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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(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)生器都采用化學反應的原理進行制備，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(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(chǎn)率的提高，使反應產(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(jīng)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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(jù)。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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(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。
  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(chǎn)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(jù)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(chǎn)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(chǎn)商，因此在設備配套和系統(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(jù)實際需要單獨投加lv氣，或單獨產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)物的pH值接近中性?？梢暂^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(chǎn)率降低，副產(chǎn)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(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，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(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(jīng)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(jīng)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(nèi)。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(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(chǎn)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(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），應大力推廣以lv氣+亞lv酸鈉工藝為主的二氧化lv制備技術。