二氧化氯應(yīng)用于水廠消毒的探討摘要：對(duì)二氧化氯在水廠消毒應(yīng)用中的工藝選擇、最佳制取方法以及運(yùn)行控制等幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了探討，對(duì)正確看待二氧化氯在水廠消毒中的地位及其推廣應(yīng)用的前景提出了看法。

關(guān)鍵字：二氧化氯水廠消毒應(yīng)用

氯消毒一直是給水處理工藝中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，但隨著水源污染的加劇及水質(zhì)監(jiān)測(cè)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(cè)出了三氯甲烷等多種致癌或可誘發(fā)癌變的有機(jī)物，這使人們對(duì)氯消毒的安全性產(chǎn)生了懷疑。歐、美等國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始對(duì)替代氯消毒的其他消毒劑進(jìn)行了深入研究，認(rèn)為二氧化氯是其中性價(jià)比最優(yōu)的一種［1］。

目前，二氧化氯已在歐美數(shù)千家水廠得到應(yīng)用，而我國(guó)在這方面起步和發(fā)展較慢，從20世紀(jì)90年代以后才開(kāi)始在一些中、小型水廠中加以應(yīng)用。從二氧化氯本身的優(yōu)勢(shì)以及在解決由水源污染而造成的水質(zhì)問(wèn)題上所具的作用來(lái)看，二氧化氯在我國(guó)飲用水處理中的應(yīng)用已逐漸引起了人們的重視，二氧化氯作為水廠的常規(guī)可選消毒劑在我國(guó)的推廣也是必然的趨勢(shì)。1二氧化氯與氯氣的合理選擇1.1二氧化氯與氯氣的比較［2］

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(lái)由于源水水質(zhì)的惡化，氯消毒所引發(fā)的環(huán)境健康問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視，氯消毒替代品的研究也越來(lái)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。綜合現(xiàn)有的研究成果，二氧化氯與氯氣相比具有的優(yōu)、缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

由表1可以看出，二氧化氯作為消毒劑的綜合指標(biāo)要高于氯氣，但二氧化氯也存在著相應(yīng)的不足和缺點(diǎn)。因此，二氧化氯工藝的選擇必須考慮它的最佳使用條件，才能取得良好的處理效果和經(jīng)濟(jì)效益。表1二氧化氯的優(yōu)勢(shì)勢(shì)與不足二氧化氯所具有的的優(yōu)勢(shì)二氧化氯的不足①二氧化氯能直接氧氧化水中的腐腐殖酸(HA)或黃腐酸(FA)等天然有機(jī)機(jī)物，不與其其形成三鹵甲甲烷等氯化物物，能大大降降低消毒后水水中三鹵甲烷烷(THMSS)等氯消毒副副產(chǎn)物。

②二氧化氯在在水中不發(fā)生生水解，不與與水中的氨氮氮反應(yīng)，因此此其殺菌效率率不受水中pH值和水中氨氨氮濃度的影影響。

③二氧化氯能能有效地氧化化去除水中的的藻類(lèi)、酚類(lèi)類(lèi)及硫化物等等有害物質(zhì)，對(duì)對(duì)這些物質(zhì)造造成水的色、嗅嗅、味等具有有比氯氣更佳佳的去除效果果。

④二氧化氯能能有效殺滅水水中用氯消毒毒效果較差的的病毒和孢子子等。①消毒成本高。據(jù)資資料報(bào)道，氯氯消毒的成本本約為0.006元/t，二氧化氯氯消毒為0.03元/t，兩者相差差近5倍。

②二氧化氯的的檢測(cè)手段還還不完備，分分析檢測(cè)較復(fù)復(fù)雜，相對(duì)的的操作管理水水平也要求較較高。

③二氧化氯的的過(guò)量投加會(huì)會(huì)在水中形成成大量的亞氯氯酸根，對(duì)亞亞氯酸根的毒毒理學(xué)認(rèn)識(shí)，目目前仍處于研研究階段。1.2

