一、 前言---飲用水消毒設備設計方案

飲用水消毒已經(jīng)發(fā)展了一百多年，其中yelv在控制各種危害人類健康的疾病方面功不可沒。然而，隨著水質的不斷惡化，zui近的研究表明，yelv（包括其它氯制劑）會與水中的有機物反應生成危害人類健康的消毒副產物三氯甲烷等致癌物質。

        二氧化氯作為一種新型的消毒劑，替代lvqi消毒具有諸多優(yōu)點。但由于二氧化氯的不穩(wěn)定性與一定的腐蝕性，使得商業(yè)上不便制成壓縮氣體或濃縮液，必須現(xiàn)場制備、就地使用，二氧化氯發(fā)生器就是其中一種現(xiàn)場發(fā)生二氧化氯的方法。目前，發(fā)生二氧化氯的方法至少有十幾種，二氧化氯發(fā)生器的廠家和型號更是多種多樣。如何區(qū)別不同二氧化氯發(fā)生器的性能、并選擇質優(yōu)價廉的二氧化氯發(fā)生器產品，對于二氧化氯發(fā)生器用戶來說顯得至關重要。

二、不同二氧化氯發(fā)生技術的介紹

        二氧化氯很不穩(wěn)定，無論氣態(tài)還是液態(tài)，均容易發(fā)生爆炸，所以其儲存運輸也比較困難。因而，二氧化氯一般采用現(xiàn)場發(fā)生制取。根據(jù)其制備的原理，可以分為電解法和化學法。不管采用哪一種發(fā)生工藝，評價發(fā)生器性能的優(yōu)劣的標準應該是*的，即轉化率、二氧化氯純度、有害副產物和安全性。

        1．電解法

        該方法由美國四價公司首先研制開發(fā)成功。其原料為食鹽，采用隔膜電解的方法制取二氧化氯，所制得的二氧化氯純度較低，一般在30%以下，同時混有Cl₂、H₂O₂、O₃等，且lvqi的含量較高，用于飲用水消毒是否能夠避免氯消毒的副作用，還很值得懷疑。另外，該方法制作設備造價較高，電極易于腐蝕，管理復雜，故目前已很少使用電解法二氧化氯發(fā)生器。

        2. 化學法

         化學法制備二氧化氯根據(jù)采用原料不同分為氯酸鈉和亞氯酸鈉兩種方法。

        2.1 氯酸鈉法

        以氯酸鈉和鹽酸等為原料，采用負壓恒溫工藝，制得的二氧化氯產率和純度均不高，目前通常稱為復合二氧化氯發(fā)生器。復合二氧化氯發(fā)生器以有效氯計一般在70%以下，仍含有一定數(shù)量的氯，而且原料轉化率低，操作較復雜。從理論上說產品應用于消毒實踐中，不可避免會有氯化消毒副產物的產生，因此發(fā)達不*采用氯酸鈉為原料生產二氧化氯就是這個原因。從本質上說應該是說生產二氧化氯和lvqi混合物更為貼切，籠統(tǒng)地稱為二氧化氯有混淆視聽之嫌。所以應該進一步規(guī)范二氧化氯的生產以及產品命名，以免誤導市場，損害消費者利益。

        2.2 亞氯酸鈉法

        以亞氯酸鈉為原料的二氧化氯生產方法統(tǒng)稱為高純發(fā)生方法，其二氧化氯發(fā)生器被稱為高純二氧化氯發(fā)生器。它包含兩種：一種是與lvqi（可以用HCl和NaClO反應來代替）反應，另一種是與鹽酸反應。其反應方程式如下：

         2NaClO₂ + Cl₂ → 2ClO₂ + 2NaCl
         5NaClO₂ + 4HCl → 4ClO₂ + 5NaCl + H₂O
         2NaClO₂ + NaClO + 2HCl → 2ClO₂ + 3NaCl + H₂O

        從反應方程式可見，亞氯酸鈉與鹽酸反應氯的zui大理論轉化率只有80%，而與lvqi反應氯的zui大理論轉化率可以達到100%，從而較大程度地節(jié)約亞氯酸鈉原料用量。由于前幾年國內亞氯酸鈉原料的價格較高，導致二氧化氯的生產成本較高，推廣應用較慢。然而目前隨著技術的改進，亞氯酸鈉的生產成本大副下降，而且市場上還有25%亞氯酸鈉溶液供應，它更經(jīng)濟更安全。以亞氯酸鈉為原料所產生的消毒劑中二氧化氯含量較高，一般在90%以上，該法已在發(fā)達已廣泛應用。

