饮用水二氧化氯净化工艺设计要点

第21卷　第9期中国给水排水Vol . 21No . 9

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

2005年9月CH I N A WATER &WASTEWATER Sep. 2005

饮用水二氧化氯净化工艺设计要点

黄晓平

(深圳市观澜自来水有限公司, 广东深圳518110)

　　摘　要:　针对当前国内二氧化氯发生器以及二氧化氯消毒工艺的应用现状, 结合实际应用经验, 阐述了二氧化氯净化工艺在工艺设计、安全设计、设备选型以及自动控制等方面需要特别注意的问题, 为二氧化氯净化工艺的设计及改造提供参考经验。　　关键词:　饮用水; 　二氧化氯消毒; 　设计要点

中图分类号:T U991. 2　　文献标识码:C 　　:-) -03

Key Po i n ts on e i on Process

i n r i i Trea t m en t

HUANG Xiao 2p ing

Shenzhen Guanlan W ater S upply Co . L td . , Shenzhen 518110, China )

　　Abstract:　I n res ponse t o the p resent chl orine di oxide generat or and the app licati on of chl orine di 2

oxide disinfecti on p r ocess in China, the points for attenti on in the p r ocess design, safety design, type se 2lecti on of equi pment, and aut omatic contr ol, etc . were described in combinati on with the p ractical experi 2ences, which p r ovided reference t o the design and renovati on of chl orine di oxide purificati on p r ocess .

　　Key words:　drinking water; 　chl orine di oxide disinfecti on; 　key points of design 　　经初步估计, 目前国内有数千家水厂已经采用了二氧化氯发生器进行饮用水净化处理, 还有许多水厂正在关注二氧化氯发生器技术的发展。据了解目前采用二氧化氯发生器的水厂最大规模已经达到10×10m /d 。

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工艺安全1　

111　设备及操作

二氧化氯在常温下随浓度的不同而呈现为一种黄绿色至橙色的气体, 具有与氯气相似的刺激性气味。二氧化氯易爆炸, 即使在常压下, 当其在空气中的含量超过10%或水溶液中的含量大于30%时都容易发生爆炸, 受热、光照、火星、振荡等因素或遇到某些有机物质都能加速二氧化氯的分解从而引起爆炸。二氧化氯的这种不稳定性使人们目前尚无法将其制成压缩气体或浓缩液, 必须现场制备, 就地使用。

化学法二氧化氯发生器是一个在使用现场通过

化学反应来连续获得二氧化氯的化学反应器。其主要防爆技术就是利用负压生产以及时将反应生成的二氧化氯从发生器内抽出并投入水中, 同时在发生器上留出一个带安全塞的小孔或者将小孔的出口用管道引至室外, 其作用类似于高压锅的安全阀, 目的在于万一发生爆炸时起到泄爆作用, 避免设备整体爆裂。

在实际使用过程中, 由于水射器堵塞、操作人员误操作以及设备故障等原因, 发生器都有发生爆炸的可能性。几年来笔者单位使用的某品牌氯酸盐—盐酸法二氧化氯发生器就发生过数次安全孔跳塞现象(爆炸) , 由于发生器内反应釜里的药量有限, 爆炸强度不大, 没有造成人员伤亡, 也未造成设备及其他损坏, 但爆炸引起的二氧化氯气体泄漏及药液喷溅, 也使多名当班操作人员出现轻度二氧化氯中毒症状。

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112　化学原材料的贮运及使用

化学法二氧化氯发生器的常用化学原料有亚氯酸钠、氯酸钠、浓盐酸以及硫酸, 这4种化学药品和

(2002版) 氯气一样被我国列入《化学危险品目录》

中的化学危险品, 和氯气不同的是液氯钢瓶的容量

较大(一般一只钢瓶有700～1000kg 液氯) , 一旦泄漏则危害也较大, 而二氧化氯发生器一般在中小型水厂使用, 设备内的反应釜容积不大, 用药量也相对较小。但随着二氧化氯在水厂应用规模上的扩大, 这一安全性问题也将越来越突出。以一个10×43

