【詳細(xì)說明】

給水用二氧化lv發(fā)生器消毒的探討- 水行業(yè)資訊,，水工業(yè)市場二氧化lv發(fā)生器,給水消毒,應(yīng)用探討。

摘要: 對應(yīng)用于給水消毒中的二氧化lv發(fā)生器的制備工藝,、控制方式,、以及運(yùn)行管理等進(jìn)行了探討,，認(rèn)為目前一些水廠在二氧化lv發(fā)生器的使用上仍存在著一些誤區(qū)，對在水廠中合理應(yīng)用二氧化lv器提出了建議,，旨在促進(jìn)二氧化lv在我國水廠的推廣使用,。

lv氣作為一種成熟的消毒劑已有百年的應(yīng)用歷史，但近年來由于源水水質(zhì)的惡化,，lv化消毒所引發(fā)的環(huán)境健康問題以逐漸引起人們的重視,。為解決這一問題，自七十年代以后,，lv化消毒的替代品研究逐漸深入,，二氧化lv就是其中*的替代物之一。鑒于二氧化lv*的消毒優(yōu)勢,，目前歐洲已有數(shù)千家水廠采用二氧化lv作為消毒劑,，美國也有400余家水廠在消毒工藝中增加了二氧化lv。我國飲水處理廠在二氧化lv的應(yīng)用方面,，起步較晚,，發(fā)展也較慢，從九十年代以后,，二氧化lv發(fā)生器才開始在一些中小型水廠中加以應(yīng)用,。目前為改善水廠lv消毒所帶來的一些問題，二氧化lv發(fā)生器的應(yīng)用已逐漸引起人們的關(guān)注,，一些新建水廠已開始直接選用二氧化lv發(fā)生器取代加lv機(jī),，另外一些存在lv消毒問題的老水廠也在考慮用二氧化lv對lv氣進(jìn)行改造。本文在這種趨勢下對二氧化lv發(fā)生器在我國水廠中應(yīng)用的問題進(jìn)行探討,。

