二氧化氯消毒工艺改造技术方案

水务中心给水装置消毒工艺改造技术方案编制：审核：批准：水务中心给水装置二○○八年七月三十日水务中心给水装置消毒工艺改造技术方案一、现状及改造理由：液氯是我装置生产中一直使用的消毒剂，氯气作为一种成熟的消毒剂已有百年的应用历史，在长期应用中，积累了丰富的运行管理数据，并且成本低廉，在各种水处理领域中广泛应用。然而，随着人们对氯气消毒产生的副产品分析研究，发现氯与水中某些有机物反应，产生大量的卤代烷和氯化有机物，其中氯仿、四氯化碳、氯乙酸、三氯乙酸等氯化有机物被确认为致癌物质和潜在的致癌物质，氯气消毒工艺对人体健康的潜在危害性已逐渐引起人们的重视。同时氯气本身也属于剧毒危险品，能与许多化学品猛烈反应发生爆炸或生成爆炸性物质。人体轻度吸入有流泪、咳嗽、咳少量痰、胸闷，出现气管或支气管炎表现，中度中毒发生支气管肺炎或间质性肺水肿，吸入极高浓度的氯气可引起死亡。皮肤接触液氯，在暴露部位可有灼伤或急性皮炎。液氯的生产、运输、储存、使用等各个环节均存在较大的危险性。因此，寻找一种环保、安全、经济、实用的消毒方式就显得非常迫切。欧、美等国从20世纪70年代开始对替代氯消毒的其他消毒剂进行了深入研究，认为二氧化氯是其中性价比最优的一种，也是世界卫生组织（WHO）和世界粮农组织（FAO）向全世界推荐的A1级广谱、安全和高效消毒剂。目前，二氧化氯消毒工艺已在国内外许多领域得到广泛应用，特别是在城市污水处理、市政给水处理及工业废水处理上显示出很强的优势，其综合指标远远好于其他消毒剂。因此拟将我装置内给水加氯间和中水加氯间液氯消毒工艺改进为二氧化氯消毒工艺。二、二氧化氯与氯气的比较与氯气相比，二氧化氯能直接氧化水中的腐殖酸(HA)或黄腐酸(FA)等天然有机物，而不形成三卤甲烷等氯化物，能大大降低消毒后水中三卤甲烷(THMS)等氯消毒副产物；在水中不发生水解，不与水中的氨氮反应，因此其杀菌效率不受水中pH值和水中氨氮浓度的影响；能有效地氧化去除水中的藻类、酚类及硫化物等有害物质，对这些物质造成水的色、嗅、味等具有比氯气更佳的去除效果；二氧化氯能有效杀灭水中用氯消毒效果较差的病毒和孢子等。由此可见，二氧化氯消毒具有比氯消毒更好的效果。当然，二氧化氯也存在不足，主要是消毒成本高,分析检测较复杂，相对的操作管理水平也要求较高，过量投加会在水中形成大量的亚氯酸根。综合比较来看，二氧化氯作为消毒剂的综合指标要明显高于氯气。从国内外的实际应用情况来看，二氧化氯消毒也已显现出良好的效果和广阔的应用前景。三、二氧化氯的制备工艺二氧化氯性质活泼，不易贮存和运输，因此都采用现场制备的方式，通常使用的二氧化氯发生器也都是利用化学反应的原理制备二氧化氯。化学法二氧化氯发生器根据使用原料的不同可分为五大类：（1）使用氯酸钠和盐酸为原料，简称“氯酸钠+盐酸工艺”；（2）使用亚氯酸钠和盐酸为原料，简称“亚氯酸钠+盐酸工艺”；（3）使用亚氯酸钠和氯气为主要原料，简称“亚氯酸钠+氯气工艺”；（4）使用亚氯酸钠、次氯酸钠和盐酸为原料，简称“亚氯酸钠三元法工艺”。（5）使用氯酸钠、硫酸和双氧水为原料，简称“氯酸钠三元法工艺”。通过对以上工艺的综合比较，我们认为：（1）二氧化氯制备工艺主要以氯酸钠或亚氯酸钠为原料。这两种原料中，氯酸钠相对稳定，储存运输要求不十分严格，使用过程中相对安全；亚氯酸钠属强氧化剂，性质活泼，与木屑、有机物、尘埃、磷、炭、硫等接触、碰撞或摩擦容易爆炸或燃烧，即使是使用亚氯酸钠溶液，浓度超过30%也容易发生爆炸，贮存和运输要求严格，包装需用金属桶，以防静电，使用时要轻拿轻放，不能与皮肤直接接触，因此相对较危险，在运输、储存、使用过程中存在非常大的安全隐患，国内已发生过多次亚氯酸钠爆炸事故。同时，以目前市场上原材料的参考价格来看，氯酸钠单价还不到亚氯酸钠单价的1/3。（2）氯酸钠+盐酸工艺与氯酸钠三元法工艺相比，三元法工艺由于使用原料多且均为危险化学品，因此安全管理要求更高。