Documento sobre el proceso de desinfección: Comparación técnica y económica de varios procesos de desinfección para el tratamiento de aguas residuales

1 Comparación técnica de los procesos de desinfección de aguas residuales

Los métodos de desinfección se pueden dividir en métodos de desinfección física y métodos de desinfección química. Los métodos de desinfección física utilizan principalmente calentamiento, congelación, irradiación y otros métodos para destruir el material genético y los ácidos nucleicos de los microorganismos para lograr el propósito de la desinfección. Los métodos de desinfección física comúnmente utilizados en ingeniería incluyen principalmente la desinfección ultravioleta. El método de desinfección química utiliza la fuerte propiedad oxidante de los desinfectantes para destruir la estructura de los microorganismos y lograr el propósito de la desinfección. Los métodos de desinfección química comúnmente utilizados en ingeniería incluyen la desinfección con cloro líquido, la desinfección con dióxido de cloro y -30-. Desinfección con ozono y nueva desinfección con oxígeno activo (como monopersulfato de potasio), etc.

1.1 Desinfección con cloro

Cuando el cloro reacciona con el agua, generalmente se produce una "reacción de desproporción", produciendo ácido hipocloroso (HOCl) y ácido clorhídrico (HCl). La fórmula de reacción es:

Cl2+H2O = HOCl+Cl-+H+

El efecto esterilizante del cloro es principalmente el ácido hipocloroso, debido a que es una pequeña molécula neutra, puede difundirse a La superficie de las bacterias cargadas negativamente tiene un fuerte poder de penetración y puede penetrar la pared celular y entrar al interior de las bacterias. El efecto del cloro sobre las bacterias es destruir sus sistemas enzimáticos, provocando la muerte de las bacterias. El efecto del cloro sobre los virus es principalmente su efecto letal sobre el daño del ácido nucleico.

La cloración ha sido ampliamente utilizada en los procesos de desinfección del agua desde principios del siglo XX. En la actualidad, la desinfección por cloración sigue siendo el método de desinfección química más utilizado. Sus principales características son:

1) Cuando el volumen de agua tratada es grande, el coste de tratamiento por unidad de masa de agua es bajo.

2) Después de la desinfección del agua con cloro, puede mantener una cierta cantidad de cloro residual durante mucho tiempo, teniendo así capacidades de desinfección continua.

3) La desinfección con cloro tiene una larga historia y más experiencia. Es un método de desinfección relativamente maduro. La elección original de la planta de tratamiento de aguas residuales de Jiangxinzhou de dicho proceso de desinfección debe haber tenido en cuenta estas características de la desinfección con cloro.

Sin embargo, según la investigación, existen más de 500 subproductos de desinfección conocidos de la desinfección con cloro, pero la mayoría de ellos tienen concentraciones de solo microgramos por litro (μg/L)

Y muchos subproductos de la desinfección no se han estudiado más a fondo. Entre una gran cantidad de subproductos de la desinfección, actualmente solo se estudian intensamente más de 20 especies, como trihalometanos, ácidos haloacéticos, haloacetonitrilos, cetonas halogenadas, aldehídos halogenados y fenoles halogenados. Entre ellos, los THM

Carcinogenicidad. Como ya se sabe, la mayoría de ellos son generalmente tóxicos y algunos son mutagénicos. La generación de materia orgánica halogenada como los THM

es principalmente el resultado de la interacción entre la materia orgánica y el cloro en el cuerpo de agua. Las aguas residuales domésticas urbanas contienen una gran cantidad de materia orgánica. Después de la desinfección con cloro, se realiza la desinfección mediante. -Se generarán productos como materia orgánica halogenada. Las aguas residuales ingresan a cuerpos de agua superficiales, contaminan las fuentes de agua y son tóxicas para los peces y otros organismos acuáticos. Los subproductos de la desinfección con cloro han atraído una atención generalizada. Los indicadores de calidad del agua recientemente promulgados en mi país aumentan claramente el control de los productos halogenados. Las nuevas normas se implementarán por completo antes del 1 de julio de 2012. Por lo tanto, es imperativo cambiar el cloro actual. Proceso de desinfección de la planta de tratamiento de aguas residuales de Jiangxinzhou.