1 二氧化lv制取工藝的探討

二氧化lv性質(zhì)活潑,，不易貯存和運(yùn)輸，目前國內(nèi)外飲水使用二氧化lv都采用現(xiàn)場制備的方式,，能現(xiàn)場制備二氧化lv的裝置叫做二氧化lv發(fā)生器,。通常水廠使用的二氧化lv發(fā)生器都采用化學(xué)反應(yīng)的原理進(jìn)行制備，根據(jù)采用原料的不同,，可分為亞lv酸鈉工藝和lv酸鈉工藝,。 
1.1 lv酸鈉工藝
  采用lv酸鈉和鹽酸為原料進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)式如下：
 NaClO3 + 2HCl = ClO2 + 1/2Cl2 + NaCl + H2O
 由上式可以看出,，在二氧化lv產(chǎn)生的同時還有約占二氧化lv產(chǎn)量一半的lv氣發(fā)生,，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本工藝中二氧化lv的有效轉(zhuǎn)化率一般只有50%左右,，并且受到反應(yīng)溫度和鹽酸濃度的影響,。要提高二氧化lv的轉(zhuǎn)化率，必需保持較高的反應(yīng)溫度（約70OC）和加大鹽酸的過剩量，但這同時又會導(dǎo)致lv氣產(chǎn)率的提高,，使反應(yīng)產(chǎn)物中lv氣的含量增大。這個矛盾在穩(wěn)定態(tài)二氧化lv的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)上,，可以通過多級加溫,，空氣逆向逐級吹脫的方式來富集二氧化lv，但在水廠應(yīng)用的小型二氧化lv設(shè)備（小于10kg/h）上,，則很難解決,。
  由于lv氣的大量存在，嚴(yán)格講已經(jīng)失去了二氧化lv投加的zui基本的意義,，即降低水中三lv甲烷的含量,。并且由于lv酸鈉的轉(zhuǎn)化率在實(shí)際運(yùn)行中通常不足50%，這使得當(dāng)投加量較高時,，水中剩余的ClO3— 的濃度較高,。正是以上諸多原因，在國外有關(guān)水廠二氧化lv應(yīng)用的資料中,，還未有上述lv酸鈉工藝的報道,。
  在我國，目前以lv酸鈉工藝為基礎(chǔ)的二氧化lv發(fā)生器仍是市場上的主導(dǎo)產(chǎn)品之一,，并在許多水廠中得以運(yùn)行,。其主要是由于以下兩方面的原因。
 1） 我國對應(yīng)用于水廠的二氧化lv發(fā)生器,，從設(shè)備選型,、產(chǎn)品檢驗(yàn)、設(shè)計規(guī)范到處理水質(zhì),，都還沒有統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn),。對二氧化lv的使用仍不規(guī)范。多數(shù)使用二氧化lv的水廠,，在設(shè)備檢驗(yàn)和出水檢測上仍使用與lv氣相同的指標(biāo),，如有效lv、余lv等,。
 2） 由于我國經(jīng)濟(jì)總體水平還處于發(fā)展中國家的水平,，運(yùn)行成本仍是目前水廠工藝選型的主要制約因素。以制取1kgClO2來計,，亞lv酸鈉法的成本約為30元,，lv酸鈉法約20元。相差近1倍,。這也是lv酸鈉法得以廣泛使用的主要原因之一,。
  對二氧化lv發(fā)生器的應(yīng)用評價標(biāo)準(zhǔn)，zui終將會以處理水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。lv酸鈉工藝由于其本身的工藝缺陷,，在應(yīng)用上會受到很大的限制,。
1.2 亞lv酸鈉工藝
  亞lv酸鈉工藝常見的反應(yīng)原理有以下兩種：
 1） 5NaClO2 + 4HCl = 4ClO2 +5NaCl +2H2O
 2） 2NaClO2 + Cl2 = 2ClO2 + 2NaCl
 反應(yīng)式1是一個自氧化還原反應(yīng)，亞lv酸鈉既是氧化劑又是還原劑,，鹽酸是酸化劑,。因此，理論上有20%的亞lv酸鈉被還原成NaCl,，如果以亞lv酸鈉轉(zhuǎn)化為二氧化lv為有效轉(zhuǎn)化來計,，其zui高有效轉(zhuǎn)化率只有80%。但從產(chǎn)物中二氧化lv的實(shí)際收率來看,，通?？梢赃_(dá)到95%以上。反應(yīng)式2中lv氣作為還原劑參與反應(yīng),，使亞lv酸鈉的有效轉(zhuǎn)化率理論上可達(dá)到*,，在產(chǎn)物中，二氧化lv純度同樣可達(dá)到95%以上,。
 一． 亞lv酸鈉加鹽酸工藝
  該工藝具有工藝簡單,，不需要加溫，設(shè)備容易操作及維護(hù),，產(chǎn)物中二氧化lv純度高等優(yōu)點(diǎn),。是國外小型二氧化lv發(fā)生器常用的反應(yīng)原理。如德國的Prominent,、ALLDOS美國的F&P公司都有相應(yīng)的產(chǎn)品,，我國采用亞lv酸鈉產(chǎn)生二氧化lv的發(fā)生器也都以此工藝為基礎(chǔ)。
  從水廠的應(yīng)用實(shí)踐來看,，本工藝主要存在以下的不足,。
 1） 為達(dá)到95%的高產(chǎn)率，鹽酸應(yīng)過量,。使出口藥液的pH值小于1,。
 2） 由于鹽酸的需要量大，以一個5萬t的水廠為例,，當(dāng)二氧化lv的投加量為1ppm時,，鹽酸（濃度為25%）的日消耗量為300kg。因此,，對中型以上的水廠采用此工藝,，鹽酸的儲備需占用一定的空間。
 二．亞lv酸鈉加lv氣工藝
  工藝流程見下圖：
  據(jù)國外資料顯示,，國外水廠中以此工藝為基礎(chǔ)的發(fā)生器的應(yīng)用約占70%,。而國產(chǎn)設(shè)備在水廠中的應(yīng)用還未見報道,，這主要是由于以下兩方面的原因：
 1） 我國目前二氧化lv的應(yīng)用仍主要集中在中小型水廠，尤其是縣級左右的小水廠,，二氧化lv的需要量一般在300-1000g/h上下,。對這部分水廠，操作簡單,，使用安全是選擇二氧化lv的主要因素,，而該工藝所含有的加lv系統(tǒng)無疑會增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度，加大設(shè)備投資和管理水平,，因此對中小型水廠來說，該工藝并無優(yōu)勢,。
  國外二氧化lv廠商多數(shù)也是加lv機(jī)的生產(chǎn)商,，因此在設(shè)備配套和系統(tǒng)集成上比較容易。