10m /d 规模的水厂采用氯酸盐—盐酸法二氧化氯发生器为例, 即使投加量只有1mg/L,则15d 的原料储备量大约为6. 5t 氯酸钠、17t 浓盐酸。这在贮存、运输上都可能带来一定的安全隐患。113　消毒副产物

(Cl O 2-) (Cl -氯酸盐(Cl O 2114　设计要点

①　建议二氧化氯发生器设备间的设计参照现

(G BJ 13—86的1997年修行《室外给水设计规范》

订版) 的第7. 7. 8条、第7. 7. 10条～第7. 7. 14条。

②　设备间地面和墙面应做表面耐腐蚀处理。③　应将亚氯酸钠或氯酸钠等氧化剂类原料与盐酸或硫酸分别存放在两个完全隔开的仓库里, 最好参照设备的布置将两个原料仓库分别设计在设备间的两侧, 使原料的搬运线路不重叠。

④　原料的投加、溶解等操作应尽量在封闭设备或管道内自动完成, 尽量减少人与化学品的直接接触。

⑤　设备间及原料仓库等整个二氧化氯系统单元的防火、防爆要求还应符合《建筑设计防火规范》G BJ 16—87(2001修订版) 中的规定。2　工艺设计及参数选择211　设计难点

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盐的生成量也越大。

我国卫生部2001年发布的《生活饮用水卫生规

-范》中规定, 亚氯酸盐(Cl O 2) 在水中的残留量≤0. 2mg/L;世界卫生组织的限量值≤0. 7mg/L;建设部2005年实施的《城市供水水质标准》(CJ /T 206—

-2005) 中规定Cl O 2≤0. 7mg/L。从这些限值来看, 即使二氧化氯在水中的投加量只有1mg/L,也很难

-确保Cl O 2不超标。

②　二氧化氯消毒引起的色度升高

色度升高现象是二氧化氯消毒中常常出现的问题。理论上导致色度升高有多种可能性, 但最为常见的原因是锰的影响。, , 实际, 甚至低度上升到令人难以接受的程度了。笔者所在水厂的应用经验表明:当水中存在游离二氧化氯时, 0. 02mg/L的锰就可能使水的色度达到10度, 0. 03mg/L的锰就可能使水的色度达到国家标准的临界值(15度) 了。大多数用户认为色度在5度以下的水是“无色”的; 8～10度时许多用户已经能够察觉到水有“微黄色”了, 因此采用二氧化氯消毒时滤后水中二价锰含量应小于0. 02mg/L。212　设计要点

解决上述两个设计难点的关键在于优化预氧化处理的设计。

①　尽管二氧化氯在预氧化处理上具有诸多优点, 如能有效去除铁、锰、硫化物等物质, 对藻类以及腐败生物引起的臭味也具有良好的去除作用, 可以提高混凝效果且不产生有机卤代副产物等, 但是二

-氧化氯预氧化过程会产生大量的Cl O 2, 严重限制了其在预氧化处理工艺上的应用, 并且Cl O 2的有关限量标准比较严格, 因此笔者认为二氧化氯不适宜单独作为预氧化剂应用于饮用水净化。

②　采用二氧化氯消毒的水厂宜选用适当的预氧化剂对源水进行预氧化处理。一方面预氧化工艺要能够消除水中的大部分可氧化物质, 以减少二氧化氯的消耗量; 另一方面预氧化工艺要能够将水中的二价锰完全氧化成四价锰, 以便在混凝、沉淀和过滤等后续工艺中将锰基本除尽, 从而避免出现色度

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①　副产物(Cl O ) 的产生

研究表明将二氧化氯投加到水中后, 其氧化还

-原反应的第一步即是将Cl O 2转变成Cl O 2离子, 除非有专门的后续工艺来去除Cl O 2, 否则Cl O 2会在相当长的时间里稳定存在于水中。根据经验值, 在Ⅱ类水源中投加1mg/L的二氧化氯则产生的亚氯酸盐副产物在0. 8mg/L左右, 投加量越大则亚氯酸