二氧化氯的最佳使用條件

任何一種消毒劑都有其最佳的使用條件。在我國(guó)，二氧化氯在水廠中的應(yīng)用仍處于探索階段，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范還未建立，因此在消毒工藝的選擇上仍存在盲目的行為。根據(jù)二氧化氯所具有的特性及在一些水廠的應(yīng)用實(shí)踐，筆者認(rèn)為二氧化氯應(yīng)主要應(yīng)用于以下4種情況：

①受有機(jī)物污染的地表水源

由于工業(yè)污染的加速，地表水源水質(zhì)不斷惡化，再加上有些地表河流的年徑流量變化較大，造成枯水期水源中各種有機(jī)物、酚類(lèi)、硫化物的指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。例如我國(guó)北方某城市，以黃河水為水源，在冬季枯水期用氯消毒時(shí)，水廠出水中常含有一種較強(qiáng)的氯酚氣味，并且水的口感變差；當(dāng)采用了二氧化氯進(jìn)行消毒后，水中氣味和口感得到明顯改善。上海自來(lái)水公司在對(duì)黃浦江和長(zhǎng)江水源的工藝研究中也得出二氧化氯與有機(jī)物不生成鹵代烴，與氯消毒相比，水中氯仿含量可降低45%～62%，可以大大消除三氯甲烷等副產(chǎn)物的產(chǎn)生量。

②藻類(lèi)、真菌造成的含色、嗅、味的水源

對(duì)一些以湖泊、水庫(kù)為水源的水廠，水體富營(yíng)養(yǎng)化而引起的藻類(lèi)過(guò)量繁殖，以及部分藻類(lèi)和植物腐爛后所導(dǎo)致的放線菌大量滋生，都會(huì)引起水質(zhì)色度增高并含有異味。對(duì)這類(lèi)水源采用二氧化氯作為消毒劑，或作為可選擇的消毒劑，則比氯氣具有更大的優(yōu)勢(shì)。據(jù)資料報(bào)道，比利時(shí)的Yvoir水廠和Taifer水廠采用二氧化氯來(lái)控制水中由于放線菌大量滋生而產(chǎn)生霉味(mustyodor)和泥炭味(peaty)，具有明顯的效果。山東濱州某縣級(jí)水廠的水源為水庫(kù)蓄積的黃河水，在夏季常產(chǎn)生大量的藻類(lèi)，使水體顏色呈棕色，并有一種刺激性氣味，細(xì)菌指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。采用二氧化氯消毒后，出水水質(zhì)無(wú)嗅、無(wú)味，各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

③pH值和氨氮含量較高的水源

與氯不同，二氧化氯在水中以分子形式存在，即使在稀溶液中也不發(fā)生水解，因此其消毒效率不像氯氣那樣隨pH值的變化而變化。另外，二氧化氯不與氨氮反應(yīng)生成低效率的氯胺，在高氨氮含量的條件下仍保持較高的殺菌效率。我國(guó)很多水源中氨氮值常常偏高，如果用氯氣進(jìn)行消毒，氯氣的投加量會(huì)加大，投氯量的增大又導(dǎo)致出水中氯化副產(chǎn)物THMS的急劇增加，形成一個(gè)很難解決的矛盾，而二氧化氯則是解決這一矛盾的最佳選擇。

④較高鐵、錳含量的地下水源

實(shí)驗(yàn)證實(shí)，二氧化氯對(duì)水中鐵、錳的去除效果要好于氯氣，尤其是對(duì)水中錳的去除效果更佳。但在水廠中單獨(dú)使用二氧化氯進(jìn)行鐵、錳的去除還未見(jiàn)報(bào)道。

