摘　要:　本文介紹了在生產(chǎn)實(shí)踐中不連續(xù)運(yùn)行的深井泵站采用液氯消毒所存在的問題,從理論和生產(chǎn)實(shí)踐中,論證了采用二氧化氯發(fā)生器替代液氯消毒的合理性,并從安全性和經(jīng)濟(jì)性上進(jìn)一步得出結(jié)論:采用二氧化氯發(fā)生器消毒更適合非連續(xù)水廠的生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞:　非連續(xù)；水廠；液氯消毒；二氧化氯消毒；二氧化氯發(fā)生器

0　引言

平煤集團(tuán)供水總廠三分廠南站位于葉縣遵化鎮(zhèn)張寨村附近,由分布在2.5km2范圍的8眼深井泵站、清水池和一個(gè)集中二次加壓泵房組成。水經(jīng)深井泵抽上后輸送到南站院內(nèi)的清水池,加二氧化氯消毒后由二次加壓泵房加壓輸送到平煤8礦、12礦等用戶供其生產(chǎn)、生活使用。目前分段供水,白天開泵,晚上停泵。工藝流程如圖1所示:

20世紀(jì)初,由于飲水問題,霍亂、傷寒等流行病普遍發(fā)生,給人們造成嚴(yán)重危害,為此1908年美國新澤西州首次采用飲水加氯消毒的處理方法,使傳染病率顯著下降,此后,飲水加氯消毒法被迅速推廣,并作為飲水安全的忠言手段而沿用至今。液氯消毒法至今有90多年的歷史。1974年Book和Bell等首次報(bào)道從含氯消毒劑消毒過的飲用水中檢出能誘導(dǎo)哺乳動物產(chǎn)生腫瘤的含氯消毒劑副產(chǎn)物三氯甲烷類(THMS)化合物[1],其中氯仿出現(xiàn)的頻率最高,含量也最高。從此人們開始研究替代氯的消毒劑。對飲用水常用的消毒劑如氯氣(Cl2)、二氧化氯(ClO2)、臭氧(O3)、氯胺(NH2Cl)等進(jìn)行綜合比較,ClO2是最佳替代用品[2]。有不少國家的水廠采用其消毒,如美國有103個(gè)水廠、加拿大有10個(gè)水廠、歐洲有數(shù)千個(gè)水廠使用[3]。近幾年我國也有少數(shù)水廠使用,平煤集團(tuán)供水總廠三分廠南站于2005年下半年已經(jīng)由原來的液氯消毒改為ClO2消毒。

1　使用液氯消毒存在的問題

1.1　加氯機(jī)故障及原因

1.1.1　加氯機(jī)故障

在自來水供水系統(tǒng)中,無論水源是地表水還是地下水,消毒被確認(rèn)為是最基本和最重要的處理環(huán)節(jié),是保證人民生活用水安全的基本措施。在現(xiàn)行供水消毒處理工藝中氯氣仍是常用的殺菌消毒劑,供水總廠三分廠消毒劑也一直采用液氯,經(jīng)加氯機(jī)水射器抽吸后,投加進(jìn)入清水池。原先采用國產(chǎn)ZJ型轉(zhuǎn)子加氯機(jī),因維修麻煩,安全系數(shù)不高,已被淘汰,后又使用美國瑞高加氯機(jī)。最初兩年,使用很正常,基本上免維修,但隨后幾年,陸續(xù)出現(xiàn)故障如加氯機(jī)進(jìn)水、排空管處微量泄氯等,給安全生產(chǎn)帶來隱患。由于代理商遠(yuǎn)在北京,不能及時(shí)趕到,給安全生產(chǎn)帶來不便；另一方面,進(jìn)口加氯機(jī)配件昂貴,更換費(fèi)用較高。

1.1.2　故障原因分析

平煤集團(tuán)供水總廠三分廠南站由于供水方式為早開晚停,非連續(xù)運(yùn)行,加氯機(jī)頻繁開關(guān),加劇了內(nèi)部密封圈磨損,減少了加氯機(jī)使用壽命。同期安裝的其他分廠所用加氯機(jī)均是24h連續(xù)工作,使用5a來,工作正常,很少維修。加之南站地下水含沙量較大,雖然有濾網(wǎng),少量細(xì)小的沙粒仍能通過濾網(wǎng)進(jìn)入水射器,對水射器單向閥造成磨損,使單向閥關(guān)閉不嚴(yán)。停氯時(shí),加氯管內(nèi)的水通過關(guān)閉不嚴(yán)的單向閥進(jìn)入加氯機(jī)內(nèi),細(xì)砂同時(shí)加劇加氯機(jī)內(nèi)部密封圈磨損,使之關(guān)閉不嚴(yán),這樣造成加氯機(jī)進(jìn)水和微量泄氯。

