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電解食用鹽次氯酸鈉發(fā)生器介紹

電解食用鹽次氯酸鈉發(fā)生器介紹

目前，在給水處理中常用的消毒方式主要有氯、二氧化氯消毒法、臭氧消毒法、紫外線消毒法等。氯以其消毒效果好、投資和運(yùn)行成本低、技術(shù)工藝成熟等優(yōu)勢(shì)在給水處理中得到大規(guī)模的應(yīng)用，但是近年來(lái)由于人們對(duì)于氯運(yùn)輸、存儲(chǔ)方面的不安全以及氯消毒副產(chǎn)物的擔(dān)心，特別是在水廠的運(yùn)行管理過(guò)程中，需要經(jīng)常進(jìn)行漏氯演練、安全審批及運(yùn)行管理等繁瑣的工作，氯消毒成本不斷提高，目前大型城市自來(lái)水廠紛紛逐步限制氯的使用，尋求更加安全有效的消毒劑。

    次氯酸鈉溶液是一種用途極為廣泛的廣譜殺菌滅藻的強(qiáng)氧化劑，殺菌效力同氯相當(dāng)；同其他消毒劑相比較，次氯酸鈉液能與水任意比互溶，*解決了像氯、二氧化氯、臭氧等氣體消毒劑所存在的難溶于水而不易做到準(zhǔn)確投加的技術(shù)困難，消除了氯、二氧化氯、臭氧等藥劑時(shí)常具有的跑、泄、漏、毒等安全隱患；同時(shí)易于儲(chǔ)存，易分解、無(wú)殘留、對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害，是一種較為理想的消毒方式。因此近年來(lái)，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的自來(lái)水廠改用安全性較高、投加設(shè)備簡(jiǎn)單的次氯酸鈉消毒方式。本文介紹了次氯酸鈉消毒原理、制備、次氯酸鈉消毒影響因素、在國(guó)內(nèi)外給水消毒的應(yīng)用現(xiàn)狀,為推廣次氯酸鈉在飲用水消毒方面運(yùn)用提供參考。

1.      次氯酸的消毒機(jī)理

次氯酸鈉的有效消毒成分與氯消毒的有效成分相同，均為水解產(chǎn)生的次氯酸（HOCl）,HOCl為很小的中性分子，不僅可作用于細(xì)胞壁、病毒外殼，而且次氯酸分子小，不帶電荷，還可滲透入菌(病毒)體內(nèi)，與菌(病毒)體蛋白、核酸和酶等有機(jī)高分子發(fā)生氧化反應(yīng)，從而殺死病原微生物，OCl-雖亦具有殺菌能力，但是帶有負(fù)電，難于接近帶負(fù)電的細(xì)菌表面，殺菌能力比HOCl差得多[9]。生產(chǎn)實(shí)踐表明，pH值越低則消毒作用越強(qiáng)，證明HOCl是消毒的主要因素。其次，次氯酸會(huì)進(jìn)一步分解形成新生態(tài)氧［O］，新生態(tài)氧的*氧化性使菌體和病毒上的蛋白質(zhì)等物質(zhì)變性，從而致死病源微生物[10]。同時(shí)次氯酸鈉溶液中含有的氯通過(guò)與細(xì)胞膜蛋白質(zhì)結(jié)合，形成氮氯化合物，從而干擾細(xì)胞的代謝，后引起細(xì)菌的死亡；后，次氯酸水解產(chǎn)生的氯離子還能顯著改變細(xì)菌和病原體的滲透壓，使其細(xì)胞喪失活性。一般認(rèn)為次氯酸的氧化作用是其消毒的主要機(jī)理。

次氯酸鈉水解過(guò)程可用化學(xué)方程式簡(jiǎn)單表示如下:

NaClO+ H2O → HClO+ NaOH 
 HClO → HCl + [O]

HOCl與細(xì)菌胞內(nèi)有機(jī)物的反應(yīng)可以簡(jiǎn)化為

R-NH-R+HOCl→R2NCl+H2O

2.      次氯酸鈉消毒的優(yōu)缺點(diǎn)

次氯酸鈉殺菌效力同氯相當(dāng)，屬于真正高效、廣譜、安全的強(qiáng)力滅菌藥劑。其優(yōu)點(diǎn)主要有：1.投加準(zhǔn)確，與氯相比，達(dá)到出廠水余氯含量，使用次氯酸鈉溶液消耗相對(duì)較少。由于氯在投加于水中時(shí)未能全部解，需要考慮一定的過(guò)量系數(shù)，投加同樣量時(shí)次氯酸鈉與水的親和力好，能與水任意比互溶，效果比投加氯要好，而且操作安全，使用方便；2.次氯酸鈉消毒的管網(wǎng)余氯衰減要比氯消毒游離余氯衰減略慢，主要是次氯酸鈉在水中的水解要比氯慢，且呈堿性，更具有持續(xù)的消毒能力；3.與氯消毒相比，次氯酸鈉安全風(fēng)險(xiǎn)較低，不存在泄露危害人體生命安全等問(wèn)題，不產(chǎn)生有毒、有害副產(chǎn)物，有研究表明，次氯酸鈉消毒時(shí)出廠水中DCAA）低于氯消毒，而（TCAA）二者基本相當(dāng)。次氯酸鈉消毒時(shí)出廠水中三鹵甲烷（THMs）低于氯，四氯化碳（CCl4）二者基本相當(dāng)。總體，次氯酸鈉消毒副產(chǎn)物量低于氯。4.次氯酸鈉也不會(huì)象氯