1.2 Desinfección con dióxido de cloro

El dióxido de cloro también es un oxidante fuerte. Su capacidad oxidante es 25 veces mayor que la del cloro. Su capacidad desinfectante es superada solo por el ozono y superior al cloro. Las pruebas han demostrado que el dióxido de cloro es superior al cloro para controlar la formación de THM y reducir los halógenos orgánicos totales. El dióxido de cloro no interactúa con los ácidos húmicos y fúlvicos en el agua. La producción de THM se puede inhibir eficazmente agregando una pequeña cantidad de. dióxido de cloro durante la desinfección del agua potable.

El dióxido de cloro es un desinfectante de amplio espectro. Tiene un alto efecto de inactivación de los microorganismos patógenos en el agua, incluidos virus, esporas, hongos, bacterias patógenas y botulínicos. El dióxido de cloro es eficaz contra las esporas y el virus botulínico. El efecto de inactivación es más eficaz que el cloro y el efecto de esterilización no se ve afectado en agua con un valor de pH alto y amoníaco. Además, el dióxido de cloro tiene una gran capacidad para eliminar el color, el olor y el sabor del agua.

Las materias primas iniciales para preparar dióxido de cloro son el clorato de sodio y el clorito de sodio.

Debido a que el clorito de sodio no se puede almacenar, debe prepararse en el sitio y usarse con prontitud, y el clorito no se puede almacenar. El clorato de sodio almacenado es costoso y el costo es alto, por lo que ahora el clorato de sodio se usa generalmente para preparar dióxido de cloro.

Para comprender completamente el proceso del dióxido de cloro,

La planta de tratamiento de aguas residuales de Jiangxinzhou encargó a una empresa de protección ambiental que diseñara un conjunto completo de planes de ingeniería. En el plan del proyecto, se utiliza un generador de dióxido de cloro para preparar dióxido de cloro. La fórmula de reacción es:

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

Pero en cooperación con. la empresa Durante nuestra comunicación técnica, aprendimos que ya sea que se use clorito de sodio o clorato de sodio para preparar dióxido de cloro, producirán subproductos de desinfección durante el proceso de desinfección. Cuando la reacción es incompleta, el cloro libre también reaccionará con la materia orgánica. Se pueden generar THM, por lo que el uso de dióxido de cloro también requiere costos adicionales de gestión de seguridad.

1.3 Desinfección con ozono

El ozono es un oxidante fuerte Al igual que la cloración, el ozono tiene efectos tanto de desinfección como de oxidación. Sin embargo, la capacidad de desinfección y las propiedades de oxidación del ozono son mayores que las del cloro. Puede oxidar la materia orgánica en el agua y matar virus, esporas y bacterias. El ozono se produce in situ utilizando aire u oxígeno puro a través de un generador de ozono, con rendimientos del 1%-3% y del 2%-6% respectivamente.

Según investigaciones actuales se puede encontrar:

1) La desinfección con ozono tiene una respuesta rápida y una alta eficiencia de esterilización al mismo tiempo, puede eliminar eficazmente la materia orgánica residual. color, olor, sabor, etc. en el agua, y se ve afectado por el pH. La influencia del valor y la temperatura es muy pequeña.

2) El ozono puede reducir la producción de subproductos de desinfección de alquilos halogenados, como los THM en el agua.

3) La desinfección con ozono puede reducir la concentración de haluros orgánicos totales en el agua.

Dado que el proceso de desinfección con ozono rara vez se utiliza en las grandes plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas, y el ozono tiene poca estabilidad y se descompone fácilmente en oxígeno, no se puede almacenar ni transportar en botellas. Debe prepararse en el sitio. y se utiliza de manera oportuna. La inversión en equipos es grande y el consumo de electricidad es alto. Consume mucha energía y los costos de operación y administración son complicados. Por lo tanto, el proceso de ozono no se consideró en el proceso de desinfección alternativo seleccionado por la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de Jiangxinzhou.

