李英
摘要：二氧化氯是國際公認的優(yōu)良水消毒劑之一，作為傳統(tǒng)液氯的替代品，二氧化氯具有廣闊市場和應(yīng)用前景。二氧化氯處理飲用水優(yōu)勢及二氧化氯發(fā)生器在水廠應(yīng)用的安全性、科學(xué)性，使二氧化氯在飲用水消毒和應(yīng)用必將再上新臺階。
關(guān)鍵詞：二氧化氯 飲用水 發(fā)生器 安全性 自動化
19世紀(jì)末，人類歷史第一次將水質(zhì)和人體健康聯(lián)系起來。從消毒技術(shù)的發(fā)展歷史[1] 不難看出，飲用水氯化消毒一直是給水處理工藝中必不可少的一個環(huán)節(jié)，自1910年新喬治亞洲使用后被迅速推廣，至今，仍是各國經(jīng)常采納的技術(shù)。但隨著水源污染的加劇及水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的提高，發(fā)現(xiàn)某些源水經(jīng)氯氣消毒后，在其出水中檢測出了三鹵甲烷等多種致癌或可誘發(fā)癌變的有機物，這使人們對氯消毒的安全性產(chǎn)生了懷疑。天然水的氯化過程中有三鹵甲烷（THMs）的形成使人們意識到，當(dāng)今水中生物風(fēng)險比化合物風(fēng)險更嚴(yán)峻[2]（水中微生物一般有三類，即細菌——大腸桿菌、沙門氏菌、霍亂孤菌、軍團菌……病毒——甲肝、脊髓灰質(zhì)炎、噬菌體和原蟲——隱孢子蟲、賈第蟲……）。用通常的氯消毒劑不能有效地滅活“兩原蟲”（隱孢子蟲和賈第蟲），使得經(jīng)典的氯消毒及其消毒技術(shù)面臨著挑戰(zhàn)！強氧化劑二氧化氯在這樣背景下脫穎而出，上一世紀(jì)七十年代，二氧化氯就得到較快推廣。歐、美等國從20世紀(jì)70年代開始對替代氯消毒的其它消毒劑進行了深入研究，認為二氧化氯是其中性價比最優(yōu)的一種。美國環(huán)境總署已把二氧化氯列為一種替代或補充氯化消毒劑而使用[3]。1996年一篇國外權(quán)威資料曾報道：當(dāng)時在美國有400～500家工廠、歐洲有500家水處理工廠用二氧化氯作為飲用水消毒劑；資料介紹[2]，凈水廠保證微生物安全關(guān)鍵是降低濾后水濁度和消毒達到一定CT值。
目前，二氧化氯已在歐美數(shù)千家水廠得到應(yīng)用，而我國在二氧化氯這方面起步和發(fā)展較晚，20世紀(jì)90年代后開始在一些中、小型水廠中應(yīng)用。進入21世紀(jì)，從二氧化氯本身的優(yōu)勢以及在解決水源污染和殺菌消毒所具備的優(yōu)勢來看，國內(nèi)越來越多大、中城市水廠選用二氧化氯替代液氯消毒，在國內(nèi)飲用水行業(yè)的應(yīng)用效果已引起了人們的高度重視，最新頒布的國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）中二氧化氯消毒被列入其中。二氧化氯作為水廠消毒的首選是必然趨勢。
1、二氧化氯用作水消毒優(yōu)于氯氣
二氧化氯是一種作用很有效的消毒劑和殺菌劑，在相同質(zhì)量的劑量基準(zhǔn)下等同或優(yōu)于氯氣，二氧化氯的功效已在全國幾千家大中水廠的應(yīng)用中得到了證實。例如：深水集團龍崗獺湖水廠、觀瀾水司的三個水廠、肇慶市水務(wù)集團水廠、廣東大亞灣核電集團水廠、珠海市供水總公司、汕頭市自來水總公司、上海嘉定自來水么司、海南省瓊海市自來水公司、湖北荊州市水務(wù)集團自來水公司、昆明自來水公司、河南洛陽市自來水公司等。
1.1 與傳統(tǒng)氯消毒功效之比較[4]
氯氣作為一種成熟的消毒劑已有百年的應(yīng)用歷史，但近年來由于源水水質(zhì)的惡化，氯消毒所引發(fā)的環(huán)境健康問題越來越引起人們的重視，氯消毒替代品的研究也越來越深入。在可選的新型消毒劑中，二氧化氯由于其高效、易得且具有持續(xù)的殺菌效果而成為首選的替代物之一。
