二氧化氯消毒技术在贵州农村水厂中的应用
摘要:二氧化氯是一种优良安全的消毒剂。结合二氧化氯消毒在贵州农村水厂的应用情况,介绍二氧化氯消毒技术的原理和特点、设备选型、制取方法、投加与控制等方面的内容,指出了二氧化氯消毒是现阶段农村水厂比较适合的消毒方式。
关键词:二氧化氯;消毒技术;农村水厂;应用
消毒是给水处理工艺中的重要组成部分,它是保证用户安全用水必不可少的措施之一。以往液氯及其衍生物(次氯酸钠、漂白粉等)是最常用的化学消毒剂,但随着水体中有机污染物的增多,氯消毒会产生三氯甲烷致癌物及液氯泄漏等安全隐患问题越来越多地受到人们的指责。而且液氯在采购、运输、储存、使用中对安全管理要求很高,这对于在规模上远小于城市自来水厂、管理水平不高、事故应急能力相对较弱的农村水厂是不太适合的。臭氧虽然消毒效果好、二次污染小并且能够有效改善水的嗅和色度,但由于其一次性投资大、使用成本和维护成本较高等原因也不适宜农村水厂使用。二氧化氯除了具备臭氧消毒的优点外,还有在水中的停留时间长、制备方便、产率高、产量大、成本较低、操作较为安全、易于控制、原料易得等优点,越来越多地受到农村小型水厂的欢迎。根据不完全的统计,目前全国已有超过2000家以上的农村水厂采用二氧化氯消毒。
世界银行贷款第四期中国农村供水与环境卫生项目在贵州省的修文、开阳、息烽、毕节、金沙、黔西、威宁、纳雍、正安9个县(市)共修建了88座农村水厂,解决568个村80.71万农民的饮水解困和饮水安全问题。通过对其中4个县已建成10座水厂的调研,所有水厂的消毒方式均采用了二氧化氯消毒。
1 二氧化氯消毒技术
1.1 二氧化氯的消毒机理
二氧化氯(ClO2)常温下是一种黄绿色的气体,具有与氯气、臭氧类似的刺激性气味,液态或气态二氧化氯都不稳定,易挥发,易爆炸,易溶于水形成黄绿色溶液,在20℃的水中溶解度为107.9g/L,溶解度是氯气的5倍,温度升高时,溶解度略有下降。
二氧化氯在水溶液中的氧化还原电位高达115V,其ClO2分子结构外层存在一个未成对电子,成为活泼自由基,具有很强的氧化作用,通过强氧化性杀灭微生物。其杀菌作用主要是通过渗入细菌及其他微生物细胞内,与细菌及其他微生物蛋白质中的部分氨基酸发生氧化还原反应,使氨基酸分解破坏,进而控制微生物蛋白质合成,最终导致细菌被杀死。同时,ClO2对细胞壁有较好的吸附和透过性能,可有效地氧化细胞内含硫基的酶。除对一般细菌有杀灭作用外,对芽孢、病毒、藻类、铁细菌、硫酸盐还原菌和真菌等均有很好的杀灭作用。
1.2 二氧化氯的制取
农村自来水厂采用二氧化氯消毒,由于二氧化氯性质不稳定,一般采用专用装置(二氧化氯发生器)现场发生和投加。目前,绝大多数水处理用二氧化氯发生器均采用化学法反应原理,即采用2种或2种以上的化学原料通过反应器反应生成二氧化氯。根据采用原料的不同,可分为氯酸钠法和亚氯酸钠法。
氯酸钠法采用氯酸钠加盐酸的反应机理,即:
2NaClO3+4HCl→2ClO2+Cl2+2NaCl+2H2O (1)
亚氯酸钠法多采用亚氯酸钠加盐酸的反应机理,即:
5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O (2)
氯酸钠法特点是原料易得、价格低,反应产物是ClO2、Cl2分别占70%、30%左右的的混合物。其设备结构简单,一次性投资较小,ClO2发生成本大约为0.01～0.015元/g。
亚氯酸钠法的优点是原料转化率高(理论转化率为100%),可以制得95%纯度的ClO2。该法在国外饮水消毒中占70%。亚氯酸钠法的主要缺点是设备较贵,原料不易采购且价格较高,产气成本在0.05元/g以上,是氯酸钠法的4～5倍。由于成本原因,在目前条件下农村水厂采用亚氯酸钠法二氧化氯发生器的不多。但产物中ClO2的纯度较高的优点,使得亚氯酸钠法也有一定的应用前景。
2 二氧化氯在贵州农村水厂中的应用情况
2.1 对已建10座农村水厂的资料统计
