用于高壓供水管道二氧化氯發(fā)生器的研制
二氧化氯發(fā)生器以其技術(shù)先進(jìn)、殺菌能力強(qiáng)、使用安全可靠、運(yùn)行成本低的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于生活飲用水、醫(yī)院污水、工業(yè)污水、城市中水回用和工業(yè)循環(huán)水殺菌滅藻處理。目前常用的二氧化氯發(fā)生器有正壓和負(fù)壓兩種,在高壓供水管道中一般使用正壓二氧化氯發(fā)生器。
使用高壓供水管道輸水的用戶大都使用機(jī)械泵(潛水泵、離心泵等)供水,管道的正壓力一般在0.3~0.7 MPa。要將二氧化氯消毒液投進(jìn)管道中,發(fā)生器的二氧化氯消毒液輸出壓力必須大于管道內(nèi)壓力才能實(shí)現(xiàn)。高壓管道供水工程一般是生活飲用水,因此要求鹽酸和氯酸鈉的轉(zhuǎn)化率要高,不產(chǎn)生對人體有害的物質(zhì)。供水管道大都采用鋼管制造,鋼管的耐腐蝕性差,二氧化氯的濃度不能太高,以免減少鋼管的使用壽命。
近幾年,我們根據(jù)我國的實(shí)際應(yīng)用情況研制了一種高壓直供式二氧化氯發(fā)生器。本文簡要介紹高壓直供二氧化氯發(fā)生器的性能和設(shè)計(jì)特點(diǎn),供同行在設(shè)計(jì)和使用時(shí)參考。
1 正壓二氧化氯發(fā)生器工作原理及性能
二氧化氯發(fā)生器由反應(yīng)器、水浴加熱水套、鹽酸計(jì)量泵、氯酸鈉計(jì)量泵、混合器和流量計(jì)組成。配套設(shè)備由管道泵、水壓調(diào)節(jié)閥門、二氧化氯余氯控制器和余氯傳感器等組成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
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該發(fā)生器是高壓管道供水消毒的專用設(shè)備,供水管道壓力在0.7 MPa下均可使用。它具有二氧化氯轉(zhuǎn)化率高、設(shè)備運(yùn)行成本低、操作簡便、控制水平高的特點(diǎn)。其主要技術(shù)性能參數(shù):計(jì)量泵最大工作壓力0.98 MPa;計(jì)量泵電功率24 W;計(jì)量泵最大流量38 mL/min;計(jì)量泵工作頻率0~360 spm;二氧化氯產(chǎn)量500~1 000 mL/h;二氧化氯轉(zhuǎn)化率80%;管道泵揚(yáng)程45 m;反應(yīng)溫度約為70℃。
該發(fā)生器選用鹽酸和氯酸鈉為原料,由計(jì)量泵分別按比例泵入混合器后進(jìn)入反應(yīng)器反應(yīng),反應(yīng)后的二氧化氯液體經(jīng)誘導(dǎo)器進(jìn)入供水管道。二氧化氯量的確定由余氯測控儀控制,在發(fā)生器50 m以外取水樣經(jīng)余氯傳感器,傳感器輸出0~20 mA模擬量電流信號進(jìn)入余氯測控儀進(jìn)行比較處理,然后輸出可變的脈沖信號控制計(jì)量泵,計(jì)量泵控制器根據(jù)脈沖信號的變化隨時(shí)改變泵頭的工作頻率,即改變計(jì)量泵的流量,使供水管道的余氯始終保持一定值。
2 發(fā)生器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
參與反應(yīng)的原材料鹽酸和氯酸鈉的物質(zhì)的量比為1∶1,固體氯酸鈉在水中溶解比例一般確定為1∶2,即氯酸鈉為1。鹽酸和被溶解的氯酸鈉按比例由兩臺計(jì)量泵泵入T型混合器,在T型混合器中鹽酸和氯酸鈉接觸。完全接觸后的混合液進(jìn)入反應(yīng)器停留反應(yīng)。一般說來,鹽酸和氯酸鈉經(jīng)混合器進(jìn)入反應(yīng)器后,是否反應(yīng)充分基于三個(gè)條件,即溫度、時(shí)間和壓力。在溫度一定的條件下,混合液在反應(yīng)器中的停留時(shí)間與二氧化氯產(chǎn)量、轉(zhuǎn)化率成正比。
在鹽酸、氯酸鈉的化學(xué)反應(yīng)過程中,要獲得較完全的反應(yīng)效果,除接觸和停留時(shí)間因素外,還有一個(gè)不可忽視的因素就是反應(yīng)溫度。在常溫下(10~25℃),兩種原料接觸40 min以后,其轉(zhuǎn)化率為30%。在65~72℃時(shí),40 min后轉(zhuǎn)化率為65%~80%。
