非连续运行水厂二氧化氯替代液氯消毒探讨
摘 要: 本文介绍了在生产实践中不连续运行的深井泵站采用液氯消毒所存在的问题,从理论和生产实践中,论证了采用二氧化氯发生器替代液氯消毒的合理性,并从安全性和经济性上进一步得出结论:采用二氧化氯发生器消毒更适合非连续水厂的生产。
关键词: 非连续；水厂；液氯消毒；二氧化氯消毒；二氧化氯发生器
0 引言
平煤集团供水总厂三分厂南站位于叶县遵化镇张寨村附近,由分布在2.5km2范围的8眼深井泵站、清水池和一个集中二次加压泵房组成。水经深井泵抽上后输送到南站院内的清水池,加二氧化氯消毒后由二次加压泵房加压输送到平煤8矿、12矿等用户供其生产、生活使用。目前分段供水,白天开泵,晚上停泵。工艺流程如图1所示:
20世纪初,由于饮水问题,霍乱、伤寒等流行病普遍发生,给人们造成严重危害,为此1908年美国新泽西州首次采用饮水加氯消毒的处理方法,使传染病率显著下降,此后,饮水加氯消毒法被迅速推广,并作为饮水安全的忠言手段而沿用至今。液氯消毒法至今有90多年的历史。1974年Book和Bell等首次报道从含氯消毒剂消毒过的饮用水中检出能诱导哺乳动物产生肿瘤的含氯消毒剂副产物三氯甲烷类(THMS)化合物[1],其中氯仿出现的频率最高,含量也最高。从此人们开始研究替代氯的消毒剂。对饮用水常用的消毒剂如氯气(Cl2)、二氧化氯(ClO2)、臭氧(O3)、氯胺(NH2Cl)等进行综合比较,ClO2是最佳替代用品[2]。有不少国家的水厂采用其消毒,如美国有103个水厂、加拿大有10个水厂、欧洲有数千个水厂使用[3]。近几年我国也有少数水厂使用,平煤集团供水总厂三分厂南站于2005年下半年已经由原来的液氯消毒改为ClO2消毒。
1 使用液氯消毒存在的问题
1.1 加氯机故障及原因
1.1.1 加氯机故障
在自来水供水系统中,无论水源是地表水还是地下水,消毒被确认为是最基本和最重要的处理环节,是保证人民生活用水安全的基本措施。在现行供水消毒处理工艺中氯气仍是常用的杀菌消毒剂,供水总厂三分厂消毒剂也一直采用液氯,经加氯机水射器抽吸后,投加进入清水池。原先采用国产ZJ型转子加氯机,因维修麻烦,安全系数不高,已被淘汰,后又使用美国瑞高加氯机。最初两年,使用很正常,基本上免维修,但随后几年,陆续出现故障如加氯机进水、排空管处微量泄氯等,给安全生产带来隐患。由于代理商远在北京,不能及时赶到,给安全生产带来不便；另一方面,进口加氯机配件昂贵,更换费用较高。
1.1.2 故障原因分析
平煤集团供水总厂三分厂南站由于供水方式为早开晚停,非连续运行,加氯机频繁开关,加剧了内部密封圈磨损,减少了加氯机使用寿命。同期安装的其他分厂所用加氯机均是24h连续工作,使用5a来,工作正常,很少维修。加之南站地下水含沙量较大,虽然有滤网,少量细小的沙粒仍能通过滤网进入水射器,对水射器单向阀造成磨损,使单向阀关闭不严。停氯时,加氯管内的水通过关闭不严的单向阀进入加氯机内,细砂同时加剧加氯机内部密封圈磨损,使之关闭不严,这样造成加氯机进水和微量泄氯。
1.2 存在的隐患
氯瓶为钢瓶,钢瓶阀门每天都要开关,频繁操作,万一损坏,会造成重大事故。近几年,国内不少地方都发生了液氯钢瓶泄露事故,给人民生命财产造成重大损失。因此,液氯使用在安全上越来越受到重视,也成为水厂最大的危险源。尤其像三分厂这样的非连续运行水厂,频繁开关加氯系统,使用液氯消毒,安全隐患更大。另外,考虑到氯与水体中有机物会生成三氯甲烷等有害健康的氯代有机物,用液氯消毒潜在的风险越来越大。
