【詳細說明】
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,應用探討。
摘要: 對應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、以及運行管理等進行了探討,認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),對在水廠中合理應用二氧化lv器提出了建議,旨在促進二氧化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用歷史,但近年來由于源水水質的惡化,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)生器的應用已逐漸引起人們的關注,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,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用的問題進行探討。
1 二氧化lv制取工藝的探討
二氧化lv性質活潑,不易貯存和運輸,目前國內外飲水使用二氧化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)生器都采用化學反應的原理進行制備,根據采用原料的不同,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lv產生的同時還有約占二氧化lv產量一半的lv氣發(fā)生,實驗結果表明,本工藝中二氧化lv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lv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(wěn)定態(tài)二氧化lv的工業(yè)化大規(guī)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lv,但在水廠應用的小型二氧化lv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lv投加的zui基本的意義,即降低水中*烷的含量。并且由于lv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lv應用的資料中,還未有上述lv酸鈉工藝的報道。
在我國,目前以lv酸鈉工藝為基礎的二氧化lv發(fā)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lv發(fā)生器,從設備選型、產品檢驗、設計規(guī)范到處理水質,都還沒有統(tǒng)一的標準。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,在設備檢驗和出水檢測上仍使用與lv氣相同的指標,如有效lv、余lv等。
2) 由于我國經濟總體水平還處于發(fā)展中的水平,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)生器的應用評價標準,zui終將會以處理水的水質標準為依據。lv酸鈉工藝由于其本身的工藝缺陷,在應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原理有以下兩種:
1) 5NaClO2 + 4HCl = 4ClO2 +5NaCl +2H2O
2) 2NaClO2 + Cl2 = 2ClO2 + 2NaCl
反應式1是一個自氧化還原反應,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酸鈉轉化為二氧化lv為有效轉化來計,其zui高有效轉化率只有80%。但從產物中二氧化lv的實際收率來看,通??梢赃_到95%以上。反應式2中lv氣作為還原劑參與反應,使亞lv酸鈉的有效轉化率理論上可達到100%,在產物中,二氧化lv純度同樣可達到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,設備容易操作及維護,產物中二氧化lv純度高等優(yōu)點。是國外小型二氧化lv發(fā)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lv酸鈉產生二氧化lv的發(fā)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:
據國外資料顯示,國外水廠中以此工藝為基礎的發(fā)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lv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(yōu)勢。
國外二氧化lv廠商多數(shù)也是加lv機的生產商,因此在設備配套和系統(tǒng)集成上比較容易。
而對國內二氧化lv生產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行推廣使用的前景來看,此工藝則具有非常大的應用優(yōu)勢。
首先,從反應式2可以看出,用lv氣取代鹽酸,提高了亞lv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(huán)境的影響。更容易實現(xiàn)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lv。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(jié)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lv進行消毒,可取得*的經濟和環(huán)境效益。
第三,隨著我國標準和規(guī)范的健全,二氧化lv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,可以通過中間儲存箱實現(xiàn)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的應用上還存在著很多問題。對二氧化lv發(fā)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lv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lv則是通過兩種藥劑的現(xiàn)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(xiàn)。否則,會因為配比不當而引起二氧化lv產率降低,副產物比率增加。降低消毒效果。嚴重時,會出現(xiàn)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lv發(fā)生器的運行都采用自動化控制。通??煞譃楣に囎詣踊刂坪驮O備運行自動化控制。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lv發(fā)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lv發(fā)生器的運行還*采用手動標定兩種藥液滴數(shù)來計量,*無法控制二氧化lv的產量和投加量。二氧化lv發(fā)生器是集物料計量、現(xiàn)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lv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lv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的投加點和投加量。二氧化lv作為強氧化劑和消毒劑,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。但當考慮到不同消毒劑的特性及經濟因素時,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lv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lv消毒時,要滿足出水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。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,運行費用低。
4 合理使用二氧化lv發(fā)生器的幾點建議
1) 應建立對二氧化lv發(fā)生器性能的綜合評價標準,規(guī)范二氧化lv發(fā)生器的產品市場。
2) 應制定適合于二氧化lv消毒的水質檢驗指標,降低二氧化lv發(fā)生器在使用中產生的消毒副產物水平。
3) 對大型水廠(尤其以地表水為水源的水廠),應大力推廣以lv氣+亞lv酸鈉工藝為主的二氧化lv制備技術。