非連續運行水廠二氧化氯替代液氯消毒探討
摘 要: 本文介紹了在生產實踐中不連續運行的深井泵站采用液氯消毒所存在的問題,從理論和生產實踐中,論證了采用二氧化氯發生器替代液氯消毒的合理性,并從安全性和經濟性上進一步得出結論:采用二氧化氯發生器消毒更適合非連續水廠的生產。
關鍵詞: 非連續；水廠；液氯消毒；二氧化氯消毒；二氧化氯發生器
0 引言
平煤集團供水總廠三分廠南站位于葉縣遵化鎮張寨村附近,由分布在2.5km2范圍的8眼深井泵站、清水池和一個集中二次加壓泵房組成。水經深井泵抽上后輸送到南站院內的清水池,加二氧化氯消毒后由二次加壓泵房加壓輸送到平煤8礦、12礦等用戶供其生產、生活使用。目前分段供水,白天開泵,晚上停泵。工藝流程如圖1所示:
20世紀初,由于飲水問題,霍亂、傷寒等流行病普遍發生,給人們造成嚴重危害,為此1908年美國新澤西州首次采用飲水加氯消毒的處理方法,使傳染病率顯著下降,此后,飲水加氯消毒法被迅速推廣,并作為飲水安全的忠言手段而沿用至今。液氯消毒法至今有90多年的歷史。1974年Book和Bell等首次報道從含氯消毒劑消毒過的飲用水中檢出能誘導哺乳動物產生腫瘤的含氯消毒劑副產物三氯甲烷類(THMS)化合物[1],其中氯仿出現的頻率最高,含量也最高。從此人們開始研究替代氯的消毒劑。對飲用水常用的消毒劑如氯氣(Cl2)、二氧化氯(ClO2)、臭氧(O3)、氯胺(NH2Cl)等進行綜合比較,ClO2是最佳替代用品[2]。有不少國家的水廠采用其消毒,如美國有103個水廠、加拿大有10個水廠、歐洲有數千個水廠使用[3]。近幾年我國也有少數水廠使用,平煤集團供水總廠三分廠南站于2005年下半年已經由原來的液氯消毒改為ClO2消毒。
1 使用液氯消毒存在的問題
1.1 加氯機故障及原因
1.1.1 加氯機故障
在自來水供水系統中,無論水源是地表水還是地下水,消毒被確認為是最基本和最重要的處理環節,是保證人民生活用水安全的基本措施。在現行供水消毒處理工藝中氯氣仍是常用的殺菌消毒劑,供水總廠三分廠消毒劑也一直采用液氯,經加氯機水射器抽吸后,投加進入清水池。原先采用國產ZJ型轉子加氯機,因維修麻煩,安全系數不高,已被淘汰,后又使用美國瑞高加氯機。最初兩年,使用很正常,基本上免維修,但隨后幾年,陸續出現故障如加氯機進水、排空管處微量泄氯等,給安全生產帶來隱患。由于代理商遠在北京,不能及時趕到,給安全生產帶來不便；另一方面,進口加氯機配件昂貴,更換費用較高。
1.1.2 故障原因分析
平煤集團供水總廠三分廠南站由于供水方式為早開晚停,非連續運行,加氯機頻繁開關,加劇了內部密封圈磨損,減少了加氯機使用壽命。同期安裝的其他分廠所用加氯機均是24h連續工作,使用5a來,工作正常,很少維修。加之南站地下水含沙量較大,雖然有濾網,少量細小的沙粒仍能通過濾網進入水射器,對水射器單向閥造成磨損,使單向閥關閉不嚴。停氯時,加氯管內的水通過關閉不嚴的單向閥進入加氯機內,細砂同時加劇加氯機內部密封圈磨損,使之關閉不嚴,這樣造成加氯機進水和微量泄氯。
1.2 存在的隱患
氯瓶為鋼瓶,鋼瓶閥門每天都要開關,頻繁操作,萬一損壞,會造成重大事故。近幾年,國內不少地方都發生了液氯鋼瓶泄露事故,給人民生命財產造成重大損失。因此,液氯使用在安全上越來越受到重視,也成為水廠最大的危險源。尤其像三分廠這樣的非連續運行水廠,頻繁開關加氯系統,使用液氯消毒,安全隱患更大。另外,考慮到氯與水體中有機物會生成三氯甲烷等有害健康的氯代有機物,用液氯消毒潛在的風險越來越大。
為了消除不安全隱患,提高水質,保證健康,結合國內消毒發展的趨勢,從2005年下半年開始,供水總廠開始論證ClO2發生器替代液氯消毒的可行性。通過到洛陽自來水公司、嵩縣自來水公司、栗水自來水公司、江心州自來水公司、泗縣自來水公司、蘇州盛澤自來水公司參觀調研,又組織科技人員多次論證,決定采用南京理工大學在國內外率先開發出的正壓注入式ClO2發生器,取代目前所用液氯消毒工藝。