为了消除不安全隐患,提高水质,保证健康,结合国内消毒发展的趋势,从2005年下半年开始,供水总厂开始论证ClO2发生器替代液氯消毒的可行性。通过到洛阳自来水公司、嵩县自来水公司、栗水自来水公司、江心州自来水公司、泗县自来水公司、苏州盛泽自来水公司参观调研,又组织科技人员多次论证,决定采用南京理工大学在国内外率先开发出的正压注入式ClO2发生器,取代目前所用液氯消毒工艺。
2 二氧化氯性能简介
二氧化氯的化学分子式为ClO2,相对分子质量67.452。ClO2常温下是一种黄绿色到橙色的气体,颜色变化取决于其浓度,具有与Cl2相似的刺激性气味。ClO2易溶于水,其溶解度约为Cl2的5倍。ClO2是联合国世界卫生组织(WTO)确认的一种安全、高效、广谱强力杀菌剂,其有效氯是Cl2的2.63倍,杀菌能力是Cl2的5倍,是次氯酸钠的50倍以上,它可以杀灭一切微生物,包括细菌繁殖体、分支杆菌,尤其对甲肝、乙肝、伤寒、脊髓灰质炎及艾滋病毒有良好的杀灭和抑制效果,非常适用于自来水消毒处理。
ClO2与其它消毒剂如氯、氯胺相比,ClO2饮水消毒处理有如下特点:
⑴广谱杀菌剂:ClO2是广谱杀菌剂,对水处理系统中水池过滤设备和管道中的藻类、异氧菌、铁细菌、硫酸盐还原菌和浮游生物等均有很好的杀菌效果。
⑵消毒效果显著:在pH为7的水中,不到0.1mg/L的ClO2在5min内杀灭一般细菌如伤寒杆菌、痢疾杆菌、大肠杆菌等。ClO2对芽胞菌(尤其炭疽芽胞菌)和病毒的杀灭作用均比较理想,要100%杀灭水中的大肠杆菌与金黄色葡萄球菌,用ClO20.1mg/L,作用20min,而用氯则需59mg/L作用同样的时间；100%杀灭枯草杆菌和黑色种芽胞杆菌,用ClO20.5mg/L,作用20min,而氯则需296mg/L作用同样的时间；当维持水中亚氯酸盐浓度在0.1mg/L以下时,ClO2可以抑制隐孢子虫。
⑶ClO2可改善饮水氯化副产物致癌作用。
⑷控制供水嗅和味:处理污染较重的水时,ClO2可以分解多种产生异味的污染物如酚类、藻类、腐败有机物等使异味消除。
⑸具有脱色和除铁除锰的作用。
⑹具有除毒作用:ClO2能分解破坏水中藻毒素和肉毒杆菌毒素,其效果比氯和氯胺都好。对水中砷有显著的去除作用,实验表明砷为40～70mg/L时经ClO2处理后可降为4～5mg/L。
3 ClO2发生器原理及特点
3.1 原理
ClO2一般是由发生器现场反应而成,由原料氯酸钠(纯度99%)和盐酸(浓度为31%)在发生器中反应产生,化学反应式为:
2NaClO3+4HCl=2ClO2+2NaCl+2H2O+Cl2
3.2 组成
化学法ClO2发生器主要有原料槽、反应器、原料输送泵、投加装置等组成。
3.3 ClO2发生器特点
⑴整个发生器为密闭式操作系统,在操作过程中没有ClO2气体泄漏,所以室内使用没有味道。
⑵发生器结构简单、操作方便,可与供水水泵实行联动,可由流量传感器控制药剂投加剂量,实现连续、稳定、准确投加消毒剂。
4 三分厂使用ClO2消毒简介
