二氧化氯發(fā)生器在二次供水消毒系統(tǒng)中的應(yīng)用
［摘要］ 純度和使用成本限制了二氧化氯的應(yīng)用，在 DTJ-HP 法高效、高純穩(wěn)定二氧化氯溶液生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)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(gè)問(wèn)題，該裝置以氯酸鈉，雙氧水，硫酸為主要原料，通過(guò) PLC可編程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行成本低、性能穩(wěn)定、無(wú)泄漏、安全可靠。 根據(jù)發(fā)生器的額定消耗量計(jì)，投加質(zhì)量濃度為0.1～0.3 mg/L 條件下，水質(zhì)達(dá)標(biāo)，每噸水消毒成本僅為 0.003～0.005 元。
［關(guān)鍵詞］ 氯酸鈉；二氧化氯；二次供水；消毒
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 一些高層住宅小區(qū)及高層商用寫(xiě)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(duì)這些高層建筑無(wú)法直接供水，通常需進(jìn)行再次加壓，即所謂的“二次供水”。 對(duì)某城市二次供水水箱的抽樣調(diào)查表明， 細(xì)菌指標(biāo)的合格率僅為 84%，部分細(xì)菌指標(biāo)嚴(yán)重超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)飲用者的身體健康構(gòu)成極大危害。我國(guó)衛(wèi)生防疫部門已作出規(guī)定， 二次供水系統(tǒng)必須進(jìn)行消毒處理。二氧化氯是國(guó)際公認(rèn)的新一代廣譜殺菌劑〔1〕，也是國(guó)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(zhǎng)，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(xì)菌再生長(zhǎng)，而且可對(duì)藻類進(jìn)行殺滅（即使是存活的藻類，也會(huì)失去繁殖能力），還可以有效地控制藻類以及腐爛蔬菜產(chǎn)生的異味〔2〕。
DTJ-HP 法是近幾年開(kāi)發(fā)的專利成果， 它是以過(guò)氧化氫作還原法（SVP-HP）為基礎(chǔ)的高效、高純二氧化氯發(fā)生工藝。 以 DTJ-HP 工藝為基點(diǎn)〔3〕，通過(guò)一系列工藝創(chuàng)新而研制的高效、高純、全自動(dòng)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(chǎng)變頻二次供水系統(tǒng)施工現(xiàn)場(chǎng)安裝并運(yùn)行，通過(guò)近半年的細(xì)菌學(xué)分析，水處理消毒殺菌合格率達(dá)到 100％。 由于產(chǎn)生的二氧化氯消毒液純度高，在純二氧化氯投加質(zhì)量濃度維持在 0.1~0.3 mg/L 的條件下， 處理后飲用水的細(xì)菌學(xué)指標(biāo)（細(xì)菌總數(shù)、總大腸菌群等）就已達(dá)到或超過(guò)《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》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(dāng)。 而且處理后的水口感好，飲用安全、無(wú)污染，達(dá)到了預(yù)期的運(yùn)行效果〔4〕。
1 裝置運(yùn)轉(zhuǎn)情況
1.1 裝置結(jié)構(gòu)與運(yùn)行
裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。
裝置由原料儲(chǔ)罐、計(jì)量泵、多級(jí)串聯(lián)填料管式反應(yīng)器、PLC 可編程控制系統(tǒng)等組成。 反應(yīng)原料 A 組分、B 組分各自經(jīng)相應(yīng)的進(jìn)口計(jì)量泵準(zhǔn)確計(jì)量后，按體積比 1∶1 投加到硫酸預(yù)稀釋器中以及耐酸高硼硅玻璃材質(zhì)的多級(jí)串聯(lián)填料管主反應(yīng)器中。 利用硫酸稀釋熱提供反應(yīng)熱源，在多級(jí)串聯(lián)填料管主反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)無(wú)須外部加熱的正壓反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化氯。 設(shè)于工藝管線上的流量探頭計(jì)量管線內(nèi)水的流量，并將流量信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸給控制箱， 控制箱內(nèi)設(shè) PLC 可編程控制器， 可按照預(yù)設(shè)的投加濃度控制計(jì)量泵工作，使投加量可根據(jù)水量的變化自動(dòng)定比投加，保證投藥量恒定。 另外，為了嚴(yán)格保障投加的藥量， 還可安裝余氯檢測(cè)儀， 進(jìn)行復(fù)合回路控制，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)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(chǎng)二次供水系統(tǒng)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了安裝、調(diào)試運(yùn)行，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行測(cè)試，其裝置的運(yùn)行參數(shù)如表 1 所示。
測(cè)試結(jié)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(yùn)行，其原料轉(zhuǎn)化率和二氧化氯純度均達(dá)到很理想的運(yùn)行效果，比預(yù)期指標(biāo)提高了 1%~3%，實(shí)現(xiàn)了變頻二次供水系統(tǒng)所要求的正壓運(yùn)行條件。該裝置能根據(jù)水流量的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)生量，可準(zhǔn)確保持水中二氧化氯的濃度，防止二氧化氯投加量過(guò)大或欠量，使處理過(guò)程安全、經(jīng)濟(jì)高效，還具有占地面積小，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種先進(jìn)、可靠的二次供水消毒裝置。
1.2 反應(yīng)原料及配比
反應(yīng)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(yīng)原理
反應(yīng)溫度：30~50 ℃；反應(yīng)壓力：0.2~0.7 MPa；稀釋水流量：2~5 m3/h。 化學(xué)反應(yīng)式：
2NaClO3+H2SO4+H2O2 → 2ClO2+Na2SO4+2H2O+O2
2 裝置運(yùn)行效果
在運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)， 對(duì)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(jìn)行了檢測(cè)〔5-7〕，結(jié)果如表 3 所示。由表 3 可見(jiàn)，在二次供水系統(tǒng)中，純二氧化氯投加質(zhì)量濃度維持在 0.1～0.3 mg/L 的條件下， 處理后飲用水的細(xì)菌學(xué)指標(biāo)（細(xì)菌總數(shù)、總大腸菌群等）就已達(dá)到或超過(guò)《中華人民共和國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求；純二氧化氯投加量即使達(dá)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(yuǎn)低于《美國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的 0.8 mg/L 系列氧化物殘留質(zhì)量濃度。 進(jìn)一步驗(yàn)證了高純度二氧化氯殺菌高效、使用安全。
3 結(jié)論
（1）運(yùn)行成本。 以硫酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 92%～98%）、雙氧水（質(zhì)量分?jǐn)?shù) 27.5%～30%）和氯酸鈉為主要原料，硫酸的價(jià)格為 800 元/t， 雙氧水的價(jià)格 1 500 元/t，氯酸鈉的價(jià)格為 4 200 元/t。 根據(jù)發(fā)生器的額定消耗量計(jì)，生產(chǎn) 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(zhì)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)近 5 個(gè)月的運(yùn)行，每月處理水量平均 5 萬(wàn) t，月運(yùn)行費(fèi)用平均 300 元左右。
（2）運(yùn)行效果。以 DTJ-HP 工藝為基點(diǎn)而研制的高效、高純、全自動(dòng)二氧化氯二次供水消毒系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)半年的試運(yùn)行，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約了原材料。 經(jīng)過(guò)反復(fù)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(nèi)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(shí)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(jī)鹵代物，還能對(duì)水中無(wú)機(jī)污染物鐵、錳、硫化物等有明顯的去除效果。
［參考文獻(xiàn)］
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