1.4 Desinfección Ultravioleta

La luz ultravioleta se divide en cuatro bandas de longitud de onda: A, B, C y D según los diferentes efectos biológicos que se utilizan principalmente en la desinfección en el campo del tratamiento del agua. C

Banda de luz ultravioleta. La desinfección ultravioleta del agua es un efecto fotoquímico. Las investigaciones muestran que los rayos ultravioleta logran principalmente el propósito de desinfección irradiando daño a los microorganismos (bacterias, virus, esporas y otros patógenos) y destruyendo la función de los ácidos nucleicos, matando los microorganismos. El espectro de absorción de las moléculas de ácido nucleico de los microorganismos varía de 240 nm a 280 nm y tiene la máxima absorción de luz ultravioleta con una longitud de onda de 260 nm. La longitud de onda de radiación central de la onda de luz generada por la lámpara de desinfección ultravioleta de baja presión es de 253,7 nm. que es exactamente lo mismo que consistente con él. -31-

La desinfección ultravioleta es un método físico. Comparado con los métodos químicos,

también tiene muchas ventajas. No agrega ninguna sustancia al agua, no tiene efectos secundarios y no produce subproductos de desinfección. Tiene una velocidad de desinfección rápida, alta eficiencia y ocupa poco espacio. El equipo es fácil de operar y facilita la gestión y automatización de la operación. . Sin embargo, el efecto de esterilización de la luz ultravioleta solo es efectivo durante su período de irradiación, por lo que una vez que el agua tratada sale del esterilizador, no tiene capacidad de desinfección residual y es propensa a la contaminación secundaria, por lo tanto, cuando las bacterias no se inactivan y ingresan al sistema posterior. , No hay forma de evitar que se adhieran a la superficie de las tuberías aguas abajo y se reproduzcan; solo se inactivarán los microorganismos que absorben los rayos ultravioleta, por lo que para los sólidos suspendidos en muchas aguas de mala calidad, como las aguas residuales,

Debido a que los sólidos suspendidos pueden proteger a los microorganismos de daños, el efecto de desinfección es difícil de garantizar. En particular, la planta de tratamiento de aguas residuales de Jiangxinzhou trata 640.000 toneladas por día.

Si su efecto de tratamiento no es satisfactorio, una cantidad tan grande de agua inevitablemente causará una enorme contaminación en el río Yangtze, que recibe la masa de agua. . Además, dado que la desinfección ultravioleta utiliza canales abiertos y nuestra fábrica utiliza piscinas de contacto, se requieren algunas modificaciones de ingeniería civil.

1.5 Desinfectante de oxígeno activo (tomando como ejemplo el monopersulfato de potasio)

Después de que el compuesto de monopersulfato de potasio se disuelve en agua, sufre una reacción en cadena cíclica para producir de forma continua y persistente nuevo oxígeno ecológico. "O":

HSO5- → HSO4- + "O"

HSO4- + 2H2O → HSO5- + 2H+ + 2e

Complejo Una determinada concentración de El radical superóxido "ROOO" se libera en el agua, que tiene alta reactividad y fuerte capacidad oxidante. Puede oxidar monosacáridos, polisacáridos, proteínas, ADN, ARN, etc. en las células.

Sufriendo daño y destrucción. Los radicales libres de oxígeno reactivos pueden matar completamente protozoos, algas, bacterias de esporas y otros organismos en el agua en concentraciones extremadamente bajas, y los genes restantes y los cadáveres microbianos pueden descomponerse en H2O, CO2 y O2

e inorgánicos. Sales, sin residuos farmacéuticos.

El compuesto de monopersulfato de potasio tiene las siguientes características después de disolverse en agua:

(1) Fuerte capacidad oxidante y alta eficiencia de destrucción, no solo puede matar varias especies en el agua. Los microorganismos pueden También mata protozoos y algas.

(2) Puede oxidar directamente plantas húmicas y precursores de trihalometano en agua, por lo que la reacción no produce trihalometano (thm), ácido haloacético ni otras sustancias nocivas.