采用两台CPF-1000EG型ClO2发生器。发生量为1000g/h,一用一备。两台设备由一套流量在线控制系统控制,控制系统可实行计算机远程监控。深井泵后管压最大为0.6MPa,由于CPF-1000EG型ClO2发生器为正压式发生器,消毒液的压力较大,故设备产生的ClO2消毒剂通过聚四氟软管投加到水管中。
设备采用流量在线控制,使用瑞士LG流量传感器,加药点设在深井泵汇总管。控制柜使用西门子PLC为中心控制器,现场触摸屏控制面板操作,远程用计算机监控。控制柜安放在值班室,设备、溶盐槽、贮盐槽、氯酸钠原料安放在设备间,两盐酸贮槽单独安放在原料间。液晶控制面板和上位计算机控制界面上可适时显示出消毒剂流量、设备的工作状况、原料贮槽是否缺料等设备工作情况。设备与四台深井泵联动,原料贮槽缺料时,控制柜发出声光报警信号,并自动停止设备工作。流量传感器将深井泵汇总管水流信号送至控制柜,自动控制设备按流量大小控制发生器工作。在线控制系统出现故障时,设备自动由流量在线控制转为手动控制,以保证水厂的正常运行。
5 三分厂使用ClO2消毒的效果
从2006年2月份开始安装调试至今,运行正常,出厂水余氯保持在0.2mg/L以上。2006年7月份的检测结果见表1。
建设部所颁CJ/T206—2005标准规定:使用ClO2消毒时测定,与水接触30min后出厂水游离氯≥0.1mg/L；管网末梢水总氯≥0.05mg/L,或ClO2含量≥0.02mg/L。
由表1可知,ClO2消毒时只要接触时间达3min,出厂水游离余氯均可达0.1mg/L,末梢水余氯量就能达标,抵抗二次污染的能力较强,同时其它各项水质指标均达到国家标准。
另外,CPF-1000EG正压式ClO2发生器操作安全可靠、方便,能根据流量变化自动调节ClO2投加量,基本上不用人工干预,停电,自动停止。同时该系统为全密闭操作系统,不论运行操作还是处于停机状态,都没有ClO2气体外泄,尤其比较适合像三分厂这样的不连续供水的水厂。
由于采用优化的结构设计和进料配比使原料转化率和二氧化氯生成率都很高,使得每产生1gClO2的相对原料成本很低。同时,设备耗电量很低(无须加热),所以设备整体运行成本较低。根据近几个月原料消耗统计:1万t水消耗二氧化氯6kg左右,盐酸在30kg左右。按目前市场价,消毒成本约为0.005元/t水,比以前使用液氯消毒(0.004元/t水左右)价格稍高一点。
6 结论
根据三分厂的实际运行情况,出水水质一直稳定达标,运行可靠,ClO2发生器基本无故障,减少了维修工作量,消除了漏氯危险源。采用ClO2消毒,能有效控制水中致突变物的生成,与使用Cl2相比,成本相差不大,但自来水的水质提高许多,有利于人类的健康。
参考文献
[1]林辉,刘建平.氯消毒饮水的毒性及流行病学研究进展[J].中国消毒学杂志,2000,17(2):89-90.
[2]田颖,王晶日,黄丽萍.饮水消毒的变革—新型消毒剂二氧化氯取代液氯的前景[J].环境保护科学,2000,26(10):14-16.
[3]蔡宏道.现代环境卫生学[M].北京:人民卫生出版社,1995.
[4]陈晓东,丁 震,朱惠刚.二氧化氯饮水消毒及卫生学问题与对策[J].实用预防医学,1999,6(6):478-481.
[5]王春兰.二氧化氯杀菌剂在自来水供水站的应用[J].中国氯碱,2004(10):20-22.
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