同水反應(yīng)會(huì)后形成鹽酸那樣，對(duì)金屬管道構(gòu)成嚴(yán)重腐蝕。同時(shí)便于運(yùn)輸，原料易得。

但其亦有以下缺不足：使用成本較氯高（含設(shè)備投入）缺乏適合于飲用水使用的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，成品次氯酸鈉的質(zhì)量難于控制，若非現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生，運(yùn)輸量顯著增加（一般質(zhì)量濃度為10%）；可能存在無(wú)機(jī)副產(chǎn)物氯酸鹽（ClO3-）問(wèn)題。ClO-發(fā)生歧化反應(yīng)生成：3ClO-→ClO3-+2Cl-

此反應(yīng)共分為兩步：

 2ClO-→ClO2-+2Cl-    和   ClO2- +ClO-→ClO3-+Cl-

當(dāng)次氯酸鈉溶液中CLO-的含量越高（也就是次氯酸鈉溶液的有效氯濃度），CLO-發(fā)生歧化反應(yīng)的數(shù)量就越多，較高濃度的成品次氯酸鈉溶液存放時(shí)間越長(zhǎng)，CLO-發(fā)生歧化反應(yīng)的數(shù)量也會(huì)越多。

采用氫氧化鈉吸收氯生產(chǎn)次氯酸鈉的過(guò)程中，如果溫度控制不當(dāng)，也可能產(chǎn)生氯酸鹽。

飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006）對(duì)CLO3-（氯酸根）的限值是0.7ppm，在水質(zhì)抽樣過(guò)程中，因?yàn)槭褂贸善犯邼舛却温人徕c溶液作為消毒的水廠發(fā)生氯酸根超標(biāo)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

3.      影響次氯酸鈉殺菌作用的因素

影響次氯酸鈉消毒作用的因素主要有pH值，消毒劑的濃度、在水中的分布狀態(tài)及接觸時(shí)間，被消毒水體的性質(zhì)以及溫度。

pH值對(duì)次氯酸鈉殺菌作用影響。次氯酸鈉的殺菌作用主要依賴于溶液中未分解的次氯酸濃度，而HClO與ClO-相對(duì)比例主要取決于pH值，溶液pH值愈低，則未分解的次氯酸愈多，隨著pH值上升，愈來(lái)愈多的次氯酸分解成氫與次氯酸根離子，當(dāng)pH值＞10時(shí)，OCl-接近100%，當(dāng)pH值＜5時(shí)， HOCl接近100%。當(dāng)pH值=7.54時(shí)， HOCl和OCl-比例相當(dāng)。

消毒劑的濃度、在水中的分布狀態(tài)及接觸時(shí)間，消毒劑的濃度越高，與微生物接觸時(shí)間越長(zhǎng)，總體滅活效率越高。其他條件不變，某種消毒劑對(duì)某一種微生物的滅活程度與消毒劑的濃度和接觸時(shí)間成正比。常將CT值作為消毒系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的控制指標(biāo)，如，根據(jù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)游離氯消毒時(shí)，出廠水余氯濃度0.3mg/L，接觸時(shí)間30分鐘，則設(shè)計(jì)的CT值為9min.mg/L。消毒接觸池的設(shè)計(jì)應(yīng)使消毒劑與水迅速混合均勻。

水中的懸浮顆粒物、還原劑、pH值等都會(huì)對(duì)氯消毒效果產(chǎn)生影響。由于懸浮顆粒屏蔽、包裹病原微生物，導(dǎo)致消毒效果不佳，造成用水安全隱患，同時(shí)有機(jī)物能消耗有效氯，降低其殺菌效能。

溫度影響消毒劑的擴(kuò)散及化學(xué)反應(yīng)速度，在一定范圍內(nèi)，溫度的升高能增強(qiáng)殺菌作用，此現(xiàn)象在濃度較低時(shí)較明顯。