   而對國內(nèi)二氧化lv生產(chǎn)廠商則還不具有這方面的優(yōu)勢,。因此在這方面的開發(fā)還比較落后,。
 2） 但從二氧化lv在水廠尤其是大中型水廠進(jìn)行推廣使用的前景來看，此工藝則具有非常大的應(yīng)用優(yōu)勢,。
  首先,，從反應(yīng)式2可以看出，用lv氣取代鹽酸,，提高了亞lv酸鈉的有效轉(zhuǎn)化率,，降低了運(yùn)行成本。并且,，避免了濃鹽酸在儲存,、輸送及投加過程中對操作環(huán)境的影響。更容易實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的自動化程度,。 
 其次,，本工藝可以根據(jù)實(shí)際需要單獨(dú)投加lv氣，或單獨(dú)產(chǎn)生二氧化lv,。能zui大限度的適應(yīng)水廠水源水質(zhì)的變化要求,。對一些水廠，尤其是以地表水為水源的水廠,，通常水質(zhì)隨季節(jié)的變化而變化,，當(dāng)處于豐水期時水質(zhì)較好，這時采用lv氣消毒即可達(dá)到處理要求,，而在枯水期或由于其他原因造成的水質(zhì)變差時,，再使用二氧化lv進(jìn)行消毒，可取得*的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益,。 
 第三,，隨著我國標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的健全,，二氧化lv在我國大型水廠的應(yīng)用必將得到推廣。但對已建有lv氣消毒的水廠來說,，就存在著是設(shè)備改造還是設(shè)備更新的問題,。本工藝可以在原有的設(shè)備基礎(chǔ)上，增加一些簡單的設(shè)施就可達(dá)到以上二氧化lv和lv氣靈活使用的目的,，因此,，具有很大的使用價值。
  另外,，采用此工藝生成的二氧化lv產(chǎn)物的pH值接近中性,。可以較長時間保存,，而不發(fā)生歧化反應(yīng),，可以通過中間儲存箱實(shí)現(xiàn)一臺設(shè)備，多個投加點(diǎn)的復(fù)雜情況,。如圖所示,。
  從以上對二氧化lv發(fā)生器的分析比較中可以看出，我國現(xiàn)在在二氧化lv的應(yīng)用上還存在著很多問題,。對二氧化lv發(fā)生裝置的認(rèn)識和評價還不完善,，對作為評價基礎(chǔ)的指標(biāo)體系還未建成。

2 二氧化lv在水廠應(yīng)用中自動化控制的探討

與投加lv氣不同,，lv氣投加只是單一藥劑的定量投加,，自動化程度的高低只會影響量的準(zhǔn)確與否。而二氧化lv則是通過兩種藥劑的現(xiàn)場反應(yīng)來制取,，要想準(zhǔn)確投加,，必須對兩種藥劑進(jìn)行計量、準(zhǔn)確配比才能實(shí)現(xiàn),。否則,，會因?yàn)榕浔炔划?dāng)而引起二氧化lv產(chǎn)率降低，副產(chǎn)物比率增加,。降低消毒效果,。嚴(yán)重時，會出現(xiàn)單藥劑投加而*失去消毒效果并污染水質(zhì),。
  從國外的應(yīng)用來看,，二氧化lv發(fā)生器的運(yùn)行都采用自動化控制。通?？煞譃楣に囎詣踊刂坪驮O(shè)備運(yùn)行自動化控制,。這兩者通過一個控制系統(tǒng)來完成。其中工藝自動化是指通過外部信號（如處理水流量,、剩余二氧化lv濃度等）對投藥量進(jìn)行控制,，以求達(dá)到zui適的投加量,。而設(shè)備運(yùn)行自動化是指關(guān)于設(shè)備本身正常運(yùn)行的自動化控制，包括兩種藥劑的自動配比,、故障自動報警及事故自動處理等,。
  我國目前二氧化lv發(fā)生器在水廠中應(yīng)用的自動化程度還較低，一些中小型水廠的二氧化lv發(fā)生器的運(yùn)行還*采用手動標(biāo)定兩種藥液滴數(shù)來計量,，*無法控制二氧化lv的產(chǎn)量和投加量,。二氧化lv發(fā)生器是集物料計量、現(xiàn)場反應(yīng),，定量投加于一體的消毒設(shè)備,。設(shè)備的自動化程度直接關(guān)系到二氧化lv在產(chǎn)物中的產(chǎn)率，以及消毒水中副產(chǎn)物的殘留濃度,。因此,，筆者認(rèn)為，在我國水廠推廣二氧化lv應(yīng)用時,，應(yīng)改變以往片面重視設(shè)備投資的觀點(diǎn),，應(yīng)重視設(shè)備本身自動化的程度,，結(jié)合具體水源的特點(diǎn)選用合理的控制方式,，才能取得*的處理效果和經(jīng)濟(jì)效益。

