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(zhuān)業(yè)從事水處理環(huán)保設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)廠家,。并與全 多個(gè)科研設(shè)計(jì)單位長(zhǎng)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(lái)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(wèn)題以逐漸引起人們的重視。為解決這一問(wèn)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(shì),，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(kāi)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(lái)的一些問(wèn)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(kāi)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(wèn)題的老水廠也在考慮用二氧化氯對(duì)CL2進(jìn)行改造,。本文在這種趨勢(shì)下對(duì)二氧化氯發(fā)生器在我 水廠中應(yīng)用的問(wèn)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(chǎng)制備的方式,，能現(xiàn)場(chǎng)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(guò)剩量,，但這同時(shí)又會(huì)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(guò)多級(jí)加溫,，空氣逆向逐級(jí)吹脫的方式來(lái)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(chǎng)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(duì)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(méi)有統(tǒng)一的 家標(biāo)準(zhǔn),。對(duì)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(cè)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(lái)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(duì)二氧化氯發(fā)生器的應(yīng)用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),， 終將會(huì)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(huì)受到很大的限制,。
1.2 亞氯酸鈉工藝
　　亞氯酸鈉工藝常見(jiàn)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(lái)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(lái)看,，通常可以達(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(jiǎn)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(lái)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(guò)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(wàn)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(duì)中型以上的水廠采用此工藝，鹽酸的儲(chǔ)備需占用一定的空間,。
　二．亞氯酸鈉加氯氣工藝
　　工藝流程見(jiàn)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(jiàn)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(jí)左右的小水廠，二氧化氯的需要量一般在300-1000g/h上下,。對(duì)這部分水廠,，操作簡(jiǎn)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(wú)疑會(huì)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(duì)中小型水廠來(lái)說(shuō),，該工藝并無(wú)優(yōu)勢(shì),。
　　 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(duì) 內(nèi)二氧化氯生產(chǎn)廠商則還不具有這方面的優(yōu)勢(shì),。因此在這方面的開(kāi)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(lái)看,，此工藝則具有非常大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),。
　　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(chǔ)存、輸送及投加過(guò)程中對(duì)操作環(huán)境的影響,。更容易實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)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(duì)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(duì)已建有氯氣消毒的水廠來(lái)說(shuō),，就存在著是設(shè)備改造還是設(shè)備更新的問(wèn)題,。本工藝可以在原有的設(shè)備基礎(chǔ)上,，增加一些簡(jiǎn)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(zhǎng)時(shí)間保存，而不發(fā)生歧化反應(yīng),，可以通過(guò)中間儲(chǔ)存箱實(shí)現(xiàn)一臺(tái)設(shè)備,，多個(gè)投加點(diǎn)的復(fù)雜情況。如圖所示,。
　　從以上對(duì)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(wèn)題。對(duì)二氧化氯發(fā)生裝置的認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)還不完善,，對(duì)作為評(píng)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(dòng)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(dòng)化程度的高低只會(huì)影響量的準(zhǔn)確與否,。而二氧化氯則是通過(guò)兩種藥劑的現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)來(lái)制取，要想準(zhǔn)確投加,，必須對(duì)兩種藥劑進(jìn)行計(jì)量,、準(zhǔn)確配比才能實(shí)現(xiàn)。否則,，會(huì)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(huì)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(lái)看,，二氧化氯發(fā)生器的運(yùn)行都采用自動(dòng)化控制,。通常可分為工藝自動(dòng)化控制和設(shè)備運(yùn)行自動(dòng)化控制,。這兩者通過(guò)一個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)完成,。其中工藝自動(dòng)化是指通過(guò)外部信號(hào)（如處理水流量、剩余二氧化氯濃度等）對(duì)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(dòng)化是指關(guān)于設(shè)備本身正常運(yùn)行的自動(dòng)化控制，包括兩種藥劑的自動(dòng)配比,、故障自動(dòng)報(bào)警及事故自動(dòng)處理等,。
　　我 目前二氧化氯發(fā)生器在水廠中應(yīng)用的自動(dòng)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(dòng)標(biāo)定兩種藥液滴數(shù)來(lái)計(jì)量，*無(wú)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(chǎng)反應(yīng)，定量投加于一體的消毒設(shè)備,。設(shè)備的自動(dòng)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(dòng)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(huì)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(guò)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(duì)一些污染嚴(yán)重的水源,，單獨(dú)采用二氧化氯消毒，會(huì)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(huì)取得 佳的處理效果,。常見(jiàn)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(duì)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(guò)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(guò)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(lái)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(cè)簡(jiǎn)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(duì)二氧化氯發(fā)生器性能的綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),，規(guī)范二氧化氯發(fā)生器的產(chǎn)品市場(chǎng)。
　　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(duì)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),。