綜上所述，二氧化氯與氯氣的優(yōu)化選擇應(yīng)根據(jù)源水水質(zhì)及處理要求而定。對(duì)一些污染較重的源水，采用二氧化氯作為濾前預(yù)氧化劑，而出水仍用氯氣消毒的聯(lián)合工藝(見(jiàn)圖1)則更具有推廣價(jià)值。據(jù)報(bào)道，這種工藝可使三鹵甲烷(THMS)的生成量減少50%～70%，而且處理成本較低。2二氧化氯的制取工藝［3］二氧化氯性質(zhì)活潑，不易貯存和運(yùn)輸，因此都采用現(xiàn)場(chǎng)制備的方式。通常水廠使用的二氧化氯發(fā)生器都采用化學(xué)反應(yīng)的原理進(jìn)行制備，根據(jù)采用原料的不同，可分為氯酸鈉工藝和亞氯酸鈉工藝。

2.1氯酸鈉工藝［4］

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

該工藝最大的缺點(diǎn)是在二氧化氯產(chǎn)生的同時(shí)還有約占二氧化氯產(chǎn)量一半的氯氣發(fā)生。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，二氧化氯的有效轉(zhuǎn)化率一般只有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℃)和加大鹽酸的過(guò)剩量，但這同時(shí)又會(huì)導(dǎo)致副產(chǎn)物氯氣產(chǎn)率的提高，使反應(yīng)產(chǎn)物中氯氣的含量增大。

由于氯氣的大量存在，嚴(yán)格講已經(jīng)失去了二氧化氯投加的最基本的意義，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)入水中，水中剩余的ClO3-的濃度較高，造成二次污染。正是由于以上諸多原因，在國(guó)外有關(guān)水廠二氧化氯應(yīng)用的資料中，還未有上述氯酸鈉工藝的報(bào)道。

22亞氯酸鈉工藝［3］

亞氯酸鈉工藝主要有以下兩種：

①亞氯酸鈉加鹽酸工藝

反應(yīng)原理為：

5NaClO2+4HCl＝4ClO2+5NaCl+2H2O

該工藝具有工藝簡(jiǎn)單、不需要加溫、設(shè)備容易操作及維護(hù)、產(chǎn)物中二氧化氯純度高達(dá)95%以上等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外的小型二氧化氯發(fā)生器常采用此反應(yīng)原理，如德國(guó)的Prominent、美國(guó)的F&P公司都有相應(yīng)的產(chǎn)品，我國(guó)采用亞氯酸鈉產(chǎn)生二氧化氯的發(fā)生器也都以此工藝為基礎(chǔ)。

從水廠的應(yīng)用實(shí)踐來(lái)看，該工藝主要存在的問(wèn)題有：a由于其屬自氧化還原反應(yīng)，故理論上有20%的亞氯酸鈉被還原成NaCl，使其最高有效轉(zhuǎn)化率只有80%，造成成本加大。b由于鹽酸的需要量大，以一個(gè)5×104t的水廠為例，當(dāng)二氧化氯的投加量為1mg/L時(shí)，鹽酸(濃度為25%)的消耗量為300kg/d。因此，中型以上的水廠采用此工藝制取二氧化氯，鹽酸的儲(chǔ)備需占用較大的空間。一般，采用此工藝的發(fā)生器應(yīng)主要用于5×104t以下規(guī)模的水廠。

②亞氯酸鈉加氯氣工藝

反應(yīng)式為：2NaClO2+Cl2＝2ClO2+2NaCl

國(guó)外水廠中尤其是大型水廠以此工藝為基礎(chǔ)的發(fā)生器約占70%，而這方面的國(guó)產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用還未見(jiàn)報(bào)道，這主要是由于我國(guó)目前二氧化氯的應(yīng)用仍主要集中在中、小型水廠，尤其是縣級(jí)左右的小水廠，二氧化氯的需要量一般在300～1000g/h上下。對(duì)這部分水廠而言，操作簡(jiǎn)單、使用安全是選擇二氧化氯設(shè)備的主要因素，而工藝中所含有的加氯系統(tǒng)無(wú)疑會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度，加大設(shè)備投資和管理難度，因此對(duì)中、小型水廠并無(wú)優(yōu)勢(shì)。

