山陰縣自來水消毒設備制取工藝

1 二氧化氯制取工藝的探討

二氧化氯性質活潑，不易貯存和運輸，目前國內外飲水使用二氧化氯都采用現場制備的方式，能現場制備二氧化氯的裝置叫做二氧化氯發生器。通常水廠使用的二氧化氯發生器都采用化學反應的原理進行制備，根據采用原料的不同，可分為亞氯酸鈉工藝和氯酸鈉工藝。
1.1氯酸鈉工藝
  采用氯酸鈉和鹽酸為原料進行反應，反應式如下：
 NaClO3 + 2HCl = ClO2 + 1/2Cl2 + NaCl + H2O
 由上式可以看出，在二氧化氯產生的同時還有約占二氧化氯產量一半的lv氣發生，實驗結果表明，本工藝中二氧化氯的有效轉化率一般只有50%左右，并且受到反應溫度和鹽酸濃度的影響。要提高二氧化氯的轉化率，必需保持較高的反應溫度（約70OC）和加大鹽酸的過剩量，但這同時又會導致lv氣產率的提高，使反應產物中lv氣的含量增大。這個矛盾在穩定態二氧化氯的工業化大規模生產上，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，但在水廠應用的小型二氧化氯設備（小于10kg/h）上，則很難解決。
    由于lv氣的大量存在，嚴格講已經失去了二氧化氯投加的zui基本的意義，即降低水中三氯jia烷的含量。并且由于氯酸鈉的轉化率在實際運行中通常不足50%，這使得當投加量較高時，水中剩余的ClO3—的濃度較高。正是以上諸多原因，在國外有關水廠二氧化氯應用的資料中，還未有上述氯酸鈉工藝的報道。
    在我國，目前以氯酸鈉工藝為基礎的二氧化氯發生器仍是市場上的主導產品之一，并在許多水廠中得以運行。其主要是由于以下兩方面的原因。
 1） 我國對應用于水廠的二氧化氯發生器，從設備選型、產品檢驗、設計規范到處理水質，都還沒有統一的國家標準。對二氧化氯的使用仍不規范。多數使用二氧化氯的水廠，在設備檢驗和出水檢測上仍使用與lv氣相同的指標，如有效氯、余氯等。
 2） 由于我國經濟總體水平還處于發展中國家的水平，運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，亞氯酸鈉法的成本約為30元，氯酸鈉法約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。
   山陰縣自來水消毒設備制取工藝 

 一． 亞氯酸鈉加鹽酸工藝
    該工藝具有工藝簡單，不需要加溫，設備容易操作及維護，產物中二氧化氯純度高等優點。是國外小型二氧化氯發生器常用的反應原理。如德國的Prominent、ALLDOS美國的F&P公司都有相應的產品，我國采用亞氯酸鈉產生二氧化氯的發生器也都以此工藝為基礎。
   從水廠的應用實踐來看，本工藝主要存在以下的不足。
 1） 為達到95%的高產率，鹽酸應過量。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，當二氧化氯的投加量為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．亞氯酸鈉加lv氣工藝
   據國外資料顯示，國外水廠中以此工藝為基礎的發生器的應用約占70%。而國產設備在水廠中的應用還未見報道，這主要是由于以下兩方面的原因：
 1） 我國目前二氧化氯的應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無疑會增加系統的復雜程度，加大設備投資和管理水平，因此對中小型水廠來說，該工藝并無優勢。
  國外二氧化氯廠商多數也是加氯機的生產商，因此在設備配套和系統集成上比較容易。

   而對國內二氧化氯生產廠商則還不具有這方面的優勢。因此在這方面的開發還比較落后。
 2） 但從二氧化氯在水廠尤其是大中型水廠進行推廣使用的前景來看，此工藝則具有非常大的應用優勢。
  首先，從反應式2可以看出，用lv氣取代鹽酸，提高了亞氯酸鈉的有效轉化率，降低了運行成本。并且，避免了濃鹽酸在儲存、輸送及投加過程中對操作環境的影響。更容易實現設備運行的自動化程度。
 其次，本工藝可以根據實際需要單獨投加lv氣，或單獨產生二氧化氯。能zui大限度的適應水廠水源水質的變化要求。對一些水廠，尤其是以地表水為水源的水廠，通常水質隨季節的變化而變化，當處于豐水期時水質較好，這時采用lv氣消毒即可達到處理要求，而在枯水期或由于其他原因造成的水質變差時，再使用二氧化氯進行消毒，可取得*的經濟和環境效益。
 第三，隨著我國標準和規范的健全，二氧化氯在我國大型水廠的應用必將得到推廣。但對已建有lv氣消毒的水廠來說，就存在著是設備改造還是設備更新的問題。本工藝可以在原有的設備基礎上，增加一些簡單的設施就可達到以上二氧化氯和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氯產物的pH值接近中性。可以較長時間保存，而不發生歧化反應，可以通過中間儲存箱實現一臺設備，多個投加點的復雜情況。如圖所示。
  從以上對二氧化氯發生器的分析比較中可以看出，我國現在在二氧化氯的應用上還存在著很多問題。對二氧化氯發生裝置的認識和評價還不完善，對作為評價基礎的指標體系還未建成。

2 二氧化氯在水廠應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確與否。而二氧化氯則是通過兩種藥劑的現場反應來制取，要想準確投加，必須對兩種藥劑進行計量、準確配比才能實現。否則，會因為配比不當而引起二氧化氯產率降低，副產物比率增加。降低消毒效果。嚴重時，會出現單藥劑投加而*失去消毒效果并污染水質。
  從國外的應用來看，二氧化氯發生器的運行都采用自動化控制。通常可分為工藝自動化控制和設備運行自動化控制。這兩者通過一個控制系統來完成。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）對投藥量進行控制，以求達到zui適的投加量。而設備運行自動化是指關于設備本身正常運行的自動化控制，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。
  我國目前二氧化氯發生器在水廠中應用的自動化程度還較低，一些中小型水廠的二氧化氯發生器的運行還*采用手動標定兩種藥液滴數來計量，*無法控制二氧化氯的產量和投加量。二氧化氯發生器是集物料計量、現場反應，定量投加于一體的消毒設備。設備的自動化程度直接關系到二氧化氯在產物中的產率，以及消毒水中副產物的殘留濃度。因此，筆者認為，在我國水廠推廣二氧化氯應用時，應改變以往片面重視設備投資的觀點，應重視設備本身自動化的程度，結合具體水源的特點選用合理的控制方式，才能取得*的處理效果和經濟效益。

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和投加量。二氧化氯作為強氧化劑和消毒劑，其性能要高于lv氣。因此，二氧化氯可以作為水廠的單一消毒劑。但當考慮到不同消毒劑的特性及經濟因素時，二氧化氯和其他消毒劑的聯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，投加點應在過濾之后，并應在進入清水池前保證與原水的充分混合。投加量一般應控制在2ppm之內。對一些污染嚴重的水源，單獨采用二氧化氯消毒，會使投加量上升至3-5ppm，如在寧夏某水廠的應用實踐表明，單獨使用二氧化氯消毒時，要滿足出水衛生指標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，采用兩種消毒劑聯合投加會取得*的處理效果。

 作者認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點。一是二氧化氯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，從而達到助凝作用。使沉淀、過濾的處理效率得到提高。預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lv氣作為消毒劑，用來控制水中的細菌學指標。lv氣的投加量可以降低，不僅zui大程度減少了水中三lv甲烷的形成量，也可保證水中余氯持續的殺菌活力，操作檢測簡單，運行費用低。