二氧化氯發(fā)生器在水處理領域的應用
來源：德國普羅名特流體控制（中國）有限公司 閱讀：2560 更新時間：2007-11-30 15:07
一、二氧化氯作為氯消毒的替代物
在過去的50年里,氯氣作為一種消毒劑廣泛地應用在飲用水及食品工業(yè)水處理中, 現(xiàn)在仍然是一種最普遍的消毒劑。但20年的研究成果表明,用氯處理含有機物的水，特別是含腐殖酸的水，能生成鹵代烴(三鹵甲烷、氯代烴等)，而這種物質對人體組織具有破壞性并有致癌作用。在1985年,聯(lián)邦德國健康署將三鹵甲烷和氯代烴的限值定為25ug/L，在1991年又將此限值定為10ug/L，歐盟明確規(guī)定其有機物的含量為1ug/L。不僅在飲用水處理中對其有特別規(guī)定，在污水處理中也有具體規(guī)定。在1989年，廢水中的AOX值有具體的限量，在1994年，這個值又被降為1mg/L。如果超標，則此廢水處理過程需增設其他的設備以將此值降低到符合標準為止。為此種種原因，當時人們投入巨資研究如何改善消毒的特性，于是人們的注意力集中到二氧化氯上。在飲用水及食品工業(yè)中，二氧化氯取代了氯，除了上述的原因之外，還有其獨特的優(yōu)勢。
1.氯酚的產(chǎn)生
酚在地表水中的極限濃度為1ppm，但用氯氣消毒時，其濃度達到1ppb時(低1000倍)，人們就能注意到氯酚了, 氯酚發(fā)出一種類似于藥和碘仿的味道。而使用二氧化氯消毒時，則不會產(chǎn)生氯酚。鑒于此原因,美國Niagara Fall供水廠早在1944年首先成功地應用了二氧化氯發(fā)生器,在1958年150個給水廠使用二氧化氯發(fā)生器，在德國最早的使用記錄為1959年。氯氣的用量受NH3、NH4+的影響，在氯化的過程中，因水中存在氨、銨基物及有機氮，依pH值的大小，與氯反應分別生成氯化銨、二氯化銨、三氯化氮，盡管氯化銨也有消毒作用，但其功效比次氯酸低10-15倍。除此之外，余氯的含量很難處理到規(guī)定的濃度以下，如果化合氯的濃度過高，還會產(chǎn)生三鹵甲烷。
2.氯的消毒效果取決于pH值的大小,而二氧化氯的消毒效果幾乎不受pH值的影響。
讓我們首先關注一個平衡: Cl2- HOCl- OCl-。 Cl2消毒過程中 ,Cl2存在于水溶液的三種形式: Cl2 , HOCl , OCl-。 HOCl在較寬的pH值范圍內(nèi)存在,而且其消毒效果等同于 Cl2 , 而OCl- 比氯氣消毒效果差10-100倍。 當pH=8時,只有18%的氯氣存在, 其余的被低效的OCl- 所替代。 當pH=9時，只有3.3%的Cl2存在。 應用這個原理可以解釋當pH值較高時, 用氯氣消毒的低效性。
另一方面, 二氧化氯顯示出高的殺菌作用, 其殺菌作用隨pH值增大而增大。當pH值增大時，氧化還原電位直接與殺傷率有關, 當使用氯氣時, 其電位下降很快, 而二氧化氯則恒定在一個很高的氧化還原電位上。
二、二氧化氯發(fā)生器的設計、功能及安全狀況
1.二氧化氯的發(fā)生原理
二氧化氯是不穩(wěn)定的氣體, 不能被濃縮和儲藏。因此在使用的地方需現(xiàn)場制備，直接輸送到待處理的水中。其中一種反應方程式如下：5NaClO2 + 4HCl ------ 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O
2.二氧化氯發(fā)生器的設計及工作原理
在普羅名特Bello Zon系統(tǒng)中，二氧化氯是由9％的稀鹽酸和7.5%的亞氯酸鈉稀釋溶液的反應來制造, 或者由濃度為30%的鹽酸和24.5%的亞氯酸鈉制造2%(20g/L)的二氧化氯水溶液。
內(nèi)部控制工作方式：