(3) Puede destruir fenoles, sulfuros, cianuros, nitritos y otros compuestos nocivos en el agua. Es especialmente eficaz para controlar los fenoles y no produce cloro con olor anaeróbico. Efecto de desodorización Al mismo tiempo, puede reaccionar con la materia orgánica coloreada y olorosa del agua para eliminar su color y olor y mejorar el sabor del agua.

(4) A través de una reacción en cadena en el agua, mantiene trazas de nuevo oxígeno ecológico [O] y radicales libres de oxígeno reactivos [ROOO].

La capacidad de oxidación es estable y el efecto es Duradero, lo que puede evitar la nueva contaminación del agua. A través de sus características, podemos ver que la capacidad de desinfección de su desinfectante es más fuerte que la del cloro líquido, mientras que no produce subproductos de desinfección, y su efecto duradero y su capacidad de oxidación estable están fuera del alcance del proceso ultravioleta. .

Considere este cambio de diseño del proceso, que puede hacer un buen uso de las tuberías, bombas de agua y otros equipos existentes. Además, el tanque de disolución de productos químicos también se puede utilizar desde el equipo de inversión para el tratamiento de dosificación de productos químicos primarios. No es necesario agregar más inversión.

2 Comparación económica de los procesos de desinfección de aguas residuales

Al comparar las características de los procesos anteriores, el proceso de desinfección con oxígeno activo representado por el monopersulfato de potasio muestra ventajas sobre otros procesos. Sin embargo, si son adecuados para la inversión en desinfección del tratamiento de aguas residuales depende de su inversión real y de sus costos operativos. Por lo tanto, a continuación comparamos la economía de la inversión y la operación.

Tomando como ejemplo la capacidad de tratamiento de 640.000 toneladas/día de la planta de tratamiento de aguas residuales de Jiangxinzhou, la inversión en equipos se calcula en función de un ciclo de vida útil de 10 años.

Explicación: De la tabla anterior, podemos analizar que el costo de inversión de la desinfección ultravioleta es el más alto, y el costo de inversión del oxígeno activo es el más bajo, el costo operativo del cloro líquido es el más bajo; El costo operativo del oxígeno activo es el más alto.

3 Conclusiones

(1) Los procesos tradicionales de desinfección química, cloro desinfectante y dióxido de cloro, generan subproductos con relativa facilidad y tienen altos costos de gestión de seguridad. (2) El proceso de desinfección con ozono no se utiliza ampliamente en las grandes plantas de tratamiento de aguas residuales.

Además, su costo de inversión es relativamente alto y sus costos de operación y gestión también son altos. (3)

El método físico de desinfección ultravioleta no tiene ventajas debido a sus requisitos relativamente altos en cuanto a la calidad del agua, la alta inversión en equipos y los costos de operación y mantenimiento, y el pobre efecto de desinfección posterior. (4) El nuevo tipo de desinfectante de oxígeno activo tiene las ventajas de alta eficiencia y seguridad en el proceso de tratamiento de agua. Al mismo tiempo, es simple de operar y el proceso no es complicado. Es adecuado para grandes, medianos y pequeños. plantas de tratamiento de aguas residuales. (5) Según el estado actual de los equipos e instalaciones de la planta de tratamiento de aguas residuales de Jiangxinzhou,

Si se mejoran todas las instalaciones y equipos de seguridad de cloro líquido, la inversión no será inferior a 1 millón de yuanes; si se cambia el diseño, activo El proceso de desinfección con oxígeno requiere una inversión adicional de 360.000 yuanes

; el proceso de desinfección con dióxido de cloro requiere una inversión adicional de 2 millones de yuanes; el proceso de desinfección ultravioleta requiere una inversión adicional de 800; ~1.000 yuanes

10.000 yuanes. Después de un análisis y una comparación técnicos y económicos exhaustivos, así como de la situación real de futuras operaciones de desinfección, finalmente recomendamos cambios en el proceso de desinfección con oxígeno activo utilizado en la planta de tratamiento de aguas residuales de Jiangxinzhou.