1.2　存在的隱患

氯瓶為鋼瓶,鋼瓶閥門每天都要開關(guān),頻繁操作,萬一損壞,會造成重大事故。近幾年,國內(nèi)不少地方都發(fā)生了液氯鋼瓶泄露事故,給人民生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。因此,液氯使用在安全上越來越受到重視,也成為水廠最大的危險(xiǎn)源。尤其像三分廠這樣的非連續(xù)運(yùn)行水廠,頻繁開關(guān)加氯系統(tǒng),使用液氯消毒,安全隱患更大。另外,考慮到氯與水體中有機(jī)物會生成三氯甲烷等有害健康的氯代有機(jī)物,用液氯消毒潛在的風(fēng)險(xiǎn)越來越大。

為了消除不安全隱患,提高水質(zhì),保證健康,結(jié)合國內(nèi)消毒發(fā)展的趨勢,從2005年下半年開始,供水總廠開始論證ClO2發(fā)生器替代液氯消毒的可行性。通過到洛陽自來水公司、嵩縣自來水公司、栗水自來水公司、江心州自來水公司、泗縣自來水公司、蘇州盛澤自來水公司參觀調(diào)研,又組織科技人員多次論證,決定采用南京理工大學(xué)在國內(nèi)外率先開發(fā)出的正壓注入式ClO2發(fā)生器,取代目前所用液氯消毒工藝。

2　二氧化氯性能簡介

二氧化氯的化學(xué)分子式為ClO2,相對分子質(zhì)量67.452。ClO2常溫下是一種黃綠色到橙色的氣體,顏色變化取決于其濃度,具有與Cl2相似的刺激性氣味。ClO2易溶于水,其溶解度約為Cl2的5倍。ClO2是聯(lián)合國世界衛(wèi)生組織(WTO)確認(rèn)的一種安全、高效、廣譜強(qiáng)力殺菌劑,其有效氯是Cl2的2.63倍,殺菌能力是Cl2的5倍,是次氯酸鈉的50倍以上,它可以殺滅一切微生物,包括細(xì)菌繁殖體、分支桿菌,尤其對甲肝、乙肝、傷寒、脊髓灰質(zhì)炎及艾滋病毒有良好的殺滅和抑制效果,非常適用于自來水消毒處理。

ClO2與其它消毒劑如氯、氯胺相比,ClO2飲水消毒處理有如下特點(diǎn):

⑴廣譜殺菌劑:ClO2是廣譜殺菌劑,對水處理系統(tǒng)中水池過濾設(shè)備和管道中的藻類、異氧菌、鐵細(xì)菌、硫酸鹽還原菌和浮游生物等均有很好的殺菌效果。

⑵消毒效果顯著:在pH為7的水中,不到0.1mg/L的ClO2在5min內(nèi)殺滅一般細(xì)菌如傷寒桿菌、痢疾桿菌、大腸桿菌等。ClO2對芽胞菌(尤其炭疽芽胞菌)和病毒的殺滅作用均比較理想,要100%殺滅水中的大腸桿菌與金黃色葡萄球菌,用ClO20.1mg/L,作用20min,而用氯則需59mg/L作用同樣的時(shí)間；100%殺滅枯草桿菌和黑色種芽胞桿菌,用ClO20.5mg/L,作用20min,而氯則需296mg/L作用同樣的時(shí)間；當(dāng)維持水中亞氯酸鹽濃度在0.1mg/L以下時(shí),ClO2可以抑制隱孢子蟲。

⑶ClO2可改善飲水氯化副產(chǎn)物致癌作用。

⑷控制供水嗅和味:處理污染較重的水時(shí),ClO2可以分解多種產(chǎn)生異味的污染物如酚類、藻類、腐敗有機(jī)物等使異味消除。

⑸具有脫色和除鐵除錳的作用。

⑹具有除毒作用:ClO2能分解破壞水中藻毒素和肉毒桿菌毒素,其效果比氯和氯胺都好。對水中砷有顯著的去除作用,實(shí)驗(yàn)表明砷為40～70mg/L時(shí)經(jīng)ClO2處理后可降為4～5mg/L。

3　ClO2發(fā)生器原理及特點(diǎn)

3.1　原理

ClO2一般是由發(fā)生器現(xiàn)場反應(yīng)而成,由原料氯酸鈉(純度99%)和鹽酸(濃度為31%)在發(fā)生器中反應(yīng)產(chǎn)生,化學(xué)反應(yīng)式為:

