二氧化氯发生器在二次供水消毒系统中的应用
［摘要］ 纯度和使用成本限制了二氧化氯的应用，在 DTJ-HP 法高效、高纯稳定二氧化氯溶液生产技术基础上研制的高纯二氧化氯二次供水消毒系统很好地解决了这个问题，该装置以氯酸钠，双氧水，硫酸为主要原料，通过 PLC可编程控制系统实现了运行成本低、性能稳定、无泄漏、安全可靠。 根据发生器的额定消耗量计，投加质量浓度为0.1～0.3 mg/L 条件下，水质达标，每吨水消毒成本仅为 0.003～0.005 元。
［关键词］ 氯酸钠；二氧化氯；二次供水；消毒
随着社会经济的发展， 一些高层住宅小区及高层商用写字楼在城市大量出现， 由于城市供水管网的压力所限，对这些高层建筑无法直接供水，通常需进行再次加压，即所谓的“二次供水”。 对某城市二次供水水箱的抽样调查表明， 细菌指标的合格率仅为 84%，部分细菌指标严重超过国家标准，这对饮用者的身体健康构成极大危害。我国卫生防疫部门已作出规定， 二次供水系统必须进行消毒处理。二氧化氯是国际公认的新一代广谱杀菌剂〔1〕，也是国家推广使用的消毒剂之一。 二氧化氯在水中的活性可维持至少 48 h，其有效期比氯气长，且杀菌效果明显好于液氯。 配水管网中使用二氧化氯不但能保证抑制细菌再生长，而且可对藻类进行杀灭（即使是存活的藻类，也会失去繁殖能力），还可以有效地控制藻类以及腐烂蔬菜产生的异味〔2〕。
DTJ-HP 法是近几年开发的专利成果， 它是以过氧化氢作还原法（SVP-HP）为基础的高效、高纯二氧化氯发生工艺。 以 DTJ-HP 工艺为基点〔3〕，通过一系列工艺创新而研制的高效、高纯、全自动二氧化氯二次供水消毒系统，由石家庄市供水总公司安装工程处在雄县建材市场变频二次供水系统施工现场安装并运行，通过近半年的细菌学分析，水处理消毒杀菌合格率达到 100％。 由于产生的二氧化氯消毒液纯度高，在纯二氧化氯投加质量浓度维持在 0.1~0.3 mg/L 的条件下， 处理后饮用水的细菌学指标（细菌总数、总大肠菌群等）就已达到或超过《中华人民共和国国家标准生活饮用水卫生标准》的要求，每吨水的消毒成本仅为 0.004 元，与氯气的消毒成本相当。 而且处理后的水口感好，饮用安全、无污染，达到了预期的运行效果〔4〕。
1 装置运转情况
1.1 装置结构与运行
装置的系统结构如图 1 所示。
装置由原料储罐、计量泵、多级串联填料管式反应器、PLC 可编程控制系统等组成。 反应原料 A 组分、B 组分各自经相应的进口计量泵准确计量后，按体积比 1∶1 投加到硫酸预稀释器中以及耐酸高硼硅玻璃材质的多级串联填料管主反应器中。 利用硫酸稀释热提供反应热源，在多级串联填料管主反应器中实现无须外部加热的正压反应，产生二氧化氯。 设于工艺管线上的流量探头计量管线内水的流量，并将流量信号转变成电信号输给控制箱， 控制箱内设 PLC 可编程控制器， 可按照预设的投加浓度控制计量泵工作，使投加量可根据水量的变化自动定比投加，保证投药量恒定。 另外，为了严格保障投加的药量， 还可安装余氯检测仪， 进行复合回路控制，从而实现全自动控制。2007 年 7月由石家庄市供水总公司安装工程处在雄县建材市场二次供水系统施工现场进行了安装、调试运行，经现场运行测试，其装置的运行参数如表 1 所示。
测试结果显示， 二氧化氯发生器在工作温度30~50 ℃、工作压力 0.4 MPa 的工艺参数下运行，其原料转化率和二氧化氯纯度均达到很理想的运行效果，比预期指标提高了 1%~3%，实现了变频二次供水系统所要求的正压运行条件。该装置能根据水流量的变化，自动调节发生量，可准确保持水中二氧化氯的浓度，防止二氧化氯投加量过大或欠量，使处理过程安全、经济高效，还具有占地面积小，安装方便等优点，是一种先进、可靠的二次供水消毒装置。