由于系統(tǒng)中采用了經(jīng)過60多萬次考驗的普羅名特電子控制、電磁驅動隔膜式精密計量泵，這種計量泵在自由運行狀態(tài)下,泵的計量既可以通過調(diào)節(jié)計量泵的沖程長度,也可以通過調(diào)節(jié)計量泵的沖程頻率來達到要求的輸出量。這樣就可以將兩種用于反應的化學藥液按需要量精確地注入反應器,在反應器中兩種化學物質發(fā)生化學反應產(chǎn)生一定濃度的二氧化氯溶液,由于泵的壓力, 生產(chǎn)的二氧化氯溶液在混合器中與旁路中的水進一步混合，稀釋到安全濃度的二氧化氯水溶液被注入待處理的水流中。
外部控制工作方式：
通過接觸式水表、變頻數(shù)字調(diào)節(jié)器或模擬信號等外部信號控制二氧化氯發(fā)生器的運行情況。計量泵可以接受外部控制脈沖或模擬信號, 根據(jù)外控信號的大小對沖程頻率進行比例調(diào)節(jié)。通過這種控制便將兩種用于反應的化學藥液按需要量精確地注入到反應器,在反應器中兩種化學物質發(fā)生化學反應,達到調(diào)節(jié)二氧化氯投藥量的目的。生成的二氧化氯溶液再進入混合器，與旁路中的水進一步混合之后注入到待處理的水中。
此外, 普羅名特Bello Zon二氧化氯與普羅名特測量控制技術的結合,充分地實現(xiàn)了測量－控制－計量的閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而控制二氧化氯水溶液的定量投加。普羅名特DULCOTEST二氧化氯傳感器的測量范圍：0-20mg/L。普羅名特DULCOMETER測控儀表的輸出信號直接用于控制泵的沖程頻率, 從而確定二氧化氯的發(fā)生量。
3.安全性
普羅名特BelloZon系統(tǒng)是一個絕對安全可靠的閉環(huán)系統(tǒng),化學藥劑的反應過程完全在一個全封閉的反應器中進行, 而加藥過程又完全在封閉的管路中完成, 從而使得該系統(tǒng)無一處有可能泄漏的地方。同時, 該系統(tǒng)又是一個自控程度極高的控制系統(tǒng), 可對管路中的水流量進行監(jiān)測,為防止意外,安裝在設備內(nèi)的排氣裝置定時地進行通風排氣，使箱內(nèi)凝結的殘液經(jīng)過通風管道旁路被安全地排出到系統(tǒng)外。安裝在壓力路中的藥量監(jiān)視器能準確無誤地監(jiān)測故障，并關閉整個設備，自動發(fā)出報警信號。
計量泵的吸液總成內(nèi)帶有液位開關, 當液位降低到30cm時, 二氧化氯發(fā)生器報警, 催促工人添加藥劑, 當繼續(xù)下降至0cm時, 系統(tǒng)自動停機。由于安全的原因，在開始使用及再次使用之前，須由專人對二氧化氯發(fā)生器進行檢查。
三、二氧化氯在飲用水和食品工業(yè)水處理中的應用
前面我們講述了氯消毒過程中會產(chǎn)生一系列的副產(chǎn)物，如三鹵甲烷、氯代烴和氯酚等。因而我們更傾向使用二氧化氯發(fā)生器，即使同是二氧化氯發(fā)生器，因反應原料的不同而各不相同。亞氯酸鈉與鹽酸反應生成二氧化氯，因在該過程中不產(chǎn)生任何副產(chǎn)物，這種方法的發(fā)生器被認為是純二氧化氯發(fā)生器，不含其他副產(chǎn)物的二氧化氯才是飲用水、啤酒飲料等工業(yè)水處理中所需的消毒劑。
二氧化氯的投加濃度一般為0.2-0.4ppm,飲用水中二氧化氯的限量0.4ppm，出廠水中的二氧化氯濃度不低于0.2ppm。
為達到較好的消毒效果，有效的混合及充足的反應時間是很有必要的。一般來說，需要將二氧化氯與待處理水或工藝介質保持15分鐘的停留時間，以使二氧化氯充分地與待處理的水充分反應。
