高純二氧化氯消毒飲用水的工程應(yīng)用

高純二氧化氯消毒飲用水的工程應(yīng)用研究摘要：二氧化氯ClO2是一種性能優(yōu)越的飲用水消毒劑。本文將HLJ-I型ClO2發(fā)生器用于北方某地城市凈水廠的飲用水消毒，系統(tǒng)地研究了該發(fā)生器的產(chǎn)氣性能及高純對(duì)細(xì)菌、大腸菌群的殺滅效果，同時(shí)比較了ClO2和液氯消毒時(shí)有機(jī)物的生成情況。試驗(yàn)結(jié)果表明用高純ClO2消毒飲用水的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；與液氯消毒的飲用水相比，其有機(jī)鹵代物含量明顯減少。關(guān)鍵字：二氧化氯飲用水消毒StudyoontheeAppllicatiionoffChloorineDioxiidetooDisiinfecttDrinnkingWaterrAbstracct：Chloorinedioxiide(CClO2)isakinndofdisinnfectoorofgoodqualiity.IInthiispapper,aaHLJ--IgenneratoorofClO2wasuusedttodissinfecctdriinkinggwateeratawattertrreatmeentpllantiintheenortthofChinaa.Theeperfformannceoffthegenerratorandtthereemovallrateeofbbacterriumaandcooliforrmbaccteriaawereeinveestigaatedddetailledly..Attthesaametiime,tthecaategorriesaandquuantittyoforgannicsuubstannceoffwateertreeatedwithClO2andCl2arestudiiedreespecttivelyy.TheeresuultssshoweddthattdrinnkingwaterrtreaatedwwithCClO2canmeettheNNationnalDrrinkinngWatterQuualityyStanndard.CompparedwithwaterrdisiinfecttedwiithCll2,theeconccentraationoforrganicchaliidewaasdeccreaseedeviidentlly.Keyworrds:cchloriinediioxidee;driinkinggwateer;diisinfeectionn.1

引言

飲用水氯氯消毒已有近近百年歷史，但但近年來，液液氯消毒產(chǎn)生生的鹵仿等有有機(jī)鹵代物的的潛在危害已已引起世界各各國(guó)的強(qiáng)烈關(guān)關(guān)注和共識(shí)，用用新型消毒劑劑替代液氯已已勢(shì)在必行。研研究已證明［［1,2］，二氧化氯(ClO2)在廣泛pH范圍內(nèi)具有有更好的消毒毒效果，其對(duì)對(duì)細(xì)菌、病毒毒、藻類和浮浮游動(dòng)物等微微生物的殺滅滅效果明顯優(yōu)優(yōu)于液氯；同同時(shí)ClO2消毒不僅不不產(chǎn)生有機(jī)鹵鹵代物［3］，且對(duì)水中中的酚類、苯苯胺類、硫醇醇類和Fe2+、Mn2+等有機(jī)和無機(jī)污污染物均有很很好的去除效效果［4］，還有優(yōu)良良的脫色除味味性能，ClO2是可替代液液氯的有效消消毒劑之一［［5］。2

HLJ--I型ClO2發(fā)生器的基基本結(jié)構(gòu)和發(fā)發(fā)生方法2.1

HLLJ-I型高純ClO2的發(fā)生方法常用的ClO22制備方法有有電解食鹽法法和化學(xué)法，而而目前化學(xué)法法的應(yīng)用最為為廣泛。我們們開發(fā)的制備備ClO2的新方法屬屬于化學(xué)法的的一種，其主主要原料是氯氯酸鈉（NaClOO3）、硫酸（H2SO4）和一種還還原劑。48NaClOO3＋24H2SO4＋還原劑→48ClOO2＋12CO2＋35H2O＋24Na2SO4通過系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)研究，得出出了采用該方方法制備ClO2的最佳工藝藝參數(shù)：還原原劑2.65%%(w/w)；NaClOO325%～26.6%%(w/w)；硫酸60%～62%(ww/w)；反應(yīng)時(shí)間30min；反應(yīng)溫度60℃。與其它化化學(xué)方法相比比，其先進(jìn)之之處在于選用用的還原劑性性質(zhì)穩(wěn)定、原原料易得、無無毒無害、價(jià)價(jià)格低廉、使使用方便。2.2

HLLJ-I型ClO2發(fā)生器的基基本結(jié)構(gòu)

HLJ-I型型ClO2發(fā)生器主體體采用連續(xù)式式多級(jí)塔板結(jié)結(jié)構(gòu)，還包括括自動(dòng)投藥系系統(tǒng)、ClO2投加控制系系統(tǒng)、自動(dòng)溫溫控系統(tǒng)和自自動(dòng)排液系統(tǒng)統(tǒng)以及控制器器組成。其工工作過程是先先根據(jù)化學(xué)方方程式推算出出生成所需量量的ClO2應(yīng)投加的三三種原料的用用量；然后通通過精密計(jì)量量泵將原料液液精確地注入入到反應(yīng)器中中，反應(yīng)生成成的ClO2通過加氯設(shè)設(shè)備被精確地地投加到濾后后水中。3