1.2 反应原料及配比
反应原料配比如表 2 所示。A 组分、B 组分投加的体积比为 1∶1。
1.3 工艺控制参数及反应原理
反应温度：30~50 ℃；反应压力：0.2~0.7 MPa；稀释水流量：2~5 m3/h。 化学反应式：
2NaClO3+H2SO4+H2O2 → 2ClO2+Na2SO4+2H2O+O2
2 装置运行效果
在运行现场， 对不同二氧化氯投加浓度下的杀菌效果及消毒后水中系列氧化物的残留量进行了检测〔5-7〕，结果如表 3 所示。由表 3 可见，在二次供水系统中，纯二氧化氯投加质量浓度维持在 0.1～0.3 mg/L 的条件下， 处理后饮用水的细菌学指标（细菌总数、总大肠菌群等）就已达到或超过《中华人民共和国生活饮用水卫生标准》的要求；纯二氧化氯投加量即使达到 0.5 mg/L 的较高浓度，消毒后水中系列氧化物的残留量总和也仅为 0.15 mg/L，远低于《美国生活饮用水卫生标准》所规定的 0.8 mg/L 系列氧化物残留质量浓度。 进一步验证了高纯度二氧化氯杀菌高效、使用安全。
3 结论
（1）运行成本。 以硫酸（质量分数为 92%～98%）、双氧水（质量分数 27.5%～30%）和氯酸钠为主要原料，硫酸的价格为 800 元/t， 双氧水的价格 1 500 元/t，氯酸钠的价格为 4 200 元/t。 根据发生器的额定消耗量计，生产 1 g 二氧化氯消耗氯酸钠 2 g、硫酸 3.65 g，双氧水 1.6 g，折合人民币约 0.013 72 元。投加质量浓度为 0.1～0.3 mg/L 的情况下， 水消毒成本约为：0.002～0.005 元/t。 通过现场近 5 个月的运行，每月处理水量平均 5 万 t，月运行费用平均 300 元左右。
（2）运行效果。以 DTJ-HP 工艺为基点而研制的高效、高纯、全自动二氧化氯二次供水消毒系统，经过半年的试运行，极大地提高了劳动生产率，节约了原材料。 经过反复取样比较证明：使用 PLC 控制投加后， 二氧化氯可在 pH 为 3~9 的广泛范围内有效地杀菌，杀死 98％以上的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，灭菌时间短，效果佳，是液氯的 2.5 倍；此外，二氧化氯在水中不形成有机卤代物，还能对水中无机污染物铁、锰、硫化物等有明显的去除效果。
［参考文献］
［1］ 谢承卫，高弦. 二氧化氯发生及应用研究［J］. 贵州大学学报：自然科学版， 2003，20（4）：383－387.
［2］ 杜小旺，程先华，蒋昊翾. 纤维素还原氯酸钠制备二氧化氯的研究［J］. 重庆师范大学学报：自然科学版，2006，23（3）：67－69.
［3］ 王通国，赵晓举. 黄铁矿法制备稳定性二氧化氯工艺研究［J］. 四川有色金属，2005（3）：12－15.
［4］ 俞莉，翟廉翀. 固体稳定性二氧化氯制备和应用研究［J］. 河南化工 ，2006，23（8）：23－24.
［5］ 林远球． 二氧化氯制备工艺的发展与选型［J］． 纸和造纸，1996（2）：47－48．
［6］ 薛富治，林知中． 我国二氧化氯漂白纸浆现状［J］． 无机盐工业，1995，27（2）：27－29．
［7］ 卫生部法制与监督司．消毒技术规范［M］． 北京：中华人民共和国卫生部，2002：70-71.
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