市供排水总公司自来水水厂二氧化氯发生器选型及成本核算

　　针对自来水厂净水工艺特点和消毒技术现状，现就二氧化氯应用于自来水水厂自来水消毒的使用条件、投加方式、安全控制、设备选型、投加浓度等工艺参数进行简要介绍及分析，对二氧化氯的消毒成本也进行了估算，以下仅供参考。

　　1、饮用水二氧化氯消毒的制取方法

　　目前国内可用于饮用水消毒的二氧化氯发生器主要采用两种化学反应方法，即氯酸钠法和亚氯酸钠法。

　　氯酸钠法多采用以下反应机理，即：

　　2NaClO3+4HCl→2ClO2+Cl2+2NaCl+2H2O（1）

　　亚氯酸钠法多采用亚氯酸钠加盐酸的反应机理，即：

　　5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O（2）

　　氯酸钠法特点是原料易得、价格低，反应产物是ClO2、Cl2分别占70%、30%左右的混合物。其设备结构简单，一次性投资较小，ClO2发生成本大约在0.010-0.015 元/克。

　　亚氯酸钠法的优点是原料转化率高（理论转化率为100%），可以制得95％纯度的ClO2。该法在国外饮用水消毒中占70%，亚氯酸钠法的主要缺点是原料不易采购且价格较高，产气成本在0.04-0.05 元/克左右，是氯酸钠法的4-5 倍。另外，亚氯酸钠法不可避免地会产生痕量亚氯酸盐残留，但产物中ClO2的纯度较高的优点，使得亚氯酸钠法有一定的应用前景。

　　目前用于饮用水消毒的二氧化氯发生器一般采用单级反应，工艺的特点是结构简单、操作维护方便、易于推广。

　　2、二氧化氯投加点的选择

　　根据水源的不同，自来水厂有不同的制水工艺。为了便于投加并达到有效的消毒效果，二氧化氯的投加点也应相应的变化。

　　以地表水为水源的消毒投加点选择

　　以地表水为水源的自来水厂其处理工艺流程一般为：混凝沉淀、过滤、消毒、出水。这样的工艺，二氧化氯投加点一般选在清水池的进水口或进水管道上。若原水铁锰含量较高，也可通过分配器将一部分二氧化氯加至混凝池中，经预氧化将Fe2+转换为Fe3+，将Mn2+转化为Mn4+，然后通过混凝沉淀去除。

　　3、二氧化氯投加工艺设计

　　负压式投加工艺

　　负压投加是指，用一定压力的水通过文丘里射流器所产生的负压，将二氧化氯发生器产生的二氧化氯溶液抽出并输送至待处理的水中。这种投加方式由于采用负压吸收和输送二氧化氯，可以降低二氧化氯挥发、泄漏的几率，并且在不增加其他安全装置的情况下提高了操作安全性。但是负压式投加的前提条件第一必须有压力水,第二必须有清水池或敞开式不带压的待处理水。

　　负压投加的主要工艺参数如下：

　　（1）压力水压力/MPa：0.30;

　　（2）压力水流量Qp/(L.h-1)：Qp=1000×G，式中G 为发生器二氧化氯的产量，kg/h。根据经验，在该参数下，可以保证水射器有充分的负压，并可防止二氧化氯由于原液过浓而挥发损失和对操作人员的刺激。

　　4、二氧化氯消毒系统安全控制措施

　　二氧化氯消毒系统存在的主要安全和故障隐患有：盐酸泄漏、二氧化氯泄漏、断料、系统过压、投加量不够或过大等。

　　盐酸的泄漏主要由于储槽或供料管道的阀门、活节、计量泵接头松动或损坏等原因造成。

　　安全措施是除采用质量较高的管头管件外，应将盐酸储槽安放在消毒间外边，有条件的可装酸雾吸收装置。

　　二氧化氯泄漏多在投加管道上出现，主要是由高浓度二氧化氯腐蚀密封圈，或药液压力过大导致管道破裂而造成。防止措施是采用稀释投加法和加装安全泄压阀，有条件的单位可配备漏氯监测仪随时监控环境中二氧化氯的浓度。另外加药间的必须安装通风装置。