但從二氧化氯在水廠尤其是大、中型水廠進(jìn)行推廣使用的前景來(lái)看，作者認(rèn)為此工藝具有非常大的優(yōu)勢(shì)。

首先，從反應(yīng)式中可以看出，用氯氣取代鹽酸，提高了亞氯酸鈉的有效轉(zhuǎn)化率，降低了運(yùn)行成本，并且避免了濃鹽酸在儲(chǔ)存、輸送及投加過(guò)程中對(duì)操作環(huán)境的影響，更容易提高設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化程度。

其次，該工藝可以根據(jù)實(shí)際需要單獨(dú)投加氯氣，或單獨(dú)產(chǎn)生二氧化氯，能最大限度地適應(yīng)水廠源水水質(zhì)的變化要求。對(duì)一些水廠，尤其是以地表水為水源的水廠，通常水質(zhì)隨季節(jié)的變化而變化，當(dāng)處于豐水期時(shí)水質(zhì)較好，這時(shí)采用氯氣消毒即可達(dá)到處理要求；而在枯水期或由于其他原因造成的水質(zhì)變差時(shí)，再使用二氧化氯進(jìn)行消毒，或者二氧化氯和氯氣的聯(lián)合使用，可取得最佳的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

第三，隨著我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的逐步健全，二氧化氯在我國(guó)大型水廠的應(yīng)用必將得到推廣。但對(duì)已建有氯氣消毒的水廠來(lái)說(shuō)，就存在著是設(shè)備改造還是設(shè)備更新的問(wèn)題。本工藝可以在原有的設(shè)備基礎(chǔ)上，增加一些簡(jiǎn)單的設(shè)施就可達(dá)到靈活使用二者的目的，因此具有很大的實(shí)用價(jià)值。

第四，采用此工藝生成的二氧化氯的pH值接近中性，可以較長(zhǎng)時(shí)間保存而不發(fā)生歧化反應(yīng)，因此可以通過(guò)中間儲(chǔ)存箱實(shí)現(xiàn)一臺(tái)設(shè)備設(shè)置多個(gè)投加點(diǎn)。3自動(dòng)化控制問(wèn)題二氧化氯是通過(guò)兩種藥劑的現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)來(lái)制取，要想準(zhǔn)確投加，必須對(duì)兩種藥劑進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量和配比才能實(shí)現(xiàn)。否則，會(huì)因?yàn)榕浔炔划?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(shí)，會(huì)出現(xiàn)單藥劑投加而完全失去消毒效果并污染水質(zhì)。

從國(guó)外的應(yīng)用來(lái)看，二氧化氯發(fā)生器的運(yùn)行都采用自動(dòng)化控制，通常包括工藝自動(dòng)化和設(shè)備運(yùn)行自動(dòng)化。其中工藝自動(dòng)化是指通過(guò)外部信號(hào)(如處理水流量、剩余二氧化氯濃度等)對(duì)投藥量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，以求達(dá)到最適宜的投加量。而設(shè)備運(yùn)行自動(dòng)化是指關(guān)于設(shè)備本身正常運(yùn)行的自動(dòng)化控制，比如兩種藥劑的自動(dòng)配比、故障自動(dòng)報(bào)警及事故自動(dòng)處理等。

目前，我國(guó)二氧化氯發(fā)生器在水廠中應(yīng)用的自動(dòng)化程度還較低，一些中、小型水廠的二氧化氯發(fā)生器的運(yùn)行還完全采用手動(dòng)標(biāo)定兩種藥液滴數(shù)來(lái)計(jì)量，完全無(wú)法控制二氧化氯的產(chǎn)量和投加量。二氧化氯發(fā)生器是集物料計(jì)量、現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)、定量投加于一體的消毒設(shè)備，其自動(dòng)化程度直接關(guān)系到二氧化氯的產(chǎn)率以及消毒水中副產(chǎn)物的殘留濃度。筆者認(rèn)為，在我國(guó)水廠推廣應(yīng)用二氧化氯時(shí)，應(yīng)重視設(shè)備本身自動(dòng)化的程度，結(jié)合具體水源的特點(diǎn)選用合理的控制方式，才能取得最佳的處理效果和經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)：［1］AietaE,BergJD.Areviewofchlorinedioxideindrinkingwatertre