负压加氯与THMs控制.ppt

《负压加氯与THMs控制.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《负压加氯与THMs控制.ppt（65页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、,第七章 负压加氯与THMs控制 7.1 负压加氯系统与设备 7.2 泄氯吸收装置的类型及特点 7.3 饮用水加氯消毒副产物及其控制 7.4 氯气氧化、消毒的替代技术,1.真空(负压)加氯系统,真空加氯系统的工作原理是：系统工作是依靠水射器所产生的真空作用，将真空调节器的密封顶针打开。在氯瓶压力下，氯瓶内液氯流至自动切换装置，在蒸发器内转为氯气后，流经减压阀和真空调节器后进入加氯机，氯气在负压下输送至投加水射器与水混合后投加。当一只氯瓶用完后，自动切换，使用备用氯瓶。真空加氯改变了传统的正压投氯工艺、安全可靠，加氯机计量准确、出氯稳定，并便于实现全过程自动控制。,7.1 负压加氯系统与设备,2

2、.加氯设备,（1）氯瓶自动切换装置AH一105,其作用为确保加氯系统连续工作。由接触式压力表，电动阀，控制盘组成。当一组气源用完导致压力下降到设定值后，触点开关动作，2只气动阀切换，备用气源工作。,（2）液氯蒸发器,蒸发器的作用是便于从氯瓶液氯，加速液氯气化和提高液氯使用效率。它借助于电阻供给足够的热量，使液氯蒸发。蒸发器内进、出氯量平衡时蒸发器外圆筒内液位恒定。蒸发器内适宜温度为6082，适宜电流170210mA其构造如图所示。,液氯蒸发器详图,1_排水管 11_压力开关2_电磁阀 12_压力开关3_液氯 13_泄压阀4_热水箱 14_安全膜5_蒸发室 15_水温传感器6_氯气 16_溢流口

3、7_水位计 17_高低温传感器8_活动立管 18_电加热器9_安全膜 19_循环水泵10_膨胀室 20_排水口,氯气液化的临界温度随压力下降而降低，如图所示,管内压力由570KPa降至500KPa时,氯气的液化温度下降了24-19=50C.故为防止管路中氯气液化，在管路中设置减压阀,可有效防止氯气再液化。经减压阀后压力控制为0.21MPa。,（3）减压阀50185:,1_真空调节器2_气源真空表3_真空放泄阀4_转子流量计5_流量调节阀6_电动执行器7_差压调节器8_水射器9_手动调节器,P4=28KPa,P3=2060KPa,氯气源P2=0.40.8MPa,水压P1=0.280.36MPa,

4、（4）2020真空加氯机配置图,真空调节器构造和原理图,真空,压力,加氯机的容量为40kgh，其工作原理为：水射器产生的真空通过加氯机传到真空调节阀，阀内膜片一面感受真空，一面承受气压，其作用力移动弹簧顶杆，使阀塞脱离阀座，阀前压力气体通过阀口降为真空气体，弹簧膜片机构又将真空气体调节为正常运行真空度。真空气体沿管线进入加氯机，经转子流量计测定流量，并通过v型槽阀孔面积的变化控制流量，再由差压调节阀通过恒定V型槽阀前后真空差保持其流速稳定，然后沿管线进入水射器，与水混合为氯水溶液，送到加氯点。当减压阀不能工作，致使管路中出现正压时，压力释放阀开启释放压力。当气源用完或因其他原因，致使管路出现超

5、真空时，则从压力释放管补充空气。当水射器发生故障时，压力水倒入加氯机，则排水阀自动开启排水。,加氯机工作原理,（a）取样系统JP5：由取样泵和取样管组成。取样泵流量为0.6m3h，扬程25m，功率为0.75kW。（b）余氯分析仪DEPOLO3：用于检测出厂水游离性余氯，以一对铂-铜电极为测量元件，量程范围为09.99mgL。（c）漏氯探测器CHLORATEKT：共4只，分别装于氯库和加氯室，用于监测空气中氯气含量。,(5)其它设备,加氯间可编程控制器(PLC)通过中央控制室PLC与IBM计算机相联，计算机负责管理，即数据的显示、打印，保存。,3.加氯的自动控制,（1）气源系统控制：两组气源一备

