晉州市標準型二氧化氯發(fā)生器

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1 二氧化氯制取工藝的探討

二氧化氯性質活潑，不易貯存和運輸，目前國內外飲水使用二氧化氯都采用現場制備的方式，能現場制備二氧化氯的裝置叫做二氧化氯發(fā)生器。通常水廠使用的二氧化氯發(fā)生器都采用化學反應的原理進行制備，根據采用原料的不同，可分為亞氯酸鈉工藝和氯酸鈉工藝。
1.1氯酸鈉工藝
  采用氯酸鈉和鹽酸為原料進行反應，反應式如下：
 NaClO3 + 2HCl = ClO2 + 1/2Cl2 + NaCl + H2O
 由上式可以看出，在二氧化氯產生的同時還有約占二氧化氯產量一半的lv氣發(fā)生，實驗結果表明，本工藝中二氧化氯的有效轉化率一般只有50%左右，并且受到反應溫度和鹽酸濃度的影響。要提高二氧化氯的轉化率，必需保持較高的反應溫度（約70OC）和加大鹽酸的過剩量，但這同時又會導致lv氣產率的提高，使反應產物中lv氣的含量增大。這個矛盾在穩(wěn)定態(tài)二氧化氯的工業(yè)化大規(guī)模生產上，可以通過多級加溫，空氣逆向逐級吹脫的方式來富集二氧化氯，但在水廠應用的小型二氧化氯設備（小于10kg/h）上，則很難解決。
    由于lv氣的大量存在，嚴格講已經失去了二氧化氯投加的zui基本的意義，即降低水中三氯jia烷的含量。并且由于氯酸鈉的轉化率在實際運行中通常不足50%，這使得當投加量較高時，水中剩余的ClO3—的濃度較高。正是以上諸多原因，在國外有關水廠二氧化氯應用的資料中，還未有上述氯酸鈉工藝的報道。
    在我國，目前以氯酸鈉工藝為基礎的二氧化氯發(fā)生器仍是市場上的主導產品之一，并在許多水廠中得以運行。其主要是由于以下兩方面的原因。
 1） 我國對應用于水廠的二氧化氯發(fā)生器，從設備選型、產品檢驗、設計規(guī)范到處理水質，都還沒有統(tǒng)一的國家標準。對二氧化氯的使用仍不規(guī)范。多數使用二氧化氯的水廠，在設備檢驗和出水檢測上仍使用與lv氣相同的指標，如有效氯、余氯等。
 2） 由于我國經濟總體水平還處于發(fā)展中國家的水平，運行成本仍是目前水廠工藝選型的主要制約因素。以制取1kgClO2來計，亞氯酸鈉法的成本約為30元，氯酸鈉法約20元。相差近1倍。這也是氯酸鈉法得以廣泛使用的主要原因之一。
    對二氧化氯發(fā)生器的應用評價標準，zui終將會以處理水的水質標準為依據。氯酸鈉工藝由于其本身的工藝缺陷，在應用上會受到很大的限制。
1.2亞氯酸鈉工藝
  亞氯酸鈉工藝常見的反應原理有以下兩種：
 1） 5NaClO2 + 4HCl = 4ClO2 +5NaCl +2H2O
 2） 2NaClO2 + Cl2 = 2ClO2 + 2NaCl
    反應式1是一個自氧化還原反應，亞氯酸鈉既是氧化劑又是還原劑，鹽酸是酸化劑。因此，理論上有20%的亞氯酸鈉被還原成NaCl，如果以亞氯酸鈉轉化為二氧化氯為有效轉化來計，其zui高有效轉化率只有80%。但從產物中二氧化氯的實際收率來看，通?？梢赃_到95%以上。反應式2中lv氣作為還原劑參與反應，使亞氯酸鈉的有效轉化率理論上可達到*，在產物中，二氧化氯純度同樣可達到95%以上。

