山東省濰坊市永興環(huán)保設(shè)備有限公司是高 企業(yè),，是專業(yè)從事水處理環(huán)保設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)的專業(yè)廠家。并與全 多個(gè)科研設(shè)計(jì)單位長期合作,。在環(huán)保設(shè)備的設(shè)計(jì),、制造、安裝,、調(diào)試等技術(shù)上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),。

 前言

　　CL2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，氯化消毒所引發(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，氯化消毒的替代品研究逐漸深入,，CLO2就是其中 的替代物之一,。鑒于CLO2*的消毒優(yōu)勢，目前歐洲已有數(shù)千家水廠采用CLO2作為消毒劑,，美 也有400余家水廠在消毒工藝中增加了CLO2,。我 飲水處理廠在CLO2的應(yīng)用方面，起步較晚,，發(fā)展也較慢,，從九十年代以后，CLO2才開始在一些中小型水廠中加以應(yīng)用,。目前為改善水廠氯消毒所帶來的一些問題,，二氧化氯發(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氯發(fā)生器取代加氯機(jī),，另外一些存在LV消毒問題的老水廠也在考慮用二氧化氯對CL2進(jìn)行改造,。本文在這種趨勢下對二氧化氯發(fā)生器在我 水廠中應(yīng)用的問題進(jìn)行探討。

1　二氧化氯制取工藝的探討

二氧化氯性質(zhì)活潑,，不易貯存和運(yùn)輸,，目前 內(nèi)外飲水使用二氧化氯都采用現(xiàn)場制備的方式，能現(xiàn)場制備二氧化氯的裝置叫做二氧化氯發(fā)生器,。通常水廠使用的二氧化氯發(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，可分為亞氯酸鈉工藝和氯酸鈉工藝,。 
1.1 NaClO3工藝
　　采用NaClO3和HCl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，在二氧化氯產(chǎn)生的同時(shí)還有約占二氧化氯產(chǎn)量一半的CL2發(fā)生,，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本工藝中二氧化氯的有效轉(zhuǎn)化率一般只有50%左右,，并且受到反應(yīng)溫度和HCl濃度的影響,。要提高二氧化氯的轉(zhuǎn)化率，必需保持較高的反應(yīng)溫度（約70OC）和加大HCl的過剩量,，但這同時(shí)又會導(dǎo)致lv氣產(chǎn)率的提高,，使反應(yīng)產(chǎn)物中l(wèi)v的含量增大。這個(gè)矛盾在穩(wěn)定態(tài)二氧化氯的工業(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氯,，但在水廠應(yīng)用的小型二氧化氯設(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)失去了二氧化氯投加的 基本的意義，即降低水中三氯甲烷的含量,。并且由于NaClO3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(shí)，水中剩余的ClO3— 的濃度較高,。正是以上諸多原因,，在 外有關(guān)水廠二氧化氯應(yīng)用的資料中，還未有上述氯酸鈉工藝的報(bào)道,。
　　在我 ,，目前以NaClO3工藝為基礎(chǔ)的二氧化氯發(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 對應(yīng)用于水廠的二氧化氯發(fā)生器，從設(shè)備選型,、產(chǎn)品檢驗(yàn),、設(shè)計(jì)規(guī)范到處理水質(zhì)，都還沒有統(tǒng)一的 家標(biāo)準(zhǔn),。對二氧化氯的使用仍不規(guī)范,。多數(shù)使用二氧化氯的水廠，在設(shè)備檢驗(yàn)和出水檢測上仍使用與氯氣相同的指標(biāo),，如有效氯,、余氯等。
　　2）　由于我 經(jīng)濟(jì)總體水平還處于發(fā)展中 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(jì)，亞NaClO3法的成本約為30元,，NaClO3法約20元,。相差近1倍。這也是氯酸鈉法得以廣泛使用的主要原因之一,。
　　對二氧化氯發(fā)生器的應(yīng)用評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),， 終將會以處理水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。氯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 亞氯酸鈉工藝
　　亞氯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(gè)自氧化還原反應(yīng)，亞氯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%的亞氯酸鈉被還原成NaCl，如果以亞氯酸鈉轉(zhuǎn)化為二氧化氯為有效轉(zhuǎn)化來計(jì),，其 有效轉(zhuǎn)化率只有80%,。但從產(chǎn)物中二氧化氯的實(shí)際收率來看，通?？梢赃_(dá)到95%以上,。反應(yīng)式2中氯氣作為還原劑參與反應(yīng)，使亞氯酸鈉的有效轉(zhuǎn)化率理論上可達(dá)到100%,，在產(chǎn)物中,，二氧化氯純度同樣可達(dá)到95%以上。
　一． 亞氯酸鈉加鹽酸工藝
　　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)物中二氧化氯純度高等優(yōu)點(diǎn),。是 外小型二氧化氯發(fā)生器常用的反應(yīng)原理,。如德 的Prominent、ALLDOS美 的F&P公司都有相應(yīng)的產(chǎn)品,，我 采用亞氯酸鈉產(chǎn)生二氧化氯的發(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(gè)5萬t的水廠為例，當(dāng)二氧化氯的投加量為1ppm時(shí),，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．亞氯酸鈉加氯氣工藝
　　工藝流程見下圖：
　　據(jù) 外資料顯示， 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 產(chǎn)設(shè)備在水廠中的應(yīng)用還未見報(bào)道,，這主要是由于以下兩方面的原因：
　　1） 我 目前二氧化氯的應(yīng)用仍主要集中在中小型水廠，尤其是縣級左右的小水廠,，二氧化氯的需要量一般在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氯的主要因素,，而該工藝所含有的加氯系統(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。
　　 外二氧化氯廠商多數(shù)也是加氯機(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 內(nèi)二氧化氯生產(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） 但從二氧化氯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 ,，從反應(yīng)式2可以看出,，用氯氣取代鹽酸，提高了亞氯酸鈉的有效轉(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)投加氯氣,，或單獨(dú)產(chǎn)生二氧化氯。能 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(shí)水質(zhì)較好,，這時(shí)采用氯氣消毒即可達(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(shí),，再使用二氧化氯進(jìn)行消毒,，可取得 佳的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。 
　　第三,，隨著我 標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的健全,，二氧化氯在我 大型水廠的應(yīng)用必將得到推廣。但對已建有氯氣消毒的水廠來說,，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)到以上二氧化氯和氯氣靈活使用的目的，因此,，具有很大的使用價(jià)值,。
　　另外，采用此工藝生成的二氧化氯產(chǎn)物的pH值接近中性,?？梢暂^長時(shí)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(gè)投加點(diǎn)的復(fù)雜情況。如圖所示,。
　　從以上對二氧化氯發(fā)生器的分析比較中可以看出,，我 現(xiàn)在在二氧化氯的應(yīng)用上還存在著很多問題。對二氧化氯發(fā)生裝置的認(rèn)識和評價(jià)還不完善,，對作為評價(jià)基礎(chǔ)的指標(biāo)體系還未建成,。 