6、一用,自动切换,并通知操作员更换氯瓶。根据电子秤称重，PLC系统自动计算单位氯耗。（2）预加氯控制：滤前水蓣加氯量根据投加率的设定值，按原水流量呈比例变化:QcQa,（3）滤后水加氯控制：采用以原水流量为比例作前馈控制，以出厂水游离性余氯达到设定值为后馈调节的复合环控制方式:,（4）中和系统选制：漏氯探测器检测到漏氯后，PLC系统自动启动中和系统，排除故障，同时报警。报警值由人工设定。,（1）因氯气比重大于空气，漏氯探测器距地面不宜高于35cm。（2）余氯检测取样点到投氯点距离宜为管道直径的1020倍。余氯仪尽可能接近取样点，并定期校正。（3）余氯值反馈调节的滞后时间须小于3min。（4）水射

7、器工作用水压力必须稳定，以保证其性能。（5）蒸发器内应定时添加Na2SO4溶液，并保证其在适宜温度和电流下工作。（6）氯气减压阀尽可能接近蒸发器，以最大限度发挥作用，防止管路中氯气液化。,4.使用与安装注意事项,5、加氯间和氯库平面布置,为加速液氯气化，设有2台容量为115kgh的蒸发器。加氯室和氯库内的4只漏氯探测器检测到漏氯后，自动启动中和溶液泵和抽氯风机，将漏氯和中和溶液(硫代硫酸钠和氢氧化钠)送至D=1600mm的中和塔内中和。投氯点：前氯为混合井，后氯为滤后水管道。,一、反应原理,Cl2+2NaOH NaClO+NaCl+H2O,2FeCl2+Cl2 2FeCl3,2FeCl3+Fe

8、 FeCl2,2、氧化还原型 以氯化亚铁溶液作为吸收液，氯与氯化亚铁发生氧化还原反应后，生成氯化铁，并可用再生剂还原，其化学反应式如下：,1、酸碱中和型 以氢氧化钠溶液作为吸收液，氯与氢氧化钠化合后，生成较稳定的次氯酸钠、氯化钠和水，其化学反应式如下：,7.2 泄氯吸收装置的类型及特点,二、工艺过程,酸碱中和型吸收装置尾气从第二吸收塔顶通过尾气管道排出，进入大气。在第二吸收塔的顶部有一除雾装置，除去尾气中所夹带的碱液雾珠。,氧化还原型吸收装置中未被吸收的氯气从第二个反应塔的尾气回收管流回氯库，构成一个闭路循环系统，使泄漏的氯气不外溢，达到把氯气限制在泄漏车间内吸收处理的目的。,整套吸收装置包括

9、一台鼓风机、两个反应吸收塔、溶液箱、一台耐腐蚀泵及连通管道等。连通管、溶液箱和吸收塔外壳可用PVC（硬聚氯乙烯）或环氧玻璃钢制成，溶液箱也可用钢板拼装，内加环氧玻璃钢衬里，环氧玻璃钢耐日晒性更强，适用于户外。耐腐蚀泵多用磁力驱动泵，密封性好。溶液箱上应有人孔和液位计，吸收塔上有视镜。可与泄氯自动报警系统配套使用。现用液氯钢瓶以1000kg容量为主，以1000kg液氯吸收装置为例，其配置设备的规格见表。,三、设备配置,配置设备规格表,这两种吸收设备都有吸收效率高的共同特点，吸收塔内充满高效能填料（一般用聚丙乙烯鲍尔环）。其不同特点是：1、对吸入的含氯气体的浓度要求不同，酸碱中和型的吸入气体浓度不

10、能超过10%，否则排放的尾气不能达标。氧化还原型对此则无要求，尾气不向大气排放，不污染环境。2、酸碱中和型吸收装置的吸收液NaOH溶液浓度要求20%，腐蚀性强。氧化还原型吸收液对设备的腐蚀性较小。,四、特点,3、酸碱中和型NaOH吸收液易与空气中的CO2反应，要定期检查其浓度，当浓度降低到16%以下时，添加固体NaOH，若在10%以下时要全部更换。氧化还原型在浓度降低时，只需加入再生剂，可以循环使用而无需更换。4、维护保养方面:酸碱中和型吸收装置在每次处理较大的泄氯事故后，要用自来水冲洗塔内结构，以防内部结晶影响吸收效率。WX2不需清洗。但都要定期对阀门、风机和泵等设备进行手动或自动测试。5、

11、若能将酸碱中和型泄氯吸收装置的尾气回收管与氯库相连，从而构成一个闭路循环系统，则不会受氯气浓度的限制。从价格方面，氧化还原型设备价格略高，反应速度方面未有对比测试数据。,1901年开始用氯消毒饮用水。其优点(1)杀灭细菌效果好，能够破坏细菌的酶系统，使水中的致病菌和寄生虫卵死亡；(2)可以改善水的感官性状，具有灭藻、除臭、除味的能力；(3)投加氯的设备简单，氯的来源广泛，初期投资和经常费用均比较低,；(4)具有余氯的持续作用，可以防止水在输送过程中被二次污染。1974年，Rach和Balar等从氯化后的高色度水中检测出三氯甲烷，并确认其致癌性，随后Simans等人对美国80个主要城市的各种不同