2NaClO3+4HCl=2ClO2+2NaCl+2H2O+Cl2

3.2　組成

化學(xué)法ClO2發(fā)生器主要有原料槽、反應(yīng)器、原料輸送泵、投加裝置等組成。

3.3　ClO2發(fā)生器特點(diǎn)

⑴整個(gè)發(fā)生器為密閉式操作系統(tǒng),在操作過程中沒有ClO2氣體泄漏,所以室內(nèi)使用沒有味道。

⑵發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,可與供水水泵實(shí)行聯(lián)動,可由流量傳感器控制藥劑投加劑量,實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確投加消毒劑。

4　三分廠使用ClO2消毒簡介

采用兩臺CPF-1000EG型ClO2發(fā)生器。發(fā)生量為1000g/h,一用一備。兩臺設(shè)備由一套流量在線控制系統(tǒng)控制,控制系統(tǒng)可實(shí)行計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控。深井泵后管壓最大為0.6MPa,由于CPF-1000EG型ClO2發(fā)生器為正壓式發(fā)生器,消毒液的壓力較大,故設(shè)備產(chǎn)生的ClO2消毒劑通過聚四氟軟管投加到水管中。

設(shè)備采用流量在線控制,使用瑞士LG流量傳感器,加藥點(diǎn)設(shè)在深井泵匯總管?？刂乒袷褂梦鏖T子PLC為中心控制器,現(xiàn)場觸摸屏控制面板操作,遠(yuǎn)程用計(jì)算機(jī)監(jiān)控?？刂乒癜卜旁谥蛋嗍?設(shè)備、溶鹽槽、貯鹽槽、氯酸鈉原料安放在設(shè)備間,兩鹽酸貯槽單獨(dú)安放在原料間。液晶控制面板和上位計(jì)算機(jī)控制界面上可適時(shí)顯示出消毒劑流量、設(shè)備的工作狀況、原料貯槽是否缺料等設(shè)備工作情況。設(shè)備與四臺深井泵聯(lián)動,原料貯槽缺料時(shí),控制柜發(fā)出聲光報(bào)警信號,并自動停止設(shè)備工作。流量傳感器將深井泵匯總管水流信號送至控制柜,自動控制設(shè)備按流量大小控制發(fā)生器工作。在線控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),設(shè)備自動由流量在線控制轉(zhuǎn)為手動控制,以保證水廠的正常運(yùn)行。

5　三分廠使用ClO2消毒的效果

從2006年2月份開始安裝調(diào)試至今,運(yùn)行正常,出廠水余氯保持在0.2mg/L以上。2006年7月份的檢測結(jié)果見表1。

建設(shè)部所頒CJ/T206—2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:使用ClO2消毒時(shí)測定,與水接觸30min后出廠水游離氯≥0.1mg/L；管網(wǎng)末梢水總氯≥0.05mg/L,或ClO2含量≥0.02mg/L。

由表1可知,ClO2消毒時(shí)只要接觸時(shí)間達(dá)3min,出廠水游離余氯均可達(dá)0.1mg/L,末梢水余氯量就能達(dá)標(biāo),抵抗二次污染的能力較強(qiáng),同時(shí)其它各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

另外,CPF-1000EG正壓式ClO2發(fā)生器操作安全可靠、方便,能根據(jù)流量變化自動調(diào)節(jié)ClO2投加量,基本上不用人工干預(yù),停電,自動停止。同時(shí)該系統(tǒng)為全密閉操作系統(tǒng),不論運(yùn)行操作還是處于停機(jī)狀態(tài),都沒有ClO2氣體外泄,尤其比較適合像三分廠這樣的不連續(xù)供水的水廠。

由于采用優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和進(jìn)料配比使原料轉(zhuǎn)化率和二氧化氯生成率都很高,使得每產(chǎn)生1gClO2的相對原料成本很低。同時(shí),設(shè)備耗電量很低(無須加熱),所以設(shè)備整體運(yùn)行成本較低。根據(jù)近幾個(gè)月原料消耗統(tǒng)計(jì):1萬t水消耗二氧化氯6kg左右,鹽酸在30kg左右。按目前市場價(jià),消毒成本約為0.005元/t水,比以前使用液氯消毒(0.004元/t水左右)價(jià)格稍高一點(diǎn)。

6　結(jié)論

根據(jù)三分廠的實(shí)際運(yùn)行情況,出水水質(zhì)一直穩(wěn)定達(dá)標(biāo),運(yùn)行可靠,ClO2發(fā)生器基本無故障,減少了維修工作量,消除了漏氯危險(xiǎn)源。采用ClO2消毒,能有效控制水中致突變物的生成,與使用Cl2相比,成本相差不大,但自來水的水質(zhì)提高許多,有利于人類的健康。

參考文獻(xiàn)
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