用于高压供水管道二氧化氯发生器的研制
二氧化氯发生器以其技术先进、杀菌能力强、使用安全可靠、运行成本低的特点被广泛应用于生活饮用水、医院污水、工业污水、城市中水回用和工业循环水杀菌灭藻处理。目前常用的二氧化氯发生器有正压和负压两种,在高压供水管道中一般使用正压二氧化氯发生器。
使用高压供水管道输水的用户大都使用机械泵(潜水泵、离心泵等)供水,管道的正压力一般在0.3~0.7 MPa。要将二氧化氯消毒液投进管道中,发生器的二氧化氯消毒液输出压力必须大于管道内压力才能实现。高压管道供水工程一般是生活饮用水,因此要求盐酸和氯酸钠的转化率要高,不产生对人体有害的物质。供水管道大都采用钢管制造,钢管的耐腐蚀性差,二氧化氯的浓度不能太高,以免减少钢管的使用寿命。
近几年,我们根据我国的实际应用情况研制了一种高压直供式二氧化氯发生器。本文简要介绍高压直供二氧化氯发生器的性能和设计特点,供同行在设计和使用时参考。
1 正压二氧化氯发生器工作原理及性能
二氧化氯发生器由反应器、水浴加热水套、盐酸计量泵、氯酸钠计量泵、混合器和流量计组成。配套设备由管道泵、水压调节阀门、二氧化氯余氯控制器和余氯传感器等组成,其结构如图1所示。
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该发生器是高压管道供水消毒的专用设备,供水管道压力在0.7 MPa下均可使用。它具有二氧化氯转化率高、设备运行成本低、操作简便、控制水平高的特点。其主要技术性能参数:计量泵最大工作压力0.98 MPa;计量泵电功率24 W;计量泵最大流量38 mL/min;计量泵工作频率0~360 spm;二氧化氯产量500~1 000 mL/h;二氧化氯转化率80%;管道泵扬程45 m;反应温度约为70℃。
该发生器选用盐酸和氯酸钠为原料,由计量泵分别按比例泵入混合器后进入反应器反应,反应后的二氧化氯液体经诱导器进入供水管道。二氧化氯量的确定由余氯测控仪控制,在发生器50 m以外取水样经余氯传感器,传感器输出0~20 mA模拟量电流信号进入余氯测控仪进行比较处理,然后输出可变的脉冲信号控制计量泵,计量泵控制器根据脉冲信号的变化随时改变泵头的工作频率,即改变计量泵的流量,使供水管道的余氯始终保持一定值。
2 发生器的设计特点
参与反应的原材料盐酸和氯酸钠的物质的量比为1∶1,固体氯酸钠在水中溶解比例一般确定为1∶2,即氯酸钠为1。盐酸和被溶解的氯酸钠按比例由两台计量泵泵入T型混合器,在T型混合器中盐酸和氯酸钠接触。完全接触后的混合液进入反应器停留反应。一般说来,盐酸和氯酸钠经混合器进入反应器后,是否反应充分基于三个条件,即温度、时间和压力。在温度一定的条件下,混合液在反应器中的停留时间与二氧化氯产量、转化率成正比。
在盐酸、氯酸钠的化学反应过程中,要获得较完全的反应效果,除接触和停留时间因素外,还有一个不可忽视的因素就是反应温度。在常温下(10~25℃),两种原料接触40 min以后,其转化率为30%。在65~72℃时,40 min后转化率为65%~80%。
经过大量的实验证明,盐酸和氯酸钠的反应温度必须达到70℃时,才能获得高产率和高质量的二氧化氯消毒液。为实现较高的反应温度,反应室采用钛材制造,既提高了传热效率又提高了反应器的耐腐蚀性。反应器内设置一电加热管,用于加热传热介质水的温度。介质水可降低反应器的温度梯度,以保证二氧化氯平稳产生、投放均匀、提高消毒效果。电加热管的功率由温度控制器控制,温度控制器同时控制水液位,以防止过热和干烧。
还要强调的是反应压力的设计,经大量的试验说明反应环境的压力不能过高,压力高时会抑制反应速度,出现逆反应,使二氧化氯的产率下降。因此必须使盐酸和氯酸钠反应过程处于常压或负压状态,才能保证常规反应。为了使反应器内处于常压状态,用户供水管道内压力和发生器工作动力水压力的设计是非常重要的。发生器工作动力水压力必须大于用户供水管道的内压力才能将消毒液溶于水中,并保证供水管道的水不回流。因此工作动力水氧化氯消毒液进入用户供水管道。为此目的,在出口处设置一诱导器。
高压管道泵并接到供水管道上,供水管道的水压经管道泵增压,使诱导器出口压力大于供水管道压力,通过变径设计使诱导器的输入口压力低于0。只有低于零压力才能使反应器在常态下工作,提高反应速度。管道泵出口与设置在设备上的流量计连接,以观察动力水的流量,调节阀是为了调节发生器诱导器产生零压力的必备措施。
在生活饮用水的消毒处理中,根据国家的相关标准,对处理水中的余氯值要求在0.2~0.7 mg/L。要达到这个标准,唯一的办法是控制计量泵的输出流量,计量泵的泵入量在泵头行程一定的前提下,控制泵头的频率是相对准确的。根据采集的水样,随机监测水中的当前值,需要一余氯控制系统。余氯测控仪选用德国ProMinent公司的产品,该仪器的余氯测试范围0~2 mg/L,输出脉冲信号可调范围0~360 spm,并设有PID调节功能。使用时可在供水管道50 m外取水样,余氯信号经余氯控制仪计算后控制计量泵的频率,以控制发生器的产率。
由于反应器反应液浓度太高,加之反应温度高,使用PVC塑料制作的反应器会很快氧化,所以,反应器除需用钛材制造外还要保证焊接质量。
3 结论
如上所述,在高压供水管道中选择二氧化氯发生器必须选择转化率高、使用安全可靠、安装调试方便、余氯测控技术先进的正压二氧化氯发生器,要求该发生器二氧化氯混合液的输出压力必须大于供水管道压力;发生器的二氧化氯转化率必须大于65%;投加到管道中的二氧化氯浓度不能太高,以免加快管道的腐蚀速度;控制余氯值在规定的范围之内,提高生活饮用水的消毒质量。
在高压供水管道中使用二氧化氯消毒技术,还存在许多影响因素,有待于不断总结经验予以解决,并不断研究和提高二氧化氯发生器的使用性能,使二氧化氯消毒技术在各种水处理领域中得到广泛的应用。
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