不同方法的二氧化氯發(fā)生器在飲用水處理中的比較

一、 前言
飲用水消毒已經(jīng)發(fā)展了一百多年，其中yelv在控制各種危害人類健康的疾病方面功不可沒。然而，隨著水質(zhì)的不斷惡化，zui近的研究表明，yelv（包括其它氯制劑）會(huì)與水中的有機(jī)物反應(yīng)生成危害人類健康的消毒副產(chǎn)物三氯甲烷等致癌物質(zhì)。

        二氧化氯作為一種新型的消毒劑，替代lvqi消毒具有諸多優(yōu)點(diǎn)。但由于二氧化氯的不穩(wěn)定性與一定的腐蝕性，使得商業(yè)上不便制成壓縮氣體或濃縮液，必須現(xiàn)場(chǎng)制備、就地使用，二氧化氯發(fā)生器就是其中一種現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生二氧化氯的方法。目前，發(fā)生二氧化氯的方法至少有十幾種，二氧化氯發(fā)生器的廠家和型號(hào)更是多種多樣。如何區(qū)別不同二氧化氯發(fā)生器的性能、并選擇質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的二氧化氯發(fā)生器產(chǎn)品，對(duì)于二氧化氯發(fā)生器用戶來說顯得至關(guān)重要。

二、不同二氧化氯發(fā)生技術(shù)的介紹

        二氧化氯很不穩(wěn)定，無論氣態(tài)還是液態(tài)，均容易發(fā)生爆炸，所以其儲(chǔ)存運(yùn)輸也比較困難。因而，二氧化氯一般采用現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生制取。根據(jù)其制備的原理，可以分為電解法和化學(xué)法。不管采用哪一種發(fā)生工藝，評(píng)價(jià)發(fā)生器性能的優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是*的，即轉(zhuǎn)化率、二氧化氯純度、有害副產(chǎn)物和安全性。

        1．電解法

        該方法由美國(guó)四價(jià)公司首先研制開發(fā)成功。其原料為食鹽，采用隔膜電解的方法制取二氧化氯，所制得的二氧化氯純度較低，一般在30%以下，同時(shí)混有Cl₂、H₂O₂、O₃等，且lvqi的含量較高，用于飲用水消毒是否能夠避免氯消毒的副作用，還很值得懷疑。另外，該方法制作設(shè)備造價(jià)較高，電極易于腐蝕，管理復(fù)雜，故目前已很少使用電解法二氧化氯發(fā)生器。

        2. 化學(xué)法

         化學(xué)法制備二氧化氯根據(jù)采用原料不同分為氯酸鈉和亞氯酸鈉兩種方法。

        2.1 氯酸鈉法

        以氯酸鈉和鹽酸等為原料，采用負(fù)壓恒溫工藝，制得的二氧化氯產(chǎn)率和純度均不高，目前通常稱為復(fù)合二氧化氯發(fā)生器。復(fù)合二氧化氯發(fā)生器以有效氯計(jì)一般在70%以下，仍含有一定數(shù)量的氯，而且原料轉(zhuǎn)化率低，操作較復(fù)雜。從理論上說產(chǎn)品應(yīng)用于消毒實(shí)踐中，不可避免會(huì)有氯化消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生，因此發(fā)達(dá)國(guó)家不*采用氯酸鈉為原料生產(chǎn)二氧化氯就是這個(gè)原因。從本質(zhì)上說應(yīng)該是說生產(chǎn)二氧化氯和lvqi混合物更為貼切，籠統(tǒng)地稱為二氧化氯有混淆視聽之嫌。所以應(yīng)該進(jìn)一步規(guī)范二氧化氯的生產(chǎn)以及產(chǎn)品命名，以免誤導(dǎo)市場(chǎng)，損害消費(fèi)者利益。

        2.2 亞氯酸鈉法

        以亞氯酸鈉為原料的二氧化氯生產(chǎn)方法統(tǒng)稱為高純發(fā)生方法，其二氧化氯發(fā)生器被稱為高純二氧化氯發(fā)生器。它包含兩種：一種是與lvqi（可以用HCl和NaClO反應(yīng)來代替）反應(yīng)，另一種是與鹽酸反應(yīng)。其反應(yīng)方程式如下：

         2NaClO₂ + Cl₂ → 2ClO₂ + 2NaCl
         5NaClO₂ + 4HCl → 4ClO₂ + 5NaCl + H₂O
         2NaClO₂ + NaClO + 2HCl → 2ClO₂ + 3NaCl + H₂O