HLJ--I型高純ClO2發(fā)生器的性性能研究3.1

分析析方法ClO2采用連連續(xù)碘量法［［6］；細(xì)菌總數(shù)數(shù)采用平皿計(jì)計(jì)數(shù)法；大腸腸菌群采用多多管發(fā)酵法。3.2

HLLJ-I型高純ClO2發(fā)生器的運(yùn)運(yùn)行穩(wěn)定性保持兩種反應(yīng)液液投加速度和和反應(yīng)條件相相對(duì)穩(wěn)定，分分別測(cè)定不同同時(shí)刻水中ClO2濃度并列于于表1。從表1可以看出，只只要保持兩種種反應(yīng)液投加加速度和反應(yīng)應(yīng)條件相對(duì)穩(wěn)穩(wěn)定，不同時(shí)時(shí)刻的ClO2投加濃度基基本穩(wěn)定在預(yù)預(yù)先設(shè)置的范范圍。表1

不同時(shí)時(shí)刻水中ClO2的濃度（mg/L）(Table1ConncentrrationnofCClO2

atdiiffereenttiime)取樣時(shí)間（miin）ClO2濃度（mg/L）NaClO3混混合液1.80LL/h＋硫酸2.70L/hNaClO3混混合液1.80LL/h＋硫酸2.70L/hNaClO3混混合液1.80LL/h＋硫酸2.70L/h500.500.450.371200.680.470.412000.700.430.394000.700.450.39

ClO2的的收率ClO2收率即即實(shí)際產(chǎn)量與與其理論產(chǎn)量量的比值。收收率的高低直直接影響到ClO2的生產(chǎn)成本本和制水成本本。試驗(yàn)研究究系統(tǒng)考察了了最佳反應(yīng)條條件下、不同同日期的ClO2收率，其結(jié)結(jié)果見圖1。從圖1可以看出，在在最佳反應(yīng)條條件下，ClO2的收率保持持在75%～83%的水平，與與市場(chǎng)上其它它常見的發(fā)生生器相比具有有較高的收率率。圖1

最佳反反應(yīng)條件下、不不同日期的ClO2收率(Fig1

RecllaimrrateoofClOO2undeertheebesttconddiatioonatdiffeerentday)3.23

制制備ClO2的純度研究表明［7］］，欲較好地地控制CHCl3的形成，ClO2的質(zhì)量百分分?jǐn)?shù)在混合消消毒劑中必須須大于90%，否則仍將將有大量的氯氯仿生成。試試驗(yàn)研究系統(tǒng)統(tǒng)考察了HLJ--I型ClO2發(fā)生器制備ClO2的純度，結(jié)結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，試試驗(yàn)期間所獲獲得ClO2的純度均保保持在95％以上，該該純度可有效效地控制有機(jī)機(jī)鹵代物的生生成。圖2

試驗(yàn)期期間制備ClO2的純度(Figuree2

PPurityyofCClO2duriingthhewhoolesttudy)4

高高純ClO2消毒飲用水水的工程應(yīng)用用4.1

CllO2投加量和投投加方式的確確定根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的滅滅菌試驗(yàn)和ClO2處理飲用水水的中試研究究，將后投ClO2的投量確定定在0.5~11.0mgg/L；其投加方方式和氯氣相相似，只需將將HLJ--I型ClO2發(fā)生器的氣氣體出口接到到水廠原有加加氯設(shè)備的水水射器上即可可，如圖3所示。圖3

二氧化化氯投加方式式示意圖(Figuree3

SSketchhofiinjecttionCClO2intoowateer)4.2工程運(yùn)運(yùn)行的試驗(yàn)結(jié)結(jié)果為了便于比較，試試驗(yàn)中以1天為一時(shí)間間段分別投加加液氯或ClO2，然后分別別對(duì)原水、濾濾池出水、投投加消毒劑的的出廠水取樣樣分析。ClO2投加濃度為0.50~~1.0mmg/L，液氯投加加濃度為2.0mgg/L，試驗(yàn)結(jié)果果列于表2。從表2可以看出出，在試驗(yàn)期期間，原水的的細(xì)菌總數(shù)為為65~1220cfu//mL，大腸菌群36~922cfu/L。原水經(jīng)預(yù)預(yù)氯化、混凝凝、沉淀、過過濾后細(xì)菌總總數(shù)為5~33cfu//mL，大腸菌群3~27cfu//L。盡管濾后后水質(zhì)已有很很大改觀，但但尚未達(dá)到國(guó)國(guó)家飲用水衛(wèi)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)濾后水投加CClO2，當(dāng)投加濃濃度為0.50~~1.0mgg/L時(shí)，出水中中細(xì)菌總數(shù)（0~3ccfu/mmL）低于投加Cl21.5~~2.0mgg/L時(shí)的細(xì)菌總總數(shù)（0~12cfu//mL）。經(jīng)ClO2或Cl2消毒后水中中大腸菌群數(shù)數(shù)均不超過3cfuu/L。出水的其其它指標(biāo)包括括濁度、色度度等均滿足國(guó)國(guó)家飲用水衛(wèi)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。表2ClOO2處理飲用水水水質(zhì)分析結(jié)結(jié)果(Table2