12、水源的原水及经过不同流程处理的自来水进行全面调查，发现以地面水为水源，经预氯化的自来水中，普遍存在着较高浓度的氯仿、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷和溴仿。我国24个大中城市饮水普查也普遍检测出氯仿和其它卤仿。国内外对饮用水与肿瘤的关系进行了大量调研，确认三卤甲烷为致癌物质。许多国家对饮用水三卤甲烷的最高浓度作出了规定。我国水质标准规定氯仿的含量不超过60gL。分析饮用水中氯化消毒副产物的形成机制以及研究控制饮用水氯化消毒副产物的方法，是非常必要的。,7.3 饮用水加氯消毒副产物及其控制,（1）饮用水中氯化消毒副产物的形成,饮用水中三氯甲烷等卤代有机物大多是由水中有机物在加氯消毒过程中产生的，能和氯

13、反应产生三氯甲烷的物质称为三氯甲烷的前驱物质，主要是以腐殖酸和富里酸的形式大量的存在于天然水体中。其次，人类生产、生活排入水体的大量的有机污染物也是三卤甲烷和其它卤代有机物前驱物质的重要来源。生成的三卤甲烷量是与前驱物质的浓度(通常用TOC反映)、投氯量、反应时间、反应温度、pH值等因素有关:dC/dt=KTOCHClO,K=f(pH,T)每1mg总有机碳的产率为2.3020.2g三卤甲烷总量TTHM。pH值是所有氯化消毒副产物生成的最主要因素，在低pH值时可较好地控制三卤甲烷的生成。加氯量对三卤甲烷的生成有一定的影响，随着加氯量增加，非三卤甲烷的副产物浓度随之增加。,（3）高锰酸钾复合药剂与

14、粒状活性炭联用 新技术控制饮用水氯化消毒副产物,活性炭对三卤甲烷等卤代物前驱物质的去除能力已经为广泛的实践所证实，取决于水中有机物的种类和含量、吸附过程的工艺参数(活性炭种类、有机物负荷、水力条件和接触时间等)。近年来的研究证实，高锰酸钾复合药剂预处理可以使饮用水氯化消毒过程中卤代有机物和致突变物质生成量明显下降，并能够对氯化过程氯酚的生成起到良好控制作用。在通常给水消毒投氯量的条件下，高锰酸钾复合药剂处理不会使后序加氯消毒过程中卤仿生成量升高，对于污染较为严重、小分子有机物浓度较高的水，高锰酸钾复合药剂预处理可以有效地降低其在后续氯化过程中卤仿的生成量。将高锰酸钾复合药剂与粒状活性炭联合使用

15、，结果发现原水中的卤代物被全部去除，而新生成的微量有机物中也没有卤代物产生，并且含量都很低，都不属于对人体有害的物质。分析原因是两者联用对有机物的去除具有协同作用。,(4)小结,1、国内外的饮用水中都存在对人体危害很大的卤代物。2、和氯反应产生三氯甲烷的前驱物质主要是来自天然原水中的以腐殖酸和富里酸形式大量存在的大分子有机物，经过常规水处理工艺处理后，仍大量存在于水中。3、控制饮用水中氯化消毒副产物可以采用不同的途径，往往需要综合治理，但目前最直接的方法是在水处理过程中提高去除有机物的效率，降低过滤后出水中有机物的种类和含量，尤其是去除或减少能够形成卤代物的前驱物质。4、高锰酸钾复合药剂与粒状

16、活性炭联用处理技术能够有效地控制氯化消毒过程中的副产物，尤其是卤代物的生成。高锰酸钾复合药剂预处理和粒状活性炭吸附处理分别都有去除卤代物前驱物质的作用，两者联用后产生协同作用，可大大提高去除率。,7.4 氯气氧化、消毒的替代技术,1氯气消毒的问题和新消毒技术的必要性1.1 氯气消毒的目的 固液分离不能去除水中原有病原性微生物和输配水过程中由病原性微生物引起的再污染1.2 优 点 经济，效果好，大水量，维持余氯，测定容易，管理方便1.3 问题点 有害的氯化消毒副产物 病原性微生物的抗氯性 上限和下限的矛盾 安全性,加氯产生有害消毒副产物,三卤甲烷卤代乙酸卤代醛水合氯醛乙 醛,需要控制投药量,病原

