用二氧化氯取代氯气进行自来水原水预处理
摘 要:由于水质污染导致了每年夏季水库水体中以绿藻为主的藻类物质的快速生长，给地表水自来水厂现有的常规原水处理工艺带来了诸多困难，而直接影响了地表水厂的出厂水质。为减少藻类对水质的影响，本文着重介绍了利用二氧化氯进行原水预处理的方法以及其优点，阐述了其除藻的效果。
关键词:水处理; 氯气; 二氧化氯; 比较分析
1. 方法概述
1 .1 二氧化氯的氧化机理
二氧化氯做为一种强氧化剂，具有较高的氧化——还原电势，它不同于氯气以亲电取代为主，而是以氧化反应为主。有机物被氧化后以降解为氧基因产物存在，而不是以三氯甲烷等卤代烃有害物质形式存在，并且二氧化氯较氯气适应于更宽的PH 值范围，因此从反应机理而言，二氧化氯较氯气具有更好的除藻、除腥效果，并能有效地控制卤代烃的生成量。
1 .2 二氧化氯制备设备的选择
常规纯二氧化氯的制备设备价格较贵，原材料次氯酸钠的价格也很高，采用此方法的成本将大为增加，并且后者化学性质活泼，极不稳定，运输和保管方面的困难也很大，从综合经济性和实用性的考虑，如果设备选用化学法复合二氧化氯发生器，原材料选用价格较低的氯酸钠和盐酸，其二氧化氯有效生成率为85%，并且具有运行安全、工艺完善、计量准确、自动化控制程度较高的优点，能大大降低设备投资和实际运行成本，使此方法更具推广价值。
1 .3二氧化氯投加量控制和投加点的选择
投加量控制和投加点的选择是二氧化氯的预处理系统的两个关键点。通过对藻类、亚硝酸盐等相关数据的实际测定，将二氧化氯投加量控制在0 . 7 k g/km3左右的范围是适宜的。投加时应考虑到二氧化氯的反应速度虽然较迅速，但挥发性强的特点，投加点必须设在有一定管段距离的满水环境中。将投加点设在引水渠和细隔栅之间的DN 1000的管道内，不仅能够增强混合效果，而且能保证二氧化氯的充分反应。
2 、利用二氧化氯原水预处理与利用氯气处理优势比较
2 .1减少对净水剂的干扰：
地表水厂投加的净水剂为碱式氯化铝 （PAC）， 其在水解过程中，生成多种中间水化合物，并不断消耗OH -离子，采用氯气预处理是使原水呈弱酸性，因而会抑制碱式氯化铝的良好水解，造成了絮凝反应效果不好，生成的矾花颗粒小、密度低，直接影响了沉淀效果；利用二氧化氯预处理，作为强氧化剂的二氧化氯可直接与水中的有机物发生反应，而不象氯气是通过“争夺”水中的 H +离子间接生成次氯酸（H C lO ）HO 2 + Cl 2 =H Cl O+ H Cl 与水中的有机物发生反应，二氧化氯对于原水PH 值基本没有影响，这就为碱式氯化铝的良好水解提供了有利的前提条件，矾花生成的颗粒大小和密度都有了一定的改善。
2 .2水处理构筑物的池壁附着物明显减少：
采用氯气预处理，在配水井、沉淀池、滤池的池壁上都会附着一层由藻类细胞成层后形成的池壁粘质物，既影响了制水过程中的感官质量，又致使池壁受粘质物的腐蚀变的粗糙老化。利用二氧化氯预处理，构筑物池壁的粘质物明显减少，不仅感官效果良好，而且基本阻断了水垢、青苔等其他附着物的生长。
2 .3提高出厂水水质：
投加二氧化氯预处理，不仅能大大提高藻类去除率，而且能明显改善絮凝效果，降低滤前水浊度，避免因藻类物质在滤池中的大量繁殖而造成的滤料层堵塞现象，从而减轻滤池的运行负荷，降低滤后水浊度（平均能降低0 . 17 NTU ）。二氧化氯预处理后的有机物被降解为氧基因为主的产物，而不是以三氯甲烷等有害卤代烃产物形式存在，这样就能有效降低卤代烃的生成量。
2 .4 降低设备投资成本和运行成本
如采用氯气预处理，一座水厂最少需两套0—20 kg /h 加氯机（25万元），计量秤及其他附件（3万元），漏氯保护装置（20万元），设备投资约为 48万元；采用二氧化氯预处理，需两套现场发生器，设备投资约为28万元。以日均输水量7000 吨/ 小时计算，氯气的平均投加量2 . 2k g/km3 ，氯气的市场价格为2500元/吨，则每小时消耗氯气的金额为38元；二氧化氯的平均投加量0 . 7k g/km3 ，选用复合二氧化氯发生器每产生1 克有效二氧化氯，消耗氯酸钠0 . 65克，盐酸1 .3克，折合金额为0 . 005元/克，则每小时消耗二氧化氯的金额为24 .5元。以5 至10 月140 天的投加时间计算，则每年可节约（38 -24 .5 ）×24 ×140 =4.54万元的运行费用。
3．实践验证
3 .1 验证背景
陡河水库是唐山市工业生产和人民生活的重要水源地，共建有三座岸边式取水泵站，其中两座属陡河发电厂作为提供工业原水使用，另一座属唐山自来水公司，通过15公里输水管线为地表水厂提供饮用水源（取水量为17万吨/日），因此陡河水库的水质状况直接关系到我公司的供水质量。
近几年来，随着上游水库（包括邱庄水库、大黑汀水库）的水质污染现象加重，加之陡河发电厂回放水（为37 ℃左右的水体）造成的热污染，导致了每年夏季水库水体中以绿藻为主的藻类物质的快速生长，这就给地表水厂现有的常规处理工艺带来了诸多困难，从而直接影响了地表水厂的出厂水质，主要表现为出厂水带有“发腥”的异味，虽然每年5 至10 月在取水泵站采取了前加氯的预处理措施，但是效果一直不尽如人意。
为解决这一难题，我们在充分调研的基础上，唐山市自来水公司于2002年改用了投加二氧化氯进行原水预处理的方法，以减少藻类对水质的影响。经过近两年的运行和监测，结果是令人满意的。
3 .2 验证数据
现将唐山市自来水公司将2002 年5 至10 月投加氯气与2005 和2006 年5 至10 月投加二氧化氯进行预处理的去除藻类数据情况如下表。
可见投加二氧化氯比投加氯气对藻类的去除率提高了一倍，出厂水“发腥”的味道已明显减轻，因此采用二氧化氯预处理的效果优于氯气。
通过近两年的原水投加二氧化氯预处理的实践， 不仅有效地提高了藻类去除率，而且进一步降低了出厂水浊度，控制了卤代烃等有害物质的生成量，降低了日常生产运行费用，取得了良好的经济和社会双重效益。
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