經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)證明,鹽酸和氯酸鈉的反應(yīng)溫度必須達(dá)到70℃時(shí),才能獲得高產(chǎn)率和高質(zhì)量的二氧化氯消毒液。為實(shí)現(xiàn)較高的反應(yīng)溫度,反應(yīng)室采用鈦材制造,既提高了傳熱效率又提高了反應(yīng)器的耐腐蝕性。反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置一電加熱管,用于加熱傳熱介質(zhì)水的溫度。介質(zhì)水可降低反應(yīng)器的溫度梯度,以保證二氧化氯平穩(wěn)產(chǎn)生、投放均勻、提高消毒效果。電加熱管的功率由溫度控制器控制,溫度控制器同時(shí)控制水液位,以防止過熱和干燒。
還要強(qiáng)調(diào)的是反應(yīng)壓力的設(shè)計(jì),經(jīng)大量的試驗(yàn)說明反應(yīng)環(huán)境的壓力不能過高,壓力高時(shí)會抑制反應(yīng)速度,出現(xiàn)逆反應(yīng),使二氧化氯的產(chǎn)率下降。因此必須使鹽酸和氯酸鈉反應(yīng)過程處于常壓或負(fù)壓狀態(tài),才能保證常規(guī)反應(yīng)。為了使反應(yīng)器內(nèi)處于常壓狀態(tài),用戶供水管道內(nèi)壓力和發(fā)生器工作動力水壓力的設(shè)計(jì)是非常重要的。發(fā)生器工作動力水壓力必須大于用戶供水管道的內(nèi)壓力才能將消毒液溶于水中,并保證供水管道的水不回流。因此工作動力水氧化氯消毒液進(jìn)入用戶供水管道。為此目的,在出口處設(shè)置一誘導(dǎo)器。
高壓管道泵并接到供水管道上,供水管道的水壓經(jīng)管道泵增壓,使誘導(dǎo)器出口壓力大于供水管道壓力,通過變徑設(shè)計(jì)使誘導(dǎo)器的輸入口壓力低于0。只有低于零壓力才能使反應(yīng)器在常態(tài)下工作,提高反應(yīng)速度。管道泵出口與設(shè)置在設(shè)備上的流量計(jì)連接,以觀察動力水的流量,調(diào)節(jié)閥是為了調(diào)節(jié)發(fā)生器誘導(dǎo)器產(chǎn)生零壓力的必備措施。
在生活飲用水的消毒處理中,根據(jù)國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),對處理水中的余氯值要求在0.2~0.7 mg/L。要達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn),唯一的辦法是控制計(jì)量泵的輸出流量,計(jì)量泵的泵入量在泵頭行程一定的前提下,控制泵頭的頻率是相對準(zhǔn)確的。根據(jù)采集的水樣,隨機(jī)監(jiān)測水中的當(dāng)前值,需要一余氯控制系統(tǒng)。余氯測控儀選用德國ProMinent公司的產(chǎn)品,該儀器的余氯測試范圍0~2 mg/L,輸出脈沖信號可調(diào)范圍0~360 spm,并設(shè)有PID調(diào)節(jié)功能。使用時(shí)可在供水管道50 m外取水樣,余氯信號經(jīng)余氯控制儀計(jì)算后控制計(jì)量泵的頻率,以控制發(fā)生器的產(chǎn)率。
由于反應(yīng)器反應(yīng)液濃度太高,加之反應(yīng)溫度高,使用PVC塑料制作的反應(yīng)器會很快氧化,所以,反應(yīng)器除需用鈦材制造外還要保證焊接質(zhì)量。
3 結(jié)論
如上所述,在高壓供水管道中選擇二氧化氯發(fā)生器必須選擇轉(zhuǎn)化率高、使用安全可靠、安裝調(diào)試方便、余氯測控技術(shù)先進(jìn)的正壓二氧化氯發(fā)生器,要求該發(fā)生器二氧化氯混合液的輸出壓力必須大于供水管道壓力;發(fā)生器的二氧化氯轉(zhuǎn)化率必須大于65%;投加到管道中的二氧化氯濃度不能太高,以免加快管道的腐蝕速度;控制余氯值在規(guī)定的范圍之內(nèi),提高生活飲用水的消毒質(zhì)量。
在高壓供水管道中使用二氧化氯消毒技術(shù),還存在許多影響因素,有待于不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)予以解決,并不斷研究和提高二氧化氯發(fā)生器的使用性能,使二氧化氯消毒技術(shù)在各種水處理領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。
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