　　计量泵本身故障和料槽缺料将会导致反应器断料、管道堵塞或待处理水体压力超过计量泵的额定压力，计量泵将无法进料。前两种情况出现时，将导致ClO2发生量减少或停止发生；而最后一种情况可能会导致反应器的破裂或爆炸。因此，二氧化氯发生器有必要配备原料液位检测、缺料报警、安全泄压装置。

　　手动式设备需要人工根据水量的变化调节二氧化氯的加药量，操作相对繁琐，其加药量无法准确随水量变化及时调整。而配备流量或二氧化氯在线监测系统的设备便可实现流量或余氯在线控制。更高端的系统还配备微电脑或PLC 控制单元，不仅可以实现本地完全控制，而且还能通过远程计算机进行远程监控。

　　5、二氧化氯发生器的选型

　　自来水厂可根据原水水质、处理量及水处理工艺来选择二氧化氯消毒设备。对于没有清水池或加到高位水池的工艺应选择正压式消毒设备。对于有清水池的水厂既可选正压也可选负压式设备。为了便于日后升级或实现控制投加建议选择正压式设备。

　　目前国内二氧化氯发生器的发生能力均与规格型号相对应，因此，只要知道处理水量、加药浓度就可确定二氧化氯发生器的规格型号或发生能力。计算方法如下：

　　B=C*Q/T

　　式中B为所选设备的规格，C为二氧化氯的投加浓度，mg/L 或g/m3；Q 为水厂的设计水量，m3/d；T 为运行时间，h/d。例如设计水量为28000m3/d 的水厂，每天运行24 小时，二氧化氯的投加浓度为3g/m3，则二氧化氯发生器的型号为3×28000÷24=3500，也就是说应选4kg/h的二氧化氯发生器,即发生能力为4000g/h 的设备。

　　6、二氧化氯投加量及余量的检测

　　由于二氧化氯的消毒效果及持续杀毒能力很强，二氧化氯的投加量以满足消毒能力、管网中有持续杀菌能力和副产物浓度不超标作为控制指标为原则。二氧化氯的投加量和余量是两个不同概念。二氧化氯溶于水后，会与微生物、有机物、硫醇、H2S、Fe2+、Mn2+等物质发生氧化还原反应而消耗一定的浓度。二氧化氯的投加量减去与上述物质反应的消耗量后即为剩余量。

　　国标规定，用二氧化氯消毒时出厂水限值0.8mg/L,出厂水余量不低于0.1mg/L,管网末梢水余量为0.02mg/L。要达到出厂水二氧化氯余量的指标要求，投加量应高于指标值。具体投加量应根据不同水厂的水质通过实验而定。根据经验地表水二氧化氯投加量为1-3mg/L时，出厂水余量在0.15-0.6mg/L之间,末梢水余量为0.05mg/L左右。

　　饮用水中二氧化氯的检测可按GB/T 5750.11-2006标准提供的甲酚红分光光度法、DPD法或碘量法进行。有条件的水厂可以配置二氧化氯在线监测仪表，该仪表还可与计量泵联动，实现二氧化氯投加量和水中二氧化氯浓度的在线控制。

　　7、二氧化氯消毒成本估算

　　二氧化氯的消毒成本取决于ClO2的制取成本及其投加量。投加量与水质有关，在水质一定的情况下，消毒成本就由ClO2的制取成本决定。以亚氯酸钠法为例，ClO2制取成本的主要构成是原料费，估算方法如下：

　　原料费是构成ClO2制取成的主要部分。按化学反应式（2）推算，发生1gClO2理论上消耗0.60g的NaClO2和1.85g的HCl，折合80%的亚氯酸钠0.75g，31%的盐酸5.96g。目前80%亚氯酸钠12000元/吨、31%的盐酸860元/吨，则产生1克ClO2的理论成本为：0.75*0.012＋5.96*0.00086=0.014（元）。