二氧化氯發(fā)生器在二次供水消毒系統(tǒng)中的應用
［摘要］ 純度和使用成本限制了二氧化氯的應用，在 DTJ-HP 法高效、高純穩(wěn)定二氧化氯溶液生產技術基礎上研制的高純二氧化氯二次供水消毒系統(tǒng)很好地解決了這個問題，該裝置以氯酸鈉，雙氧水，硫酸為主要原料，通過 PLC可編程控制系統(tǒng)實現(xiàn)了運行成本低、性能穩(wěn)定、無泄漏、安全可靠。 根據(jù)發(fā)生器的額定消耗量計，投加質量濃度為0.1～0.3 mg/L 條件下，水質達標，每噸水消毒成本僅為 0.003～0.005 元。
［關鍵詞］ 氯酸鈉；二氧化氯；二次供水；消毒
隨著社會經濟的發(fā)展， 一些高層住宅小區(qū)及高層商用寫字樓在城市大量出現(xiàn)， 由于城市供水管網(wǎng)的壓力所限，對這些高層建筑無法直接供水，通常需進行再次加壓，即所謂的“二次供水”。 對某城市二次供水水箱的抽樣調查表明， 細菌指標的合格率僅為 84%，部分細菌指標嚴重超過國家標準，這對飲用者的身體健康構成極大危害。我國衛(wèi)生防疫部門已作出規(guī)定， 二次供水系統(tǒng)必須進行消毒處理。二氧化氯是國際公認的新一代廣譜殺菌劑〔1〕，也是國家推廣使用的消毒劑之一。 二氧化氯在水中的活性可維持至少 48 h，其有效期比氯氣長，且殺菌效果明顯好于液氯。 配水管網(wǎng)中使用二氧化氯不但能保證抑制細菌再生長，而且可對藻類進行殺滅（即使是存活的藻類，也會失去繁殖能力），還可以有效地控制藻類以及腐爛蔬菜產生的異味〔2〕。
DTJ-HP 法是近幾年開發(fā)的專利成果， 它是以過氧化氫作還原法（SVP-HP）為基礎的高效、高純二氧化氯發(fā)生工藝。 以 DTJ-HP 工藝為基點〔3〕，通過一系列工藝創(chuàng)新而研制的高效、高純、全自動二氧化氯二次供水消毒系統(tǒng)，由石家莊市供水總公司安裝工程處在雄縣建材市場變頻二次供水系統(tǒng)施工現(xiàn)場安裝并運行，通過近半年的細菌學分析，水處理消毒殺菌合格率達到 100％。 由于產生的二氧化氯消毒液純度高，在純二氧化氯投加質量濃度維持在 0.1~0.3 mg/L 的條件下， 處理后飲用水的細菌學指標（細菌總數(shù)、總大腸菌群等）就已達到或超過《中華人民共和國國家標準生活飲用水衛(wèi)生標準》的要求，每噸水的消毒成本僅為 0.004 元，與氯氣的消毒成本相當。 而且處理后的水口感好，飲用安全、無污染，達到了預期的運行效果〔4〕。
1 裝置運轉情況
1.1 裝置結構與運行
裝置的系統(tǒng)結構如圖 1 所示。
裝置由原料儲罐、計量泵、多級串聯(lián)填料管式反應器、PLC 可編程控制系統(tǒng)等組成。 反應原料 A 組分、B 組分各自經相應的進口計量泵準確計量后，按體積比 1∶1 投加到硫酸預稀釋器中以及耐酸高硼硅玻璃材質的多級串聯(lián)填料管主反應器中。 利用硫酸稀釋熱提供反應熱源，在多級串聯(lián)填料管主反應器中實現(xiàn)無須外部加熱的正壓反應，產生二氧化氯。 設于工藝管線上的流量探頭計量管線內水的流量，并將流量信號轉變成電信號輸給控制箱， 控制箱內設 PLC 可編程控制器， 可按照預設的投加濃度控制計量泵工作，使投加量可根據(jù)水量的變化自動定比投加，保證投藥量恒定。 另外，為了嚴格保障投加的藥量， 還可安裝余氯檢測儀， 進行復合回路控制，從而實現(xiàn)全自動控制。2007 年 7月由石家莊市供水總公司安裝工程處在雄縣建材市場二次供水系統(tǒng)施工現(xiàn)場進行了安裝、調試運行，經現(xiàn)場運行測試，其裝置的運行參數(shù)如表 1 所示。
測試結果顯示， 二氧化氯發(fā)生器在工作溫度30~50 ℃、工作壓力 0.4 MPa 的工藝參數(shù)下運行，其原料轉化率和二氧化氯純度均達到很理想的運行效果，比預期指標提高了 1%~3%，實現(xiàn)了變頻二次供水系統(tǒng)所要求的正壓運行條件。該裝置能根據(jù)水流量的變化，自動調節(jié)發(fā)生量，可準確保持水中二氧化氯的濃度，防止二氧化氯投加量過大或欠量，使處理過程安全、經濟高效，還具有占地面積小，安裝方便等優(yōu)點，是一種先進、可靠的二次供水消毒裝置。