        從反應(yīng)方程式可見，亞氯酸鈉與鹽酸反應(yīng)氯的zui大理論轉(zhuǎn)化率只有80%，而與lvqi反應(yīng)氯的zui大理論轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到*，從而較大程度地節(jié)約亞氯酸鈉原料用量。由于前幾年國(guó)內(nèi)亞氯酸鈉原料的價(jià)格較高，導(dǎo)致二氧化氯的生產(chǎn)成本較高，推廣應(yīng)用較慢。然而目前隨著技術(shù)的改進(jìn)，亞氯酸鈉的生產(chǎn)成本大副下降，而且市場(chǎng)上還有25%亞氯酸鈉溶液供應(yīng)，它更經(jīng)濟(jì)更安全。以亞氯酸鈉為原料所產(chǎn)生的消毒劑中二氧化氯含量較高，一般在90%以上，該法已在發(fā)達(dá)國(guó)家已廣泛應(yīng)用。

三、 不同發(fā)生技術(shù)優(yōu)劣及副產(chǎn)物危害的比較

        1.氯酸鈉工藝

         采用氯酸鈉和鹽酸為原料進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)式如下：NaClO₃ +2HCl ＝ ClO₂ +1/2Cl₂ +NaCl + H₂O該工藝zui大的缺點(diǎn)是在二氧化氯產(chǎn)生的同時(shí)還有約占二氧化氯產(chǎn)量的一半的lvqi產(chǎn)生；氯酸鈉是和火柴的原料，它的管理儲(chǔ)存不僅要滿足化學(xué)危險(xiǎn)品的要求，還要滿足原料的管理要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，二氧化氯的有效轉(zhuǎn)化率一般只有30-50%左右，并且受到反應(yīng)溫度和鹽酸濃度的影響。要提高二氧化氯的轉(zhuǎn)化率，必需保持較高的反應(yīng)溫度（約70-90℃）和加大鹽酸的過剩量，但這同時(shí)又會(huì)導(dǎo)致副產(chǎn)物lvqi產(chǎn)率的提高，使反應(yīng)產(chǎn)物中l(wèi)vqi的含量增大。但即使提高反應(yīng)溫度，氯酸鈉的二氧化氯轉(zhuǎn)化率也處于低下水平，因此采用提高反應(yīng)溫度來增加氯酸鈉的二氧化氯轉(zhuǎn)化率的實(shí)際意義并不大。
     由于lvqi的大量存在（理論上就有35%lvqi存在），從嚴(yán)格上講，已經(jīng)失去了二氧化氯投加的zui基本的意義，即降低水中三氯甲烷的含量。并且由于氯酸鈉的轉(zhuǎn)化率在實(shí)際運(yùn)行中通常不足50%，這使得在投加量較高時(shí)，大量未反應(yīng)的氯酸鈉進(jìn)入配水系統(tǒng)中，這不但是原料浪費(fèi)的問題，而且使水中剩余的ClO₃^-的濃度較高，造成二次污染，同時(shí)在高酸性時(shí)該系統(tǒng)可能會(huì)產(chǎn)生大量的高氯酸根離子（ClO₄^-）、。正是由于以上諸多原因，在國(guó)外有關(guān)二氧化氯應(yīng)用水廠的資料中，還未有上述氯酸鈉工藝的報(bào)道。而國(guó)內(nèi)有許多水廠使用氯酸鈉工藝的二氧化氯發(fā)生器，其主要原因是國(guó)內(nèi)氯酸鈉工藝的二氧化氯發(fā)生器較亞氯酸鈉工藝的二氧化氯發(fā)生器研制得比較早，用戶在別無選擇的情況只有使用氯酸鈉工藝的二氧化氯發(fā)生器（即復(fù)合二氧化氯發(fā)生器）。
 2.亞氯酸鈉工藝
       上面已介紹該工藝有兩種方法，都是兩相原料系統(tǒng)，而第三種方法是從lvqi衍生而來的，即用鹽酸和次氯酸鈉反應(yīng)來代替lvqi，與其它工藝相比，此法制備二氧化氯*，一方面沒有采用lvqi為原料，提高了操作安全性，另一方面亞氯酸鈉*轉(zhuǎn)化為二氧化氯，沒有造成原料損失。不管那一種方法，從反應(yīng)方程式可見亞氯酸鈉反應(yīng)轉(zhuǎn)化成二氧化氯，無lvqi的產(chǎn)生，從而較大程度地節(jié)約亞氯酸鈉原料的用量，潛在的副產(chǎn)物氣體是lvqi，其含量不足5%，其它的雜質(zhì)離子在發(fā)生器的設(shè)計(jì)中可以得到很好的控制。實(shí)測(cè)二氧化率轉(zhuǎn)化效率達(dá)95%以上。其系統(tǒng)都具有工藝簡(jiǎn)單、不需加溫、設(shè)備容易操作及維護(hù)、產(chǎn)物中的二氧化氯純度高達(dá)95%以上等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外的二氧化氯發(fā)生器都是采用亞氯酸鈉工藝，因?yàn)樵摴に囋诜磻?yīng)柱中負(fù)壓下瞬間反應(yīng)*，不需要鹽酸過量，可能的副產(chǎn)物是亞氯酸根離子（ClO₂^-）和氯酸根離子ClO₃^-因?yàn)楦呒兌趸劝l(fā)生器的投加量很低，所以這些副產(chǎn)物離子還不足以影響人體健康。