二氧化氯化學(xué)分子式ClO2，外觀和味道酷似氯氣，它在室溫下為橙黃色、黃綠色氣體，比空氣重，分子外層有19個電子，外層鍵域存在著一個未成對的活潑性自由電子。是自然界中完全或幾乎完全以單體游離子團型體存在的少數(shù)化合物之一，有很強氧化性。與氯氣作用機理不同，二氧化氯在水中不水解，pH6～9范圍內(nèi)，二氧化氯在水中以溶解氣體形式存在，持久穩(wěn)定；二氧化氯使水體中微生物蛋白質(zhì)中氨基酸氧化分解，導(dǎo)致氨基酸鏈斷裂，蛋白質(zhì)失去功能，從而使微生物死亡，所以二氧化氯的作用既不是蛋白變性的作用，也不是氯化作用，而是強大氧化作用！
二氧化氯是1811年發(fā)現(xiàn)的第四代含氯制劑，安全等級被世衛(wèi)和世農(nóng)組織評定為A1級，廣譜高效。
化學(xué)消毒劑，殺滅微生物一般用兩個指標(biāo)衡量：有效性——殺滅效果O3>ClO2>Cl2>NH2Cl；穩(wěn)定性——NH2Cl>ClO2>Cl2>O3。與氯氣不同，二氧化氯在水中不水解，因此，二氧化氯殺菌效果在一個很寬的pH值范圍內(nèi)是相對穩(wěn)定的。
在pH6.5時，劑量為0.25mg/L的二氧化氯和氯對大腸桿菌1 min（分鐘） 滅殺率大致相同；在pH8.5時，二氧化氯殺滅率不變，而氯則需要5倍長的時間。因此，二氧化氯更是高pH值的石灰軟化水的首選殺菌劑。
二氧化氯也被顯示能有效殺死其它傳染性細菌，如：葡萄球菌和沙門菌。二氧化氯消除廢水中的大腸桿菌和氯同樣有效，在殺滅二次污染水體中常見病毒方面效果則優(yōu)于氯
可見，二氧化氯消毒劑比氯滅活，特別是對病原微生物中病毒和原生動物，有明顯優(yōu)勢。
1.2 用于控制三鹵甲烷
三鹵甲烷（THMs），1974年被首先觀察到，之后確定其為致癌物。1983年EPA提出二氧化氯可以作為控制THMs有效的手段。二氧化氯不同于氯，與THMs的先驅(qū)物反應(yīng)不同，二氧化氯在預(yù)防或大大降低THMs方面占有很大優(yōu)勢，二氧化氯與THM先驅(qū)物反應(yīng)，使它們失去反應(yīng)能力或無法形成THM。
1.3 用于對味及嗅的控制
二氧化氯在破壞苯酚、藻類、硫化物、鐵及錳雜質(zhì)方面遠優(yōu)于氯氣。為此，二氧化氯一直用于市政供水中控制味道和氣味。二氧化氯工業(yè)上開始使用，是1944年在美國尼亞加拉水廠，用于控制苯酚帶來異臭異味的。
1.4 用于對藻類的控制
研究表明，在近似處理費用下，二氧化氯比硫酸銅滅藻效果更有效。二氧化氯可以攻擊葉綠素中的吡咯環(huán)，使環(huán)開裂，促使葉綠素失活。對于藻類控制，在晚上實施效果非常好（防止陽光分解二氧化氯）。據(jù)報道，1mg/L 的劑量即可控制藻類生長。
1.5 用于對錳、鐵的控制
鐵、錳超標(biāo)會使水有顏色、渾濁、著色以及口感不佳。
水中存在錳離子，使水變黑，雖氯氣能用來解決這個問題，但反應(yīng)很慢，以至于加入24h（小時）后，錳離子仍舊存在于水中，并且去除率僅為25%。二氧化氯能夠把二價錳氧化成四價錳，使之形成不溶于水的二氧化錳，反應(yīng)式如下：
2 ClO2＋5Mn2+＋6H2O→5MnO2＋12H+＋2 Cl-
二氧化氯對錳的去除率達69～81%。
水中鐵會促進鐵細菌生長。二氧化氯對鐵的去除率達79～95%。反應(yīng)式如下：
ClO2＋5Fe(HCO3) 2+＋2H2O→5Fe(OH)3＋10CO2＋ Cl-＋H+1
二氧化氯還可氧化有機結(jié)合的鐵而氯不能。
2、二氧化氯發(fā)生器的經(jīng)濟性