通过对贵州省的开阳县、息烽县、黔西县和正安县共10座已建成的农村水厂的调研,水厂的有关设计资料见表1。
2.2 二氧化氯的制备
在调查的10座水厂的资料统计上,所有的水厂均采用了二氧化氯的消毒方式,以氯酸钠、盐酸为原料的复合型二氧化氯发生器现场制取,产物为以二氧化氯为主、氯气为辅的混合气体,二氧化氯含量占70%以上。复合二氧化氯发生器主要由供料系统、反应系统、温控系统、吸收系统、安全系统组成。其化学反应如下:
2NaClO3+4HCl→2ClO2+Cl2+2NaCl+2H2O
该反应的最佳温度为70。C,反应器采用耐温、耐腐蚀材料制造。反应生成的二氧化氯和氯气混合气体通过水射器投加到被处理水中。
2.3 二氧化氯的投加与控制
《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006规定,用二氧化氯消毒时出厂水限值为0.8mg/L,出厂水余量不低于0.1mg/L,管网末梢水中的余量不低于0.02mg/L。要达到出厂水二氧化氯余量的指标要求,投加量应高于指标值。具体投加量应根据不同水厂的水质通过实验而定。贵州山区供水用户较分散、管网较长,为了延长二氧化氯在管网中的持续消毒时间,一般以地表水为水源的自来水厂有效氯投加量为1.0～2.0mg/L,地下水为0.5～1.0mg/L。
加氯点选在清水池进水口处并能保证消毒气体在水中分散均匀的地方,一般复合二氧化氯发生器运行时可实现自动控制,根据清水池进水流量信号或清水池出水的余氯探测信号自动控制发生器进料计量泵的流量,调节发生器的产量,其工艺如图1。
2.4 复合二氧化氯发生器的选取
复合二氧化氯发生器产量以有效氯含量计,其型号与每小时产量一致,选用时根据待处理水的水量和耗氯量确定型号。如华特H908-100A型指的就是二氧化氯发生能力为100g/h。因此,只要知道处理水量、加药浓度就可确定二氧化氯发生器的规格型号或发生能力。计算方法如下:
B=CQ/T (3)
式中:B为所选设备的产量,g/h;C为二氧化氯的投加浓度,mg/L或g/m3;Q为水厂的设计水量,m3/d;T为运行时间,h/d。
以息烽温泉水厂为例,水厂设计规模1000m3/d,二氧化氯投加量为1.5mg/L,每天运行16h,代入(3)式计算得B为93.75g/h,故选二氧化氯发生能力为100g/h的华特H908-100A型发生器。
由于市场上二氧化氯发生器的品牌很多,每个品牌的产品在规格型号、结构原理、安装及操控方式等方面也不尽相同。对于农村水厂来说,应根据本厂的水处理工艺选择合适的消毒设备及安全有效的投加工艺是确保自来水高效、经济、安全消毒的前提。
2.5 二氧化氯的消毒效果
10座水厂现已投产运行,当地卫生部门多次检测数据表明,采用复合二氧化氯发生器生成的二氧化氯和氯气混合气体消毒效果明显,消毒后水的有机污染指标、细菌总数和大肠菌群均符合国家生活饮用水卫生标准。
3 结语
二氧化氯作为一种很有前途的消毒剂,其工艺简单、易于操作、原料易购易存、设备占地少、运行安全,而且成本适中、消毒效果好等特点,比较适合现阶段分散的、中小规模的农村水厂。随着二氧化氯发生器生产技术的日趋成熟、产品的日臻完善,以及饮用水消毒技术安全性研究的进一步深人和发展,二氧化氯在农村水厂中的使用将会越来越好。
参考文献:
[1]吴一蘩,高乃云,乐林生.饮用水消毒技术[M].北京:化学工业出版社,2006.
[2]许保玖.给水处理理论[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.
[3]马树升,樊铭京,张峰,杨红玲.二氧化氯消毒技术在村村通自来水中的应用[J].山东农业大学学报(自然科学版),2008(1):85-87.
[4]李新杰,陈晓东,于文敦.农村饮用水二氧化氯安全消毒工艺设计[J].中国农村水利水电,2007(11):21-24
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
