二氧化氯及二氧化氯发生器在饮用水消毒中的应用
摘 要：阐述二氧化氯对自来水消毒杀菌的原理及使用方法，并进行简单成本核算。
关键词：二氧化氯；二氧化氯发生器；饮用水；三氯甲烷；混合消毒剂
饮用水消毒的目的是杀灭水中对人体健康有害的绝大部分病原微生物，包括病菌、 病毒、 原生动物的胞囊等， 以防止通过饮用水传播疾病。目前常用的饮用水消毒方法有氯消毒、 二氧化氯消毒、 臭氧消毒、紫外线消毒等。 其中氯消毒应用历史最久，使用也最为广泛，但对于受到有机物污染的水体，加氯消毒可以产生对人体有害的卤代消毒副产物， 如三氯甲烷、 卤乙酸等物质。 臭氧的消毒能力高于氯， 不产生氯代有机物， 处理后水的口感好， 但臭氧因自身分解速度过快， 对管网无剩余保护， 采用臭氧消毒的水厂还需在出厂水中投加二氧化氯作为剩余保护剂。 此外臭氧不稳定， 使用时需现场制备， 设备复杂、 使用不便、 费用过高。
二氧化氯消毒从20世纪70～80年代以来在欧洲得以应用。 其优点是：消毒能力高于或等于游离氯， 不产生氯代有机物， 消毒副产物生成量小， 具有剩余保护作用， 是一种优良的消毒杀菌剂，欧美等发达国家早已将二氧化氯代替氯气广泛应用于饮水处理和食品的杀菌、 保鲜等方面， 以避免氯气在自来水消毒杀菌过程中产生的致癌作用。一直以来由于自来水应用二氧化氯杀菌成本比氯气要高， 且二氧化氯不稳定， 使用时需要现场制备， 设备复杂， 推广应用具有一定的难度， 但近年来， 通过改进二氧化氯的生产工艺，在自来水泵站安装二氧化氯发生器， 现场制备和使用二氧化氯， 使制取二氧化氯的成本大幅度降低，且目前市售的二氧化氯发生器制备出来的二氧化氯中含有氯， 弥补了二氧化氯自身不稳定， 需与其他消毒剂联合使用来保证管网中持续杀菌能力的不足。
1、二氧化氯的性质
常温下二氧化氯是黄绿色或桔黄色气体， 有类似氯气的气味， 受热或遇光分解成氧和氯， 易爆炸。 二氧化氯易溶于水， 按体积计，常温下1份水可溶解20份的二氧化氯，但水溶液不稳定，会逐渐分解为氯气。气体二氧化氯用空气稀释至体积分数 〈10%或二氧化氯体积分数为6%～10%以下的水溶液均为安全浓度。二氧化氯的有效氯是氯的2.6倍。
2、二氧化氯发生器的原理
2.1 制备二氧化氯的反应
在水处理中，制取二氧化氯的方法主要有：亚氯酸钠加氯制取法、 亚氯酸钠加酸制取法、氯酸钠盐酸复合式二氧化氯制取法、 电解法二氧化氯发生器、 稳定型二氧化氯溶液。
二氧化氯发生器主要采用第三种方式制取二氧化氯。与以亚氯酸钠为原料生产纯二氧化氯相比，以氯酸钠为原料生产复合式二氧化氯的方式具有生产成本低、安全性好、消毒效果好、残留亚氯酸根浓度低等优点。
反应所需原料：氯酸钠（工业一级品，含量99%） ；工业盐酸 （工业合成一级品， 浓度31%）。
反应方程式：2NaClO3+4HCl=2NaCl+2H2O+2CIO2+Cl2
反应的最佳温度在70℃左右，产生的混合气体通过水射器投加到被处理的水中。
2.2 二氧化氯发生器原理
复合式二氧化氯发生器由供应系统、反应系统、 温控系统、 真空吸收系统、 安全系统等部分组成。 为了降低成本， 将氯酸钠和盐酸配成稀溶液，因为二氧化氯易溶于水， 氯气难溶于水， 反应生成的二氧化氯溶于反应液中， 而氯气逸出， 逸出的氯气首先被自来水管道上的水流真空泵吸走，进入自来水系统， 对水会起到余氯保护作用， 不过所产生的氯气量不大，因为二氧化氯的有效氯是氯的2.6倍， 起杀菌作用的主要还是二氧化氯。反映结束后溶有二氧化氯的反应溶液被吸入自来水系统，对自来水进行消毒杀菌，得到高质量的自来水。虽然反应液中还有氯化钠，但对人体无害，反应物的残余量极其微量，远低于《生活饮用水卫生标准》要求的质量指标。
2.3 二氧化氯发生器控制方式
二氧化氯发生器有手动控制、电动控制、 微电信号控制等多种控制方式， 其中微电信号控制包括余氯在线检测仪控制、双路闭循环控制。二者适用于水量随时变化的变频供水或其他情况的水流量不恒定的处理系统，按设定余氯值自动调解加药量或由水流量和余氯信号叠加控制以保持出水余氯恒定。
3 、操作过程
3.1 计算原料消耗
通过试验，消毒每100m3水需要消耗工业氯酸钠65g，盐酸（31%）130g。据此比例计算出每池水所需的氯酸钠和盐酸的量，并称好备用。
3.2 自来水消毒过程
（1） 把称好的氯酸钠加入氯酸钠储罐，加水配成质量分数为0.1%的溶液，将称好的31%的盐酸加入盐酸储罐，并稀释成质量分数为5%的稀盐酸。 （2）开始向蓄水池加水， 启动二氧化氯发生器。 原料供应系统内的氯酸钠水溶液和盐酸（浓度30～31%）在计量调节系统、电控系统的作用下被定量输送到反应罐内，在一定温度下经过负压曝气发应反应生成二氧化氯和氯气的气液混合物，经吸收系统吸收制成一定浓度的二氧化氯混合消毒液，投加到待处理的水中或需要消毒的物体，完成二氧化氯和氯气的协同消毒、氧化等作用。
4、成本核算与发展前景
以处理1000 m3水为例，氯酸钠的消耗量为0.65Kg,按4.5元/ Kg计，折合人民币2.93 元；31% 盐酸的消耗量为1.3Kg，按0.5元/ Kg计，折合人民币0.65元，总计需人民币3.58 元。
与使用氯气相比，成本相差不大，但是处理后自来水的质量提高许多。但系统内少量氯气的存在，在保证管网中具备持续灭菌能力的同时也可能生成少量的卤代消毒副产物，如果能适当提高些成本，产生的氯气可先被烧碱吸收，这样自来水中就没有氯气进入，完全靠二氧化氯消毒，效果最佳。
参考文献
[1] 严煦世， 范瑾初.给水工程
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