作為飲用水消毒，從經(jīng)濟性考慮，一般應(yīng)首選發(fā)生器，一次投資，運行成本費不高。目前，我國二氧化氯發(fā)生器，根據(jù)二氧化氯制取所用的原料和工藝特點，可分為：氯酸鹽還原法、亞氯酸鹽氧化法。其中應(yīng)用最廣泛的是氯酸鹽還原法，深圳歐泰華環(huán)保技術(shù)有限公司研發(fā)的歐泰華復(fù)合二氧化氯發(fā)生器即是采用本方法,生產(chǎn)1克有效氯消耗氯酸鹽0.65克、鹽酸1.30克，折合人民幣0.004元。
2.1 化學(xué)反應(yīng)式：
NaClO3＋2HCl→ ClO2＋1/2Cl2＋NaCl＋H2O
反應(yīng)產(chǎn)生二氧化氯和氯氣的混合氣體，其在飲用水處理中使用，具有一定的協(xié)同殺菌作用。近年我國數(shù)千家水廠使用歐泰華復(fù)合二氧化氯發(fā)生器，經(jīng)其處理的飲用水衛(wèi)生指標(biāo)均符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006），建設(shè)部《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ/T206-2005）的衛(wèi)生要求。
2.2 發(fā)生器安全的設(shè)計特點
二氧化氯發(fā)生器安全是關(guān)注焦點，在氣相中濃度超過10%，就會自發(fā)的分解，分解釋放出氧氣而使壓力增大，從而導(dǎo)致爆炸。因此，在設(shè)計二氧化氯發(fā)生器時，保證操作的安全性是前提，提高原料轉(zhuǎn)化率和二氧化氯的純度是目標(biāo)。
國內(nèi)無論是哪種含氯原料發(fā)生二氧化氯物質(zhì)，無論是引進技術(shù)（原料組裝），還是自主開發(fā)，在設(shè)計二氧化氯發(fā)生器系統(tǒng)時，都有一個安全要求“底線”：（1）反應(yīng)室設(shè)計，控制氣相空間，確保無氣態(tài)物質(zhì)生成；（2）有溢流閥（安全連鎖），作用是稀釋用水短缺時切斷整個發(fā)生器。
雖然二氧化氯發(fā)生器根據(jù)不同的輸送裝置分為不同的系列以滿足不同用戶需要，無論手動還是發(fā)展到今天全自動，有一個共同點，就是水中二氧化氯濃度控制在安全極限以內(nèi)（一般設(shè)計在3g/L以內(nèi)），因此上方有一個適宜噴射器。通過流經(jīng)發(fā)生器的水流、吸收化學(xué)藥劑、稀釋反應(yīng)濃度以及快速移走反應(yīng)產(chǎn)物，一旦水流停止，便阻止化學(xué)藥劑流入，二氧化氯生產(chǎn)也立刻停止。
為了安全，通常二氧化氯發(fā)生器安裝了連鎖系統(tǒng)或報警系統(tǒng)及泄壓口（安全閥）。目的有兩個，一是防止二氧化氯發(fā)生器中危險狀態(tài)出現(xiàn)；二是確保萬一其中某一化學(xué)原料供應(yīng)中斷時能夠及時暫停反應(yīng)，保護系統(tǒng)。而歐泰華二氧化氯發(fā)生器在不斷提高性能和質(zhì)量的同時，設(shè)備自身具有三套安全保護功能，不存在任何安全隱患。
3.二氧化氯發(fā)生器自動化控制
二氧化氯是通過兩種藥劑的現(xiàn)場反應(yīng)來制取，要想準(zhǔn)確投加，必須對兩種藥劑進行準(zhǔn)確計量和配比才能實現(xiàn)。否則，會因為配比不當(dāng)而引起二氧化氯產(chǎn)率降低，副產(chǎn)物比率增加，降低消毒效果。嚴(yán)重時，會出現(xiàn)單藥劑投加而失去消毒效果并污染水質(zhì)。