ThhequaalityofdrrinkinngwatterdiisinfeectedwithClO2)樣品號(hào)

分析項(xiàng)目12345678910后投ClO2濃濃度(mg/L))0.590.650.580.580.650.550.720.821.00.90細(xì)菌總數(shù)(cfu/mmL)原水827965867811693105103120濾后1851021333020162715Cl2消毒后5026101286101ClO2消毒后后0010121000大腸菌群(cfu/LL)原水92527060386930523670濾后14111377847811Cl2消毒后<3<3<3<3<3<3<3<3<3<3ClO2消毒后后<3<3<3<3<3<3<3<3<3<34.3

CllO2消毒后飲用用水中有機(jī)物物分析分別取投加液氯氯0.7mgg/L和ClO20.7mgg/L的濾后水300L用處理好的XAD—2樹脂進(jìn)行富富集，然后對(duì)對(duì)樹脂的乙醚醚洗脫液進(jìn)行行了色譜－質(zhì)質(zhì)譜聯(lián)機(jī)分析析，其結(jié)果列列于表3。從表3可以看出，ClO2消毒的水樣樣中有機(jī)物的的種數(shù)和相對(duì)對(duì)含量均低于于液氯消毒的的水樣，證明明ClO2氧化有機(jī)物物的能力優(yōu)于于液氯。投加加ClO2的水樣中未未檢測(cè)出有機(jī)機(jī)鹵代物，而而在投加液氯氯的水樣中檢檢測(cè)出大量有有機(jī)鹵代物，約約占有機(jī)物總總量的9.48%，這個(gè)結(jié)果果也進(jìn)一步證證實(shí)了ClO2消毒可以有有效控制有機(jī)機(jī)鹵代物的生生成。表3

富集水水樣的有機(jī)物物分類表(Table3

Caategorryoforganniccoompounndinenricchedwwater)項(xiàng)目

富集水樣樣總峰數(shù)（個(gè)）檢索峰數(shù)（個(gè)）有機(jī)鹵代物峰數(shù)數(shù)（個(gè)）有機(jī)物種數(shù)（種種）有機(jī)物相對(duì)百分分含量（%）有機(jī)鹵代物種數(shù)數(shù)（種）有機(jī)鹵代物相對(duì)對(duì)百分含量(%)有機(jī)鹵代物占有有機(jī)物百分含量(%)氯代物溴代物總量氯代物溴代物總量氯代物溴代物總量液氯消毒9957104897.112793.306.189.483.406.369.76ClO2消毒713403096.380000000004.4

CClO2工程運(yùn)行的的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分分析以上的試驗(yàn)驗(yàn)表明ClO2消毒飲用水水技術(shù)上可行行。工程運(yùn)行行中，根據(jù)實(shí)實(shí)測(cè)得出生產(chǎn)產(chǎn)1噸ClO2的成本為1.89萬元，按其其投量為0.5mgg/L，與液氯（成成本2300元/t，投量2mg/L）消毒相比比，用ClO2消毒1噸水其成本本較氯氣提高高不到1分錢。雖然然處理成本略略有提高，但但從保護(hù)居民民身體健康的的角度來考慮慮，這一點(diǎn)成成本的提高是是值得的。5結(jié)語ClO2的工程程運(yùn)行結(jié)果表表明HLJ-I型高純ClO2發(fā)生器產(chǎn)氣氣量穩(wěn)定，制制備的ClO2平均純度大大于95%；與投加2mg/L液氯相比，ClO2投量為0.5～1.0mgg/L時(shí)，處理后后水的各項(xiàng)指指標(biāo)均達(dá)到或或優(yōu)于國(guó)家標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的要求；；試驗(yàn)結(jié)果表表明ClO2消毒后水中中有機(jī)物的種種類和數(shù)量較較液氯消毒明明顯減少，ClO2消毒可有效效控制有機(jī)鹵鹵代物的生成成。參

考

文文

獻(xiàn)1.HuanngJunnli,WaangLii,RenNanqii,etaal.Dissinfecctioneffecctofchlorrineddioxiddeonvirusses,aalgaeandaanmiallsplaanktonnsinwaterr.WatterReesearcch,19997,31((3):4555~4600.2.黃君禮等等,二氧化氯對(duì)對(duì)水中細(xì)菌的的滅活效果.中國(guó)給水排排水,19966,12(33):13--14.3.Mutttamaraa