1.2 反應原料及配比
反應原料配比如表 2 所示。A 組分、B 組分投加的體積比為 1∶1。
1.3 工藝控制參數(shù)及反應原理
反應溫度：30~50 ℃；反應壓力：0.2~0.7 MPa；稀釋水流量：2~5 m3/h。 化學反應式：
2NaClO3+H2SO4+H2O2 → 2ClO2+Na2SO4+2H2O+O2
2 裝置運行效果
在運行現(xiàn)場， 對不同二氧化氯投加濃度下的殺菌效果及消毒后水中系列氧化物的殘留量進行了檢測〔5-7〕，結果如表 3 所示。由表 3 可見，在二次供水系統(tǒng)中，純二氧化氯投加質量濃度維持在 0.1～0.3 mg/L 的條件下， 處理后飲用水的細菌學指標（細菌總數(shù)、總大腸菌群等）就已達到或超過《中華人民共和國生活飲用水衛(wèi)生標準》的要求；純二氧化氯投加量即使達到 0.5 mg/L 的較高濃度，消毒后水中系列氧化物的殘留量總和也僅為 0.15 mg/L，遠低于《美國生活飲用水衛(wèi)生標準》所規(guī)定的 0.8 mg/L 系列氧化物殘留質量濃度。 進一步驗證了高純度二氧化氯殺菌高效、使用安全。
3 結論
（1）運行成本。 以硫酸（質量分數(shù)為 92%～98%）、雙氧水（質量分數(shù) 27.5%～30%）和氯酸鈉為主要原料，硫酸的價格為 800 元/t， 雙氧水的價格 1 500 元/t，氯酸鈉的價格為 4 200 元/t。 根據(jù)發(fā)生器的額定消耗量計，生產 1 g 二氧化氯消耗氯酸鈉 2 g、硫酸 3.65 g，雙氧水 1.6 g，折合人民幣約 0.013 72 元。投加質量濃度為 0.1～0.3 mg/L 的情況下， 水消毒成本約為：0.002～0.005 元/t。 通過現(xiàn)場近 5 個月的運行，每月處理水量平均 5 萬 t，月運行費用平均 300 元左右。
（2）運行效果。以 DTJ-HP 工藝為基點而研制的高效、高純、全自動二氧化氯二次供水消毒系統(tǒng)，經過半年的試運行，極大地提高了勞動生產率，節(jié)約了原材料。 經過反復取樣比較證明：使用 PLC 控制投加后， 二氧化氯可在 pH 為 3~9 的廣泛范圍內有效地殺菌，殺死 98％以上的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌，滅菌時間短，效果佳，是液氯的 2.5 倍；此外，二氧化氯在水中不形成有機鹵代物，還能對水中無機污染物鐵、錳、硫化物等有明顯的去除效果。
［參考文獻］
［1］ 謝承衛(wèi)，高弦. 二氧化氯發(fā)生及應用研究［J］. 貴州大學學報：自然科學版， 2003，20（4）：383－387.
［2］ 杜小旺，程先華，蔣昊翾. 纖維素還原氯酸鈉制備二氧化氯的研究［J］. 重慶師范大學學報：自然科學版，2006，23（3）：67－69.
［3］ 王通國，趙曉舉. 黃鐵礦法制備穩(wěn)定性二氧化氯工藝研究［J］. 四川有色金屬，2005（3）：12－15.
［4］ 俞莉，翟廉翀. 固體穩(wěn)定性二氧化氯制備和應用研究［J］. 河南化工 ，2006，23（8）：23－24.
［5］ 林遠球． 二氧化氯制備工藝的發(fā)展與選型［J］． 紙和造紙，1996（2）：47－48．
［6］ 薛富治，林知中． 我國二氧化氯漂白紙漿現(xiàn)狀［J］． 無機鹽工業(yè)，1995，27（2）：27－29．
［7］ 衛(wèi)生部法制與監(jiān)督司．消毒技術規(guī)范［M］． 北京：中華人民共和國衛(wèi)生部，2002：70-71.
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