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升高现象。

③　对于使用二氧化氯消毒的中小型水厂, 笔者认为:主预氧化剂(高锰酸钾) +辅预氧化剂(二氧化氯) +二氧化氯消毒工艺是一个较好的选择。实践表明该工艺的特点是:主预氧化剂(高锰酸钾) 能有效减少二氧化氯的消耗量并能氧化大部分的二价锰; 辅预氧化剂(二氧化氯) 能有效减少过量投加高锰酸钾带来的风险同时确保二价锰能完全氧化; 二氧化氯的消毒作用也能得到较好发挥。213　有关参数的选择

从增加一定量的化学原料到产生预期的二氧化氯所

间隔的时间) 引起的自控响应滞后问题。311　自控方式及“余氯”控制指标的选择

目前大多数二氧化氯发生器自控仪表采用的是电极式探头, 并且用邻联甲苯胺法检测的显示值来标定电极, 这种方法虽能实现基本的自控功能, 但是难以区分二氧化氯、氯气以及二氧化氯消毒物产物等构成的复杂组分, 而邻联甲苯胺法检测的显示值与二氧化氯投加量的相关性也较高, 因此不利于准确控制二氧化氯的投加量, 也不利于了解消毒副产物的生成量。

、余氯, () , 或者直接用二氧化氯发氧化氯的投加, 这样会更有利于正确控制二氧化氯的投加量及消毒副产物的生成量。312　自控响应滞后问题

①　接触时间。二氧化氯是一种强氧化剂, 具

有广谱杀菌能力, 消毒能力与氯气相当, 但其在水中的扩散速度和渗透能力都强于氯气, 作用时间也比氯气短。二氧化氯与水混合接触时间按20m in 考虑一般可满足消毒需要。

②　二氧化氯投加量。0. 5, 总投加量() 不应超过1. 0mg/L。

③　采用主预氧化剂(高锰酸钾) +辅预氧化剂(二氧化氯) +二氧化氯消毒工艺时, 高锰酸钾投加时间应至少先于二氧化氯5m in, 高锰酸钾的投加量应能消耗80%的可氧化物质, 具体投加量应通过试验确定。由于二氧化氯见光易分解, 当滤前投加二氧化氯进行辅助预氧化时, 宜采取适当的避光措施。

④　进行二氧化氯发生器设备选型时, 宜留有足够的富余产气能力以避免发生器因超负荷运转而

--导致未反应完全的Cl O 2或Cl O 3原料被直接带入水中。

⑤　二氧化氯消毒对除锰的要求较高, 为了提高对微量锰的去除效果, 建议滤池滤料选用石英砂或锰砂, 设计滤速宜取较低值。

自控响应滞后问题是化学法二氧化氯发生器自身化学反应的固有特性决定的, 特别是氯酸盐法发生器的滞后问题尤为突出, 目前尚没有满意的解决方案。4　结语

二氧化氯发生器及二氧化氯消毒净化工艺所具有的诸多优点已经逐渐得到人们的广泛认识, 但是作为一种新兴的设备和工艺, 尚有许多不完善的方面需要人们在应用中作进一步研究。参考文献:

[1]　张金松, 尤作亮, 孙昕, 等. 饮用水二氧化氯净化技术

[M].北京:化学工业出版社, 2003.

[2]　黄晓平, 钟笑颜. 二氧化氯消毒饮用水的“余氯”控制

自控设计要点3　

目前二氧化氯发生器的自控投加技术尚不够成

熟, 主要技术缺陷在于:一是缺乏能快速、准确且能在线检测水中低浓度二氧化氯含量的可靠仪器; 二是化学法二氧化氯发生器自身的化学反应时间(即

实践[J ].中国给水排水, 2003, 19(4) :98-100. 电话:(0755) 28081254

E -ma il:cha948@163. com

收稿日期:2005-03-21