同时，由于三元法工艺使用原料较多，因此配比反应过程相对更为复杂，对发生器的技术和质量要求以及原材料配比操作要求也更高。而氯酸钠+盐酸工艺尽管产生的不是纯二氧化氯(除了产生二氧化氯以外，还有约30%的氯气)，但在实际运行中,氯气与二氧化氯混合使用可以起到协同消毒的作用，使处理效果更好，并能减少二氧化氯的投加量,降低制水成本。因此，根据我中心的实际需要，从安全管理与运行成本角度考虑，建议采用氯酸钠+盐酸工艺。四、二氧化氯发生器的选用和技术要求基于以上分析结论，参考国内同行所使用的二氧化氯发生器的设备现状和运行情况，再结合我中心的实际供水能力和水质情况，我们建议选用：采用氯酸钠+盐酸工艺的二氧化氯发生器（有效氯产量为5000g/h，详细计算见工艺经济分析）。1、二氧化氯发生器的反应原理：NaClO3+2HCl→ClO2+1/2Cl2+H2O+NaCl。2、二氧化氯发生器的工作原理：原料供应系统内的氯酸钠水溶液和盐酸在计量调节系统、（加温系统）、电控系统的作用下被定量输送到反应系统，反应生成二氧化氯和氯气的气液混和物，经投加系统进入待处理水体，完成二氧化氯和氯气协同的消杀、氧化等作用。3、二氧化氯发生器的组成和技术要求二氧化氯发生器由供料系统、反应系统、控制系统、吸收系统、安全系统、残液自动处理系统组成。对其各系统的技术要求如下：（1）供料系统应结构紧凑，稳定可靠，计量精确。冲程及频率双重控制出口流量，灵敏度更高。可以接受外部控制信号，操作更为方便。（2）反应系统应采用RF8型耐温、耐腐、高寿命的特种复合材质反应器。控制温度85℃，转化率大于82%。（化学法复合型二氧化氯发生器的国家标准是：转化率≥60%），其中CLO2含量大于70%（按有效氯计）。（3）控制系统采用PLC（或单片机）为核心的智能型控制器、LCD液晶显示，轻触式操作面板，加热单元采用自动恒温闭环控制，具有缺水、断路、短路保护及超温报警并自动停止加热保护功能。运行保护单元具有动力水欠压/欠流、缺料（选配）自动停机保护功能。可实现中央控制室对控制器工作状态的远程监测。具有计量泵远控开关量输入接口，可对原料投加进行远程开关控制。可输入代表流量和余氯的标准电流信号（4～20mA），可实现发生器原料的投加量按水流量比例投加或余氯值自动闭环投加。（4）吸收系统为水射器组件，考虑二氧化氯的溶解特性，采用负压曝气方式吸收投加，同时具有动力水压力传感功能，可以更好的保障系统工作安全。（5）二氧化氯发生器设有独特的安全泄压系统，安全系统在反应系统正常运行时不动作，一旦反应系统或吸收系统堵塞，或者外部动力水电条件缺失，安全系统将会立即动作，停止供料系统工作，并释放反应器内部异常压力，动作迅速，安全可靠。（6）反应液自动处理系统能够自动将反应器内部的剩余液体和溶解的部分有效氯及时排出，无需人工操作，维护方便。五、工艺经济性分析：1、工艺分析（1）消毒效果由前面对二氧化氯与氯气的比较可知，使用二氧化氯消毒的效果明显好于液氯消毒，能满足水质要求。（2）消毒能力a．给水消毒据资料显示，用于地表水消毒处理，有效氯的投加量为0.5～2.0g/m3（参考国内同类水厂的运行情况，按1.5g/m3进行计算），根据我中心生活水供水量现状，按5×104m3/天（2084m3/h）计算：需要有效氯产量为：1.5g/m3×2084m3/h=3126g/h因此，选用有效氯产量为5000g/h的二氧化氯发生器，完全可以满足给水工艺要求。b．中水消毒用于中水消毒处理，有效氯的投加量为5～10g/m3（按10g/m3进行计算），按中水供水量1×104m3/天（417m3/h）计算：需要有效氯产量为：10g/m3×417m3/h=4170g/h因此，选用有效氯产量为5000g/h的二氧化氯发生器，完全可以满足中水消毒工艺要求。2、经济分析（1）液氯消毒成本a.给水消毒按我装置运行现状，加氯量50～70kg/d（生活水量40000m3/d），液氯以2500元/t计算：消毒成本为（50～70）kg/d×2500元/t÷40000t/d＝0.0031～0.0044元/m3；b.