晉州市標準型二氧化氯發(fā)生器

 一． 亞氯酸鈉加鹽酸工藝
    該工藝具有工藝簡單，不需要加溫，設備容易操作及維護，產物中二氧化氯純度高等優(yōu)點。是國外小型二氧化氯發(fā)生器常用的反應原理。如德國的Prominent、ALLDOS美國的F&P公司都有相應的產品，我國采用亞氯酸鈉產生二氧化氯的發(fā)生器也都以此工藝為基礎。
   從水廠的應用實踐來看，本工藝主要存在以下的不足。
 1） 為達到95%的高產率，鹽酸應過量。使出口藥液的pH值小于1。
 2） 由于鹽酸的需要量大，以一個5萬t的水廠為例，當二氧化氯的投加量為1ppm時，鹽酸（濃度為25%）的日消耗量為300kg。因此，對中型以上的水廠采用此工藝，鹽酸的儲備需占用一定的空間。
 二．亞氯酸鈉加lv氣工藝
   據國外資料顯示，國外水廠中以此工藝為基礎的發(fā)生器的應用約占70%。而國產設備在水廠中的應用還未見報道，這主要是由于以下兩方面的原因：
 1） 我國目前二氧化氯的應用仍主要集中在中小型水廠，尤其是縣級左右的小水廠，二氧化氯的需要量一般在300-1000g/h上下。對這部分水廠，操作簡單，使用安全是選擇二氧化氯的主要因素，而該工藝所含有的加氯系統(tǒng)無疑會增加系統(tǒng)的復雜程度，加大設備投資和管理水平，因此對中小型水廠來說，該工藝并無優(yōu)勢。
  國外二氧化氯廠商多數也是加氯機的生產商，因此在設備配套和系統(tǒng)集成上比較容易。

   而對國內二氧化氯生產廠商則還不具有這方面的優(yōu)勢。因此在這方面的開發(fā)還比較落后。
 2） 但從二氧化氯在水廠尤其是大中型水廠進行推廣使用的前景來看，此工藝則具有非常大的應用優(yōu)勢。
  首先，從反應式2可以看出，用lv氣取代鹽酸，提高了亞氯酸鈉的有效轉化率，降低了運行成本。并且，避免了濃鹽酸在儲存、輸送及投加過程中對操作環(huán)境的影響。更容易實現設備運行的自動化程度。
 其次，本工藝可以根據實際需要單獨投加lv氣，或單獨產生二氧化氯。能zui大限度的適應水廠水源水質的變化要求。對一些水廠，尤其是以地表水為水源的水廠，通常水質隨季節(jié)的變化而變化，當處于豐水期時水質較好，這時采用lv氣消毒即可達到處理要求，而在枯水期或由于其他原因造成的水質變差時，再使用二氧化氯進行消毒，可取得zui佳的經濟和環(huán)境效益。
 第三，隨著我國標準和規(guī)范的健全，二氧化氯在我國大型水廠的應用必將得到推廣。但對已建有lv氣消毒的水廠來說，就存在著是設備改造還是設備更新的問題。本工藝可以在原有的設備基礎上，增加一些簡單的設施就可達到以上二氧化氯和lv氣靈活使用的目的，因此，具有很大的使用價值。
  另外，采用此工藝生成的二氧化氯產物的pH值接近中性。可以較長時間保存，而不發(fā)生歧化反應，可以通過中間儲存箱實現一臺設備，多個投加點的復雜情況。如圖所示。
  從以上對二氧化氯發(fā)生器的分析比較中可以看出，我國現在在二氧化氯的應用上還存在著很多問題。對二氧化氯發(fā)生裝置的認識和評價還不完善，對作為評價基礎的指標體系還未建成。

2 二氧化氯在水廠應用中自動化控制的探討

與投加lv氣不同，lv氣投加只是單一藥劑的定量投加，自動化程度的高低只會影響量的準確與否。而二氧化氯則是通過兩種藥劑的現場反應來制取，要想準確投加，必須對兩種藥劑進行計量、準確配比才能實現。否則，會因為配比不當而引起二氧化氯產率降低，副產物比率增加。降低消毒效果。嚴重時，會出現單藥劑投加而*失去消毒效果并污染水質。
  從國外的應用來看，二氧化氯發(fā)生器的運行都采用自動化控制。通?？煞譃楣に囎詣踊刂坪驮O備運行自動化控制。這兩者通過一個控制系統(tǒng)來完成。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）對投藥量進行控制，以求達到zui適的投加量。而設備運行自動化是指關于設備本身正常運行的自動化控制，包括兩種藥劑的自動配比、故障自動報警及事故自動處理等。
  我國目前二氧化氯發(fā)生器在水廠中應用的自動化程度還較低，一些中小型水廠的二氧化氯發(fā)生器的運行還*采用手動標定兩種藥液滴數來計量，*無法控制二氧化氯的產量和投加量。二氧化氯發(fā)生器是集物料計量、現場反應，定量投加于一體的消毒設備。設備的自動化程度直接關系到二氧化氯在產物中的產率，以及消毒水中副產物的殘留濃度。因此，筆者認為，在我國水廠推廣二氧化氯應用時，應改變以往片面重視設備投資的觀點，應重視設備本身自動化的程度，結合具體水源的特點選用合理的控制方式，才能取得zui佳的處理效果和經濟效益。