3 二氧化lv使用方式的探討

 所謂的二氧化lv使用方式,，主要是指二氧化lv的投加點(diǎn)和投加量,。二氧化lv作為強(qiáng)氧化劑和消毒劑，其性能要高于lv氣,。因此,，二氧化lv可以作為水廠的單一消毒劑。但當(dāng)考慮到不同消毒劑的特性及經(jīng)濟(jì)因素時,，二氧化lv和其他消毒劑的聯(lián)合使用往往會取得更佳的處理效果和更低的處理成本,。
  一般二氧化lv作為單一消毒劑時，投加點(diǎn)應(yīng)在過濾之后,，并應(yīng)在進(jìn)入清水池前保證與原水的充分混合,。投加量一般應(yīng)控制在2ppm之內(nèi)。對一些污染嚴(yán)重的水源,，單獨(dú)采用二氧化lv消毒,，會使投加量上升至3-5ppm，如在寧夏某水廠的應(yīng)用實(shí)踐表明,，單獨(dú)使用二氧化lv消毒時,，要滿足出水衛(wèi)生指標(biāo)合格的投加量平均為4.1ppm。這一方面增加了水廠的制水成本,，另外也大大增加了消毒后出水中剩余亞lv酸根的含量,。因此在這種情況下,，采用兩種消毒劑聯(lián)合投加會取得*的處理效果。常見的這種組合消毒工藝如下圖所示,。

 作者認(rèn)為圖中工藝流程對某些污染較重的水源具有較大的推廣價值,，這個工藝具有以下兩大優(yōu)點(diǎn)。一是二氧化lv在混凝前與混凝劑同時投加,，不僅可以通過氧化作用去除水中能產(chǎn)生三鹵甲烷前體物（如腐殖酸和黃腐酸等等）,，還可以改善膠體顆粒帶電性能，從而達(dá)到助凝作用,。使沉淀,、過濾的處理效率得到提高。預(yù)氧化投加二氧化lv的量一般控制在0.5-1.0ppm,。二是濾后投加lv氣作為消毒劑,，用來控制水中的細(xì)菌學(xué)指標(biāo)。lv氣的投加量可以降低,，不僅zui大程度減少了水中三鹵甲烷的形成量,，也可保證水中余lv持續(xù)的殺菌活力，操作檢測簡單,，運(yùn)行費(fèi)用低,。

４ 合理使用二氧化lv發(fā)生器的幾點(diǎn)建議

1） 應(yīng)建立對二氧化lv發(fā)生器性能的綜合評價標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范二氧化lv發(fā)生器的產(chǎn)品市場,。
 2） 應(yīng)制定適合于二氧化lv消毒的水質(zhì)檢驗(yàn)指標(biāo),，降低二氧化lv發(fā)生器在使用中產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物水平。
 3） 對大型水廠（尤其以地表水為水源的水廠）,，應(yīng)大力推廣以lv氣+亞lv酸鈉工藝為主的二氧化lv制備技術(shù),。 

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