三、 不同發(fā)生技術優(yōu)劣及副產物危害的比較--飲用水消毒設備設計方案

        1.氯酸鈉工藝

         采用氯酸鈉和鹽酸為原料進行反應，反應式如下：NaClO₃ +2HCl ＝ ClO₂ +1/2Cl₂ +NaCl + H₂O該工藝zui大的缺點是在二氧化氯產生的同時還有約占二氧化氯產量的一半的lvqi產生；氯酸鈉是和火柴的原料，它的管理儲存不僅要滿足化學危險品的要求，還要滿足原料的管理要求。實驗結果表明，二氧化氯的有效轉化率一般只有30-50%左右，并且受到反應溫度和鹽酸濃度的影響。要提高二氧化氯的轉化率，必需保持較高的反應溫度（約70-90℃）和加大鹽酸的過剩量，但這同時又會導致副產物lvqi產率的提高，使反應產物中l(wèi)vqi的含量增大。但即使提高反應溫度，氯酸鈉的二氧化氯轉化率也處于低下水平，因此采用提高反應溫度來增加氯酸鈉的二氧化氯轉化率的實際意義并不大。
     由于lvqi的大量存在（理論上就有35%lvqi存在），從嚴格上講，已經(jīng)失去了二氧化氯投加的zui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化率在實際運行中通常不足50%，這使得在投加量較高時，大量未反應的氯酸鈉進入配水系統(tǒng)中，這不但是原料浪費的問題，而且使水中剩余的ClO₃^-的濃度較高，造成二次污染，同時在高酸性時該系統(tǒng)可能會產生大量的高氯酸根離子（ClO₄^-）、。正是由于以上諸多原因，在國外有關二氧化氯應用水廠的資料中，還未有上述氯酸鈉工藝的報道。而國內有許多水廠使用氯酸鈉工藝的二氧化氯發(fā)生器，其主要原因是國內氯酸鈉工藝的二氧化氯發(fā)生器較亞氯酸鈉工藝的二氧化氯發(fā)生器研制得比較早，用戶在別無選擇的情況只有使用氯酸鈉工藝的二氧化氯發(fā)生器（即復合二氧化氯發(fā)生器）。
 2.亞氯酸鈉工藝
       上面已介紹該工藝有兩種方法，都是兩相原料系統(tǒng)，而第三種方法是從lvqi衍生而來的，即用鹽酸和次氯酸鈉反應來代替lvqi，與其它工藝相比，此法制備二氧化氯zuijia，一方面沒有采用lvqi為原料，提高了操作安全性，另一方面亞氯酸鈉*轉化為二氧化氯，沒有造成原料損失。不管那一種方法，從反應方程式可見亞氯酸鈉反應轉化成二氧化氯，無lvqi的產生，從而較大程度地節(jié)約亞氯酸鈉原料的用量，潛在的副產物氣體是lvqi，其含量不足5%，其它的雜質離子在發(fā)生器的設計中可以得到很好的控制。實測二氧化率轉化效率達95%以上。其系統(tǒng)都具有工藝簡單、不需加溫、設備容易操作及維護、產物中的二氧化氯純度高達95%以上等優(yōu)點。國外的二氧化氯發(fā)生器都是采用亞氯酸鈉工藝，因為該工藝在反應柱中負壓下瞬間反應*，不需要鹽酸過量，可能的副產物是亞氯酸根離子（ClO₂^-）和氯酸根離子ClO₃^-因為高純二氧化氯發(fā)生器的投加量很低，所以這些副產物離子還不足以影響人體健康。
3.副產物的危害
     對二氧化氯（ClO₂）和其無機副產物ClO₂^-和ClO₃^-的毒性問題國內外學者已經(jīng)進行了大量的研究。氯酸鈉工藝由于反應不*，導致大量的氯酸根離子進入水中，即使投加量很低也會使水中該指標偏高，而且其中的lvqi副產物跟水中有機物反應會產生三氯甲烷等致癌有機物，直接危害健康。
      通過實驗測定亞氯酸鈉工藝出口處的二氧化氯溶液，結果表明亞氯酸根離子（ClO₂^-）和氯酸根離子ClO₃^-的含量很低，二氧化氯純度在95%以上。因此，在常規(guī)的水消毒濃度范圍內，它們不會對人體造成不良影響，而且通過合理的優(yōu)化，可以使它們在配水系統(tǒng)中的濃度降低到zui小濃度。
      無論哪種工藝，在飲用水消毒中都要求二氧化氯的純度大于90%以上，在實際應用中才能減少和控制三氯甲烷等致癌有機物的生成；美國環(huán)境保護署（USEPA）則明確要求二氧化氯發(fā)生器生產二氧化氯的純度zui少要大于95%。可見，在飲用水消毒中高純二氧化氯發(fā)生器較復合二氧化氯發(fā)生器更適合。
4．二氧化氯發(fā)生器的規(guī)格
     目前國內大多數(shù)復合型二氧化氯發(fā)生器的規(guī)格是以有效氯的產生能力來標注，而高純型二氧化氯發(fā)生器均是以二氧化氯的生產能力來標注，由于1克純二氧化氯=2.63克的有效氯,故1000克的高純型二氧化氯發(fā)生器相當于2630克的復合型二氧化氯發(fā)生器，容易混淆，許多水廠用戶對此不太了解，結果花同樣的錢而購買了不同處理能力的二氧化氯發(fā)生器設備。
 

四.結束語--

目前，在國內市場存在兩種類型的二氧化氯發(fā)生器，即復合型和高純型，它們都屬于化學法二氧化氯發(fā)生器，高純型不管在技術上還是在性能上都優(yōu)于復合型，對環(huán)境的友好性上高純型也比復合型好。當然，在運行成本上復合型的原料較高純型便宜，表面上好像很“經(jīng)濟”，但是需要注意的是復合型在計算運行成本時是以有效氯計，而純二氧化氯的有效氯是lvqi的2.63倍。復合型的投加量通常是高純型的好幾倍，所以高純二氧化氯發(fā)生器不管是對環(huán)境效益、處理效果以及設備的性能都具有很大的優(yōu)勢，高純型二氧化氯發(fā)生器將逐步被飲用水行業(yè)用戶所接受，并zui終將*取代復合型二氧化氯發(fā)生器，從而符合二氧化氯行業(yè)的發(fā)展方向。