中水消毒根据中水运行现状，加氯量45～50kg/d（中水水量4000m3/d），液氯以2500元/t计算：消毒成本为（45～50）kg/d×2500元/t÷4000t/d＝0.028～0.031元/m3；（2）二氧化氯消毒成本生产1克有效氯消耗氯酸钠0.60g、盐酸1.67g，折合人民币约0.00467元（99%氯酸钠：5000元/吨，31%盐酸：1000元/吨）。生产1g有效氯：成本为0.60×0.005+1.67×0.0011=0.00467元根据地表水消毒时有效氯消耗量为0.5～2.0g/m3（取1.5g/m3）,用于中水消毒处理，有效氯的投加量为5～10g/m3（按8g/m3进行计算）进行计算：给水消毒成本为0.00467元/g×1.5g/m3=0.007元/m3。中水消毒成本为0.00467元/g×10g/m3=0.047元/m3由此可以看出，用于给水消毒，二氧化氯消毒成本约为液氯消毒成本的两倍(用于中水消毒约为1.5倍)，但其消毒效果却大幅改善且更具安全性，因此其性价比应该是高于液氯消毒。六、二氧化氯工艺安全性分析1、原料、反应物安全性分析(1)氯酸钠（符合《GB1618-1995工业用氯酸钠》一等品要求）①性质：无色或白色立方结晶，有毒，其粉尘对皮肤、粘膜、眼睛有刺激作用，应存储于阴凉、通风、干燥的专门库房内，注意防潮，不得与糖类、油类、木碳等有机物、硫磺、赤磷、还原剂、硝酸盐、酸类和一切易燃品共储混运，装卸时要轻拿轻放，防止摩擦、严禁撞击，失火时先用砂土，再用雾状水和各种灭火器扑救，不可用高压水。②防范措施：严格按要求进行运输、装卸；使用化料器配制为溶液存储于密封氯酸钠原料罐中。(2)盐酸（符合《GB320-2006工业合成盐酸》一级品要求）①性质：无色、有刺激性气味的液体，浓盐酸易挥发，在空气中形成酸雾，酸味，有腐蚀性。②防范措施：在生产中使用密封的盐酸储罐，并配置卸酸泵、酸雾吸收装置。(3)二氧化氯①性质：常温（20℃）下是一种黄绿色的刺激性气体，分子量67.45，比空气重，熔点-59℃，沸点11℃。据介绍，ClO2在常温下可压缩成深红色液体，极易挥发，极不稳定，光照、机械碰撞或接触有机物都会发生爆炸；在空气中的体积浓度超过10%或在水中浓度超过30%时也会发生爆炸。不过ClO2溶液浓度在10g/L以下时基本没有爆炸的危险。②防范措施：使用时现场临时制备，不存在储存问题，危险性大大削弱；选用带有盐酸、氯酸钠缺料、工艺水欠压、水浴缺水自动停机保护功能的设备，并配置备台，提高运行安全可靠性。2、生产管理安全性分析（1）原料储存与配制氯酸钠采用袋装（50kg/袋），使用时一般一次投加100kg，经化料器水力搅拌后配制为溶液存储于密封氯酸钠原料罐（PE罐）中。盐酸储存配有10m3的酸储罐（钢衬胶罐，结构图见附件），使用卸酸泵输送至密封盐酸原料罐（PE罐）。由于所用原料储罐均为密封PE罐,厚度为10mm，具有足够的强度和耐腐蚀性能，同时从安全角度考虑，还配置有酸雾吸收器，可以满足现场安全要求。（2）生产过程生产过程中二氧化氯均为现场临时制备，且选用带有盐酸、氯酸钠缺料、工艺水欠压、水浴缺水自动停机保护功能的发生器，并配置备台，因此其运行安全可靠性可以保证。（3）岗位人员操作安全由于原材料均为危险化学品（MSDS表见附录），因此需对岗位人员进行相关安全培训，并按要求配备防护用品（现场已基本具备），制订相关作业指导书和管理规程并遵照执行。（4）对生活水卫生影响盐酸、氯酸钠本身均为化学危险品，但由于在二氧化氯制备过程中，盐酸、氯酸钠在反应釜中进行反应，反应废液能及时排放，全过程中盐酸、氯酸钠均不进入生活水管道，因此不会对生活水卫生产生任何影响。七、二氧化氯消毒工艺的运行1、给水和中水各配备两套二氧化氯发生器（单台最大有效氯产量5000g/h），均采用一用一备运行方式，可以满足5×104t/d生活水消毒和1×104