從國外的應(yīng)用來看，二氧化氯發(fā)生器的運行都采用自動化控制，通常包括工藝自動化和設(shè)備運行自動化。其中工藝自動化是指通過外部信號（如處理水流量、剩余二氧化氯濃度等）對投藥量進行自動化調(diào)節(jié)，以求達到最適宜的投加量。而設(shè)備運行自動化是指關(guān)于設(shè)備本身正常運行的自動化報警及事故自動處理等。隨著自動化技術(shù)、控制設(shè)備和機電儀表設(shè)備的發(fā)展，我國的水廠也逐步實現(xiàn)科學(xué)的生產(chǎn)管理，對生產(chǎn)過程進行嚴(yán)密監(jiān)控和優(yōu)化運行。水處理過程中的各個環(huán)節(jié)包括過濾自動化、投加自動化、送水自動化、水質(zhì)檢測自動化技術(shù)日漸成熟。而消毒工序作為水處理工藝的重要環(huán)節(jié)，提高消毒設(shè)備的自動化程度勢在必行。
深圳歐泰華環(huán)保技術(shù)有限公司研發(fā)的新一代高效復(fù)合二氧化氯發(fā)生器——OTH2001-LPR程序自控系列（獲兩項專利：外觀設(shè)計專利，ZL033220727和實用新型專利，ZL032248830）使我國的水處理消毒設(shè)備從幾十年落后的手工操作一躍而成為可全程自動控制的先進設(shè)備，開創(chuàng)了二氧化氯發(fā)生器實現(xiàn)自動控制的先河，實現(xiàn)與上位機連接遠程監(jiān)控，或通過以太網(wǎng)接口連接電腦實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。
OTH2001-LPR程序自控系列二氧化氯發(fā)生器具有如下性能特點：
Ø反應(yīng)系統(tǒng)采用耐高溫、耐腐蝕的新技術(shù)、新材料一次成型，外殼采用金屬烤漆提高耐腐蝕強度。
Ø反應(yīng)器采用多段曝氣、多段反應(yīng)新工藝，收率S≥85%。
Ø液晶觸摸式顯示屏支持中文顯示，可直接完成系統(tǒng)的操作，如主要參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)采集、實時數(shù)據(jù)處理。預(yù)報警系統(tǒng)啟動時，觸摸屏顯示報警故障，系統(tǒng)蜂鳴器發(fā)出聲音報警。
Ø采用高可靠性的可編程控制器（PLC）和人機界面（HMI）自動控制系統(tǒng)：可根據(jù)設(shè)定的溫度、余氯含量及計量泵頻率進行自動控制；可根據(jù)水壓、液位的設(shè)定參數(shù)實行報警和自動停機。
Ø采用雙套控制系統(tǒng)，在控制面板上可實現(xiàn)手動、自動控制的任意轉(zhuǎn)換。
Ø提供RS-485通訊接口，用戶可通過該接口與上位機進行通訊，實現(xiàn)遠程控制。
4、經(jīng)濟估算
以氯酸鹽——鹽酸法二氧化氯發(fā)生器（指轉(zhuǎn)化率和純度及原料價格），處理自來水的噸水運行成本約為0.003～0.004元（人民幣）。與氯氣運行成本持平。
5、小結(jié)
二氧化氯發(fā)生器在我國處理飲用水比傳統(tǒng)氯氣有不可比擬的優(yōu)勢，通過十幾年的實踐，正在被市場普遍接受和認可。產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成，產(chǎn)品逐步成熟。歐泰華二氧化氯發(fā)生器的不斷更新?lián)Q代，使二氧化氯發(fā)生器在工藝、技術(shù)等方面向著高收率、低成本、自動化、高新技術(shù)領(lǐng)域全面發(fā)展。產(chǎn)品采用人性化設(shè)計，應(yīng)用人體工學(xué)原理提升了產(chǎn)業(yè)自動化和高科技含量水平。發(fā)生器系統(tǒng)安全性能優(yōu)良，完全符合用于水廠衛(wèi)生要求。相信經(jīng)過不斷努力，我國二氧化氯發(fā)生器在消毒水處理領(lǐng)域必將得到更大發(fā)展。
二氧化氯替代液氯是飲用水消毒的必然趨勢
參考文獻
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已關(guān)閉
懸賞分：10 -
提問時間 2013-02-26 16:02