17、性微生物的抗氯性,开发代替氯气消毒剂的必要性,下限值,增加投药量,引起群体感染事故,2新的氧化、消毒技术的现状,2.1 二氧化氯优点 非常强的氧化、漂泊能力（30年代起用于造纸、印染，40年代起用于净水除臭）三氯甲烷等生成较少能维持余氯浓度缺点 自身和亚氯酸离子具有毒性=溶血性贫血症 浓度条件：二氧化氯2mg/L以下、亚氯酸离子0.2mg/L以下 一般只能现场制造 空气中10以上浓度，40kPa压力下容易发生爆炸,2.2 氯胺(NH2CL)使用历史 1915年，在加拿人渥太华首先使用。30年代以北火为主，400家水厂使用。但是，二战期间氨是战略物资，加上不久发明了不连续点氯气消毒法，氯胺消毒法

18、的使用大大减少。最近作为一种有害消毒副产物的对策，再次得到重视。特点 消毒效果低于游离氯，故限制了它的单独使用。但是，在水源良好，前段是膜处理的条件下，因残留性好，对管中的微生物有抑制作用，有害消毒副产物的生成较少，而引起了重视。,氯胺,置换1个氢离子时置换2个氢离子时置换3个氢离子时,NH2-H+Cl2,NH2-Cl,NH-Cl2,N-Cl3,氯胺消毒机理：被认为是氯胺在水解时释放次氯酸而起消毒作用。但水解系数、氧化还原电位、细胞壁透过性等与氯气不同。,氯胺消毒：三卤甲烷等生成较少，但会生成卤代乙酸。特别是原水有机物浓度较高时，合成氯化氰可能性较大。,氯胺消毒一般投药方法,2.3 紫外线 a

19、杀菌最适波长：245285nm b1984年起、北美开始使用、一般都是水厂改造项目和污水消毒,紫外线消毒特长 优点 设置空间小，系统构造简单 与氯气和臭氧相比低价，管理方便，过度照射也无害 对水体的鱼类无影响 不产生有害的消毒副产物 缺点 无残留效果 微生物在光回复酶的作用下能复活 消毒效果受水质透明度的影响,紫外线 因无残留效果，故需与有残留效果的消毒法并用。但是，其投药量可大大降低，生成有害消毒副产物的风险也将大大下降。并用消毒法,紫外线无残留效果,但不生成有害消毒副产物,氯消毒剂有残留效果,紫外线的消毒机理1,1、杀伤细胞遗传因子的核酸DNA和RNA病毒的RNA来发挥其消毒效果。2、使以

20、核酸为主的有机物不饱和键断裂，使其失去复制(合成)能力和生物活性。,紫外线的消毒效果根据波长呈很大的不同。例如，大肠杆菌的最大杀菌效果波长是260nm。这是因为DNA的吸收光谱与紫外线相一致。,紫外线的消毒机理2,注意：（1）SS，浊度，色度，有机物浓度等对水的透过率影响很大，左右消毒效果。（2）对营养型细菌细胞和病毒具有很高的消毒效果，但对原生动物效果较低(但最近的研究成果认为对隐孢子虫孢囊具有实用性的效果)。（3）紫外线照射不充分时，微生物在光回复酶的作用下能复活。（4）因无残留效果，需要用其他氯消毒剂来维持余氯浓度。,设计对策1：紫外线灯管的寿命,商品管,开发管,设计对策2：输出控制运行

21、模式,运行方法初期设置 降低输出、经济运行水质恶化 增大输出水量增加 再增大输出,历时（h),出力85,出力100,出力115,必要的紫外线照射量,初期设置,水质恶化、水量增加,2.4臭氧 O3特性 沸点-112，不安定的淡蓝色气体，有强力的刺激性。35以上马上还原成氧气，有强力的氧化性，除消毒效果外，还对铁、锰、硫化物、亚硝酸盐、砒霜、溴化物离子、碘化物离子的氧化、异臭的去除和对多种有机物的有氧化、分解效果。但气体对人体有毒性。现在，作为代替氯的消毒剂，是应用最广，业绩最多，效果最明显。今后，与其他消毒剂组合后，期望最大。水厂的深度处理用臭氧+活性炭过滤的方法为最多。,其它，有强力的脱臭，脱

