯始终为0;B区,即25~45min,随着次氯酸钠与二沉池出水的进一步接触反应,接触消毒池出水的余氯的质量浓度由0开始快速上升,在经20min后达到0.9mg·L-1这一较高水平;C区即45~70min,余氯的质量浓度基本稳定在0.9mg·L-1这一高位水平运行,未出现下降趋势。由此,污水厂按设计日处理水量为50kt运行时,且次氯酸钠投加量控制在50g·m-3时,消毒反应时间45min为宜。2.2.3水体色度测定次氯酸钠投加量固定在50g·m-3,试验水样色度为16~25倍,稳定运行12h,每2h取样1次,监测其接触消毒池出水的色度,结果见图4。由图4可看出,次氯酸钠的投加对色度有一定的去除效果,去除率基本维持在18%左右,这可能是由于次氯酸钠的强氧化性所导致的。2.3消毒成本比较城市污水厂二沉池出水消毒成本由基建投资费用和日常运行费用构成,以试验中的日处理水量50kt为基本参数,将液氯消毒、次氯酸钠消毒、UV消毒3种不同消毒方法的成本进行比较(使用寿命均按15a计),结果如表4所示。由表4可知,液氯和次氯酸钠消毒综合成本相当,而UV消毒成本为氯消毒成本的2倍多。同时,由于次氯酸钠消毒可以避免液氯消毒时产生的致癌含氯化合物,且运行安全方便,故随着环保要求的不断提高,相应措施的不断完善和健全,又结合我国当前的国情,次氯酸钠将成为现阶段城市污水处理厂二沉池出水消毒的较佳选择。3粪大肠菌群控制次氯酸钠对城市污水厂二级处理出水有较好的消毒效果,能高效快速灭活出水中的致病微生物,可确保