2　二氧化氯在水廠應(yīng)用中自動化控制的探討

與投加氯氣不同，氯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,。而二氧化氯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(jì)量,、準(zhǔn)確配比才能實(shí)現(xiàn)。否則,，會因?yàn)榕浔炔划?dāng)而引起二氧化氯產(chǎn)率降低,，副產(chǎn)物比率增加。降低消毒效果,。嚴(yán)重時(shí),，會出現(xiàn)單藥劑投加而*失去消毒效果并污染水質(zhì)。
　　從 外的應(yīng)用來看,，二氧化氯發(fā)生器的運(yùn)行都采用自動化控制,。通常可分為工藝自動化控制和設(shè)備運(yùn)行自動化控制,。這兩者通過一個(gè)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、剩余二氧化氯濃度等）對投藥量進(jìn)行控制,，以求達(dá)到 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(bào)警及事故自動處理等,。
　　我 目前二氧化氯發(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氯發(fā)生器的運(yùn)行還*采用手動標(biāo)定兩種藥液滴數(shù)來計(jì)量，*無法控制二氧化氯的產(chǎn)量和投加量,。二氧化氯發(fā)生器是集物料計(jì)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)系到二氧化氯在產(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 水廠推廣二氧化氯應(yīng)用時(shí),，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 佳的處理效果和經(jīng)濟(jì)效益,。

3　二氧化氯使用方式的探討

　　所謂的二氧化氯使用方式，主要是指二氧化氯的投加點(diǎn)和投加量,。二氧化氯作為強(qiáng)氧化劑和消毒劑,，其性能要高于氯氣。因此,，二氧化氯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(shí)，二氧化氯和其他消毒劑的聯(lián)合使用往往會取得更佳的處理效果和更低的處理成本,。
　　一般二氧化氯作為單一消毒劑時(shí),，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)采用二氧化氯消毒,，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)使用二氧化氯消毒時(shí),，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氯酸根的含量,。因此在這種情況下,，采用兩種消毒劑聯(lián)合投加會取得 佳的處理效果。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(jià)值,，這個(gè)工藝具有以下兩大優(yōu)點(diǎn),。一是二氧化氯在混凝前與混凝劑同時(shí)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)氧化投加二氧化氯的量一般控制在0.5-1.0ppm。二是濾后投加氯氣作為消毒劑,，用來控制水中的細(xì)菌學(xué)指標(biāo),。氯氣的投加量可以降低，不僅 減少了水中三鹵甲烷的形成量,，也可保證水中余氯持續(xù)的殺菌活力,，操作檢測簡單，運(yùn)行費(fèi)用低,。

４　合理使用二氧化氯發(fā)生器的幾點(diǎn)建議

1） 應(yīng)建立對二氧化氯發(fā)生器性能的綜合評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),，規(guī)范二氧化氯發(fā)生器的產(chǎn)品市場。
　　2） 應(yīng)制定適合于二氧化氯消毒的水質(zhì)檢驗(yàn)指標(biāo),，降低二氧化氯發(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)大力推廣以氯氣+亞氯酸鈉工藝為主的二氧化氯制備技術(shù),。