4.      次氯酸鈉的制備方法

目前次氯酸鈉的制備方法主要有化學(xué)法和電解法。

4.1化學(xué)法

因此在產(chǎn)品成分上除化學(xué)法主要是指用堿吸收氯堿廠產(chǎn)生的尾氣從而產(chǎn)生次氯酸鈉，一般采用16%-18% NaOH 在吸收塔中，循環(huán)、吸收廢氯在經(jīng)過(guò)過(guò)濾提純之后制得，屬于氯堿工業(yè)副產(chǎn)品，（2NaOH+C12 →NaClO+NaCl+H2O+104.6kJ)，氯堿廠出產(chǎn)的次氯酸鈉溶液為無(wú)色或者淡黃色水溶液，含有效氯濃度較高（可達(dá)10%以上），主要成分NaClO外，還有NaOH、NaCl、Na2CO3等，其中以NaOH成分居多（維持次氯酸鈉溶液穩(wěn)定防止其分解）此法生產(chǎn)出來(lái)的次氯酸鈉溶液含有較多雜質(zhì)，而且產(chǎn)品濃度高而更易受熱而揮發(fā)，從而給運(yùn)輸、存儲(chǔ)和使用造成許多不便。溫度、光照、溶液pH值、溶液濃度、金屬離子等因素對(duì)次氯酸鈉穩(wěn)定性的影響，一般高濃度次氯酸鈉都會(huì)添加一定的穩(wěn)定劑，并采用pH值>12進(jìn)行儲(chǔ)存，并且要求溶液在生產(chǎn)數(shù)周內(nèi)使用完[11,12],運(yùn)輸量顯著增加；而高濃度的商品次氯酸鈉屬于危險(xiǎn)品，具有較強(qiáng)的腐蝕性，運(yùn)輸時(shí)存在安全隱患，目前市場(chǎng)上的工業(yè)NaClO溶液多為此法生產(chǎn)。

NaOH與Na2CO3等會(huì)隨著NaClO消毒溶液的投加而帶入加藥管線，給管線沿線及管口處結(jié)垢。當(dāng)水中硬度較高時(shí)，與水中的Ca2+和Mg2+ 反應(yīng)產(chǎn)生CaCO3、MgCO3，Mg(OH)2的沉淀。沉淀微粒在NaClO溶液的輸送過(guò)程及使用過(guò)程中，沉積在管線接口處或閥門上，隨著時(shí)間的積累形成結(jié)垢[13]，這種現(xiàn)象目前在國(guó)內(nèi)幾乎所有使用成品次氯酸鈉溶液投加的水廠都有發(fā)生。

所以采用成品次氯酸鈉作為給水消毒必須保證成品次氯酸鈉的質(zhì)量。

4.2電解法

電解法是指以鹽(NaCl)為原料通過(guò)次氯酸鈉發(fā)生器電解生成次氯酸鈉；次氯酸鈉的生成過(guò)程可以通過(guò)化學(xué)方程式表達(dá)如下：

其總反應(yīng)表達(dá)如下：

NaCl+H2O→NaOCl+H2↑

電極反應(yīng)：

    陽(yáng)極： 2Cl--2e→Cl2

陰極： 2H++2e→H2

    溶液反應(yīng)：  2NaOH+Cl2→NaCl+NaOCl+H2O

電解鹽水生成次氯酸鈉溶液的裝置稱為次氯酸鈉發(fā)生器，已經(jīng)被證明是一種安全、可靠、運(yùn)行成本較低、藥物投加準(zhǔn)確、消毒效果的設(shè)備。我國(guó)已于1990年1月12日發(fā)布了GB12176-90標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)備特點(diǎn)：

●安全性

安全的原料：精鹽、電、水，不使用和運(yùn)輸氯、濃鹽酸等危險(xiǎn)化學(xué)品

安全的工藝：無(wú)漏氯或反應(yīng)器爆炸危險(xiǎn)，對(duì)操作人員安全

安全的產(chǎn)物：產(chǎn)品為0.8%的次氯酸鈉溶液，為安全品，濃度低，存放不衰減，副產(chǎn)品少；

●節(jié)能

可在用電低谷制備和貯存次氯酸鈉溶液，不占用高峰用電時(shí)段電量，充分利用電能，經(jīng)濟(jì)節(jié)能；

●環(huán)保

避免使用和運(yùn)輸高危險(xiǎn)化學(xué)品，杜絕了危險(xiǎn)化學(xué)品對(duì)環(huán)境、操作工及周邊居民的危害，保護(hù)了環(huán)境和人類；

●經(jīng)濟(jì)

在產(chǎn)品15年的生命周期內(nèi)，與二氧化氯或商品次氯酸鈉溶液相比，可大幅減少因合成化學(xué)品價(jià)格快速上漲帶來(lái)的費(fèi)用支出，總投入費(fèi)用更經(jīng)濟(jì)。

設(shè)備組成：

設(shè)備有進(jìn)水模塊、溶鹽模塊、發(fā)生模塊、儲(chǔ)存及排氫模塊、投加模塊及控制模塊組成。