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二氧化氯发生器在饮用水及其他食品工业水处理领域的应用

二氧化氯发生器在饮用水及其他食品工业水处理领域的应用
一、二氧化氯作为氯消毒的替代物

在过去的50年里,氯气作为一种消毒剂广泛地应用在饮用水及食品工业水处理中, 现在仍然是一种*普遍的消毒剂。但20年的研究成果表明,用氯处理含有机物的水,特别是含腐殖酸的水,能生成卤代烃(三卤甲烷、氯代烃等),而这种物质对人体组织具有破坏性并有致癌作用。在1985年,联邦德国健康署将三卤甲烷和氯代烃的限值定为25ug/L,在1991年又将此限值定为10ug/L,欧盟明确规定其有机物的含量为1ug/L。不仅在饮用水处理中对其有特别规定,在污水处理中也有具体规定。在1989年,废水中的AOX值有具体的限量,在1994年,这个值又被降为1mg/L。如果超标,则此废水处理过程需增设其他的设备以将此值降低到符合标准为止。为此种种原因,当时人们投入巨资研究如何改善消毒的特性,于是人们的注意力集中到二氧化氯上。在饮用水及食品工业中,二氧化氯取代了氯,除了上述的原因之外,还有其独特的优势。

1.氯酚的产生
酚在地表水中的极限浓度为1ppm,但用氯气消毒时,其浓度达到1ppb时(低1000倍),人们就能注意到氯酚了, 氯酚发出一种类似于药和碘仿的味道。而使用二氧化氯消毒时,则不会产生氯酚。鉴于此原因,美国Niagara Fall供水厂早在1944年首先成功地应用了二氧化氯发生器,在1958年150个给水厂使用二氧化氯发生器,在德国*早的使用记录为1959年。氯气的用量受NH3、NH4+的影响,在氯化的过程中,因水中存在氨、铵基物及有机氮,依pH值的大小,与氯反应分别生成氯化铵、二氯化铵、三氯化氮,尽管氯化铵也有消毒作用,但其功效比次氯酸低10-15倍。除此之外,余氯的含量很难处理到规定的浓度以下,如果化合氯的浓度过高,还会产生三卤甲烷。

2.氯的消毒效果取决于pH值的大小,而二氧化氯的消毒效果几乎不受pH值的影响。
让我们首先关注一个平衡: Cl2- HOCl - OCl-。 Cl2消毒过程中 ,Cl2存在于水溶液的三种形式: Cl2 , HOCl , OCl-。(请见图1)从图中可以看出, HOCl在较宽的pH值范围内存在,而且其消毒效果等同于 Cl2 , 而OCl- 比氯气消毒效果差10-100倍。 当pH=8时,只有18%的氯气存在, 其余的被低效的OCl- 所替代。 当pH=9时,只有3.3%的Cl2存在。 应用这个原理可以解释当pH值较高时, 用氯气消毒的低效性。
另一方面, 二氧化氯显示出高的杀菌作用, 其杀菌作用随pH值增大而增大。当pH值增大时,氧化还原电位直接与杀伤率有关, 当使用氯气时, 其电位下降很快, 而二氧化氯则恒定在一个很高的氧化还原电位上。

二、二氧化氯发生器的设计、功能及安全状况

1.二氧化氯的发生原理
二氧化氯是不稳定的气体, 不能被浓缩和储藏。因此在使用的地方需现场制备,直接输送到待处理的水中。其中一种反应方程式如下:5NaClO2 + 4HCl ------ 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O

2.二氧化氯发生器的设计及工作原理
在普罗名特Bello Zon系统中,二氧化氯是由9%的稀盐酸和7.5%的亚氯酸钠稀释溶液的反应来制造, 或者由浓度为30%的盐酸和24.5%的亚氯酸钠制造2%(20g/L)的二氧化氯水溶液。

内部控制工作方式
由于系统中采用了经过60多万次考验的普罗名特电子控制、电磁驱动隔膜式精密计量泵,这种计量泵在自由运行状态下,泵的计量既可以通过调节计量泵的冲程长度,也可以通过调节计量泵的冲程频率来达到要求的输出量。这样就可以将两种用于反应的化学药液按需要量精确地注入反应器,在反应器中两种化学物质发生化学反应产生一定浓度的二氧化氯溶液,由于泵的压力, 生产的二氧化氯溶液在混合器中与旁路中的水进一步混合,稀释到安全浓度的二氧化氯水溶液被注入待处理的水流中。

外部控制工作方式
通过接触式水表、变频数字调节器或模拟信号等外部信号控制二氧化氯发生器的运行情况。计量泵可以接受外部控制脉冲或模拟信号, 根据外控信号的大小对冲程频率进行比例调节。通过这种控制便将两种用于反应的化学药液按需要量精确地注入到反应器,在反应器中两种化学物质发生化学反应,达到调节二氧化氯投药量的目的。生成的二氧化氯溶液再进入混合器,与旁路中的水进一步混合之后注入到待处理的水中。

此外, 普罗名特Bello Zon二氧化氯与普罗名特测量控制技术的结合,充分地实现了测量-控制-计量的闭环控制系统,从而控制二氧化氯水溶液的定量投加。普罗名特DULCOTEST二氧化氯传感器的测量范围:0-20mg/L。普罗名特DULCOMETER测控仪表的输出信号直接用于控制泵的冲程频率, 从而确定二氧化氯的发生量。

3.安全性
普罗名特BelloZon系统是一个绝对安全可靠的闭环系统,化学药剂的反应过程完全在一个全封闭的反应器中进行, 而加药过程又完全在封闭的管路中完成, 从而使得该系统无一处有可能泄漏的地方。同时, 该系统又是一个自控程度极高的控制系统, 可对管路中的水流量进行监测,为防止意外,安装在设备内的排气装置定时地进行通风排气,使箱内凝结的残液经过通风管道旁路被安全地排出到系统外。安装在压力路中的药量监视器能准确无误地监测故障,并关闭整个设备,自动发出报警信号。
计量泵的吸液总成内带有液位开关, 当液位降低到30cm时, 二氧化氯发生器报警, 催促工人添加药剂, 当继续下降至0cm时, 系统自动停机。由于安全的原因,在开始使用及再次使用之前,须由专人对二氧化氯发生器进行检查。

三、二氧化氯在饮用水和食品工业水处理中的应用

前面我们讲述了氯消毒过程中会产生一系列的副产物,如三卤甲烷、氯代烃和氯酚等。因而我们更倾向使用二氧化氯发生器,即使同是二氧化氯发生器,因反应原料的不同而各不相同。亚氯酸钠与盐酸反应生成二氧化氯,因在该过程中不产生任何副产物,这种方法的发生器被认为是纯二氧化氯发生器,不含其他副产物的二氧化氯才是饮用水、啤酒饮料等工业水处理中所需的消毒剂。
二氧化氯的投加浓度一般为0.2-0.4ppm,饮用水中二氧化氯的限量0.4ppm,出厂水中的二氧化氯浓度不低于0.2ppm。
为达到较好的消毒效果,有效的混合及充足的反应时间是很有必要的。一般来说,需要将二氧化氯与待处理水或工艺介质保持15分钟的停留时间,以使二氧化氯充分地与待处理的水充分反应。

图1:当pH为8时,只有18%的Cl2存在

图2:Bello Zon二氧化氯发生器系统配置图
1.主水管
2.流量检测
3.旁路管
4.旁路泵
5.角座阀
6.取样口
7.排风口
8.冲洗总成
9.法兰
10.插入管 11.反应罐 12.取样管 13.二氧化氯传
感器
14.盐酸
15.亚氯酸钠

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