3.副產(chǎn)物的危害
     對(duì)二氧化氯（ClO₂）和其無機(jī)副產(chǎn)物ClO₂^-和ClO₃^-的毒性問題國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究。氯酸鈉工藝由于反應(yīng)不*，導(dǎo)致大量的氯酸根離子進(jìn)入水中，即使投加量很低也會(huì)使水中該指標(biāo)偏高，而且其中的lvqi副產(chǎn)物跟水中有機(jī)物反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生三氯甲烷等致癌有機(jī)物，直接危害健康。
      通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定亞氯酸鈉工藝出口處的二氧化氯溶液，結(jié)果表明亞氯酸根離子（ClO₂^-）和氯酸根離子ClO₃^-的含量很低，二氧化氯純度在95%以上。因此，在常規(guī)的水消毒濃度范圍內(nèi)，它們不會(huì)對(duì)人體造成不良影響，而且通過合理的優(yōu)化，可以使它們?cè)谂渌到y(tǒng)中的濃度降低到zui小濃度。
      無論哪種工藝，在飲用水消毒中都要求二氧化氯的純度大于90%以上，在實(shí)際應(yīng)用中才能減少和控制三氯甲烷等致癌有機(jī)物的生成；美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（USEPA）則明確要求二氧化氯發(fā)生器生產(chǎn)二氧化氯的純度zui少要大于95%?？梢?，在飲用水消毒中高純二氧化氯發(fā)生器較復(fù)合二氧化氯發(fā)生器更適合。
4．二氧化氯發(fā)生器的規(guī)格
     目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器的規(guī)格是以有效氯的產(chǎn)生能力來標(biāo)注，而高純型二氧化氯發(fā)生器均是以二氧化氯的生產(chǎn)能力來標(biāo)注，由于1克純二氧化氯=2.63克的有效氯,故1000克的高純型二氧化氯發(fā)生器相當(dāng)于2630克的復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器，容易混淆，許多水廠用戶對(duì)此不太了解，結(jié)果花同樣的錢而購買了不同處理能力的二氧化氯發(fā)生器設(shè)備。
四.結(jié)束語
      目前，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)存在兩種類型的二氧化氯發(fā)生器，即復(fù)合型和高純型，它們都屬于化學(xué)法二氧化氯發(fā)生器，高純型不管在技術(shù)上還是在性能上都優(yōu)于復(fù)合型，對(duì)環(huán)境的友好性上高純型也比復(fù)合型好。當(dāng)然，在運(yùn)行成本上復(fù)合型的原料較高純型便宜，表面上好像很“經(jīng)濟(jì)”，但是需要注意的是復(fù)合型在計(jì)算運(yùn)行成本時(shí)是以有效氯計(jì)，而純二氧化氯的有效氯是lvqi的2.63倍。復(fù)合型的投加量通常是高純型的好幾倍，所以高純二氧化氯發(fā)生器不管是對(duì)環(huán)境效益、處理效果以及設(shè)備的性能都具有很大的優(yōu)勢(shì)，高純型二氧化氯發(fā)生器將逐步被飲用水行業(yè)用戶所接受，并zui終將*取代復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器，從而符合二氧化氯行業(yè)的發(fā)展方向。