22、色，消泡等能力。在造纸，印染，食品，游泳池水处理等领域均有应用。,非常高的氧化性是氯气的10100倍,非常好的反应性无机物、有机物、微生物,效果,臭氧的处理效果：（1）去除异臭味通过臭氧处理，可分解除去造成异臭味原因的“霉味”物质(6080)，再通过生物活性炭高度处理除去残留部分。因此，除去率几乎为100,臭氧的处理效果：(2)对THM生成的抑制效果通过臭氧活性炭处理，能降低三卤甲烷母体物质，其结果达到抑制三卤甲烷生成的效果。抑制三卤化甲烷生成的流程,达到抑制三卤甲烷生成的效果,THM母体物质,生物易分解性,生物难分解性,利用臭氧的氧化能力，进行氧化分解,利用臭氧的氧化能力，使其变为易分解,用

23、生物活性炭去除,2.4.3 机理一般理论：直接破坏细胞壁使细菌失去活性。但是，详细的机理还在研究中。臭氧虽然能与许多有机物发生反应，但它不会像氯气那样会产生三卤甲烷。这是因为臭氧强力的氧化性把THM的前置物质腐植酸氧化掉了的缘故。,使隐孢子虫非活性化 臭氧能使隐孢了虫的卵囊壁(壳)氧化分解，并杀死壳内了孢子(生命体、隐孢子虫感染的原因)。由于能使其99非活性化，故CT值达2mgminL(20)。,245臭氧的发生法 无声放电法光化学反应法放射性照射法 高周波电解法稀硫酸电解法 一般常用的是无声放电法。原料：空气或液氧,空气处理装置,臭氧发生器,液 氧,臭氧气体,产生臭氧的原理(无声放电),Mi

24、cro-Gap系列玻璃衬管-双面冷却系统,由于间隙窄，对高压电极进行强制冷却冷却效率更高发生臭氧所需的电力更少,臭氧接触池的模拟设计方法简介,臭氧接触池的类型两个功能：高的溶解率(吸收率)和高的反应率(去除率)3大要素：反应物质移动 水理特性,与臭氧接触池的性能相关的因素,臭氧吸收的基本方程式,臭氧接触池性能,1臭氧吸收率 随投加臭氧气体的浓度升高而上升。2臭气物质去除率 随注入臭氧气体的浓度而增加，但从 P25mg/L-air附近开始呈现 饱和趋势。(注入率增加而增加)3DUT和同向流式3格接触池的比较 在DUT中臭氧的溶解主要是在下降管内，利用上升过程的滞留时间，以同等滞留时间的同向流式3

25、格接触池相比显示了其较高的臭气物 质去除率。4用模拟系统来任意地预测比较各种条件下的数据、有 效地应用设计中。,3几种氧化消毒剂的效果比较表1实用条件,表2各种消毒剂对线虫的效果 单位：个/L,几种消毒剂灭活不同微生物的CT值对比(250C),4、替代前段加氯的氧化处理技术前段加氯 处理流程的前段作为氧化剂注入氯气，可氧化铁，锰，有机物，改善混凝效果，防止藻类的增殖。缺点 未处理的原水注入氯气，产生氯气消毒副产物的威胁最大，因此，替代氯气的前段氧化处理技术最为重要!,一、二氧化氯用于中小规模水厂(大型 臭氧)前段，中段投氯 单独使用很少，一般与氯气、氯胺、臭氧并用。特点 1、与氨气不反应，投加

26、量较少 2、余氯气相比即使PH上升，其氧化效果也不低下 3、与有机物，无机物仪发生氧化还原反应，不像氯 气会生成有机卤化物 4、沉淀池内不易生成藻类,二、臭氧特点氧化性最强，反应速度快，杀菌，病毒灭活，脱色除臭，氧化铁锰，分解三卤甲烷的前期物质，增进混凝性。但是，有机物浓度太高，易生成乙醛。一般地说臭氧总与生物活性碳BAC成套使用，乙醛能被BAC吸附分解。有时，水源受海水或排水的影响含有溴化物离子Br时，被臭氧后会生成亚溴酸根离子，高溴酸根离子 Br+O3 BrO-+O3 BrO3-高溴酸根离子有致癌性，后续BAC无法去除。有效方法是不要过剩注入O3,三、深度氧化处理AOP Advanced Oxidation Process 即使采用深度处理流程，但一些难分解、亲水性物质(农药，除草剂等)，需要AOP。AOP法、臭氧、过氧化氢、紫外线、氧化钛等组合使用，提高其氧化能力，达到去除上述物质的效果 现在还处在研究阶段，没有实用例子。,5替代后段加氯的氧化处理技术,造成氯化消毒副产物，耐氯性病原菌生成,防止二次污染，保持管网余氯,城市扩张，管网延长，为了保证以上条件，氯气过量注入的水厂很多,1、二氧化氯单独使用；2、砂滤前加二氧化氯（紫外线、O3），清水池追加氯气；3、增加物理处理，降低加药量；4、边缘地区追加氯气。,