2 二氧化氯性能簡介
二氧化氯的化學分子式為ClO2,相對分子質量67.452。ClO2常溫下是一種黃綠色到橙色的氣體,顏色變化取決于其濃度,具有與Cl2相似的刺激性氣味。ClO2易溶于水,其溶解度約為Cl2的5倍。ClO2是聯合國世界衛生組織(WTO)確認的一種安全、高效、廣譜強力殺菌劑,其有效氯是Cl2的2.63倍,殺菌能力是Cl2的5倍,是次氯酸鈉的50倍以上,它可以殺滅一切微生物,包括細菌繁殖體、分支桿菌,尤其對甲肝、乙肝、傷寒、脊髓灰質炎及艾滋病毒有良好的殺滅和抑制效果,非常適用于自來水消毒處理。
ClO2與其它消毒劑如氯、氯胺相比,ClO2飲水消毒處理有如下特點:
⑴廣譜殺菌劑:ClO2是廣譜殺菌劑,對水處理系統中水池過濾設備和管道中的藻類、異氧菌、鐵細菌、硫酸鹽還原菌和浮游生物等均有很好的殺菌效果。
⑵消毒效果顯著:在pH為7的水中,不到0.1mg/L的ClO2在5min內殺滅一般細菌如傷寒桿菌、痢疾桿菌、大腸桿菌等。ClO2對芽胞菌(尤其炭疽芽胞菌)和病毒的殺滅作用均比較理想,要100%殺滅水中的大腸桿菌與金黃色葡萄球菌,用ClO20.1mg/L,作用20min,而用氯則需59mg/L作用同樣的時間；100%殺滅枯草桿菌和黑色種芽胞桿菌,用ClO20.5mg/L,作用20min,而氯則需296mg/L作用同樣的時間；當維持水中亞氯酸鹽濃度在0.1mg/L以下時,ClO2可以抑制隱孢子蟲。
⑶ClO2可改善飲水氯化副產物致癌作用。
⑷控制供水嗅和味:處理污染較重的水時,ClO2可以分解多種產生異味的污染物如酚類、藻類、腐敗有機物等使異味消除。
⑸具有脫色和除鐵除錳的作用。
⑹具有除毒作用:ClO2能分解破壞水中藻毒素和肉毒桿菌毒素,其效果比氯和氯胺都好。對水中砷有顯著的去除作用,實驗表明砷為40～70mg/L時經ClO2處理后可降為4～5mg/L。
3 ClO2發生器原理及特點
3.1 原理
ClO2一般是由發生器現場反應而成,由原料氯酸鈉(純度99%)和鹽酸(濃度為31%)在發生器中反應產生,化學反應式為:
2NaClO3+4HCl=2ClO2+2NaCl+2H2O+Cl2
3.2 組成
化學法ClO2發生器主要有原料槽、反應器、原料輸送泵、投加裝置等組成。
3.3 ClO2發生器特點
⑴整個發生器為密閉式操作系統,在操作過程中沒有ClO2氣體泄漏,所以室內使用沒有味道。
⑵發生器結構簡單、操作方便,可與供水水泵實行聯動,可由流量傳感器控制藥劑投加劑量,實現連續、穩定、準確投加消毒劑。
4 三分廠使用ClO2消毒簡介
采用兩臺CPF-1000EG型ClO2發生器。發生量為1000g/h,一用一備。兩臺設備由一套流量在線控制系統控制,控制系統可實行計算機遠程監控。深井泵后管壓最大為0.6MPa,由于CPF-1000EG型ClO2發生器為正壓式發生器,消毒液的壓力較大,故設備產生的ClO2消毒劑通過聚四氟軟管投加到水管中。
設備采用流量在線控制,使用瑞士LG流量傳感器,加藥點設在深井泵匯總管。控制柜使用西門子PLC為中心控制器,現場觸摸屏控制面板操作,遠程用計算機監控。控制柜安放在值班室,設備、溶鹽槽、貯鹽槽、氯酸鈉原料安放在設備間,兩鹽酸貯槽單獨安放在原料間。液晶控制面板和上位計算機控制界面上可適時顯示出消毒劑流量、設備的工作狀況、原料貯槽是否缺料等設備工作情況。設備與四臺深井泵聯動,原料貯槽缺料時,控制柜發出聲光報警信號,并自動停止設備工作。流量傳感器將深井泵匯總管水流信號送至控制柜,自動控制設備按流量大小控制發生器工作。在線控制系統出現故障時,設備自動由流量在線控制轉為手動控制,以保證水廠的正常運行。
5 三分廠使用ClO2消毒的效果
從2006年2月份開始安裝調試至今,運行正常,出廠水余氯保持在0.2mg/L以上。2006年7月份的檢測結果見表1。
建設部所頒CJ/T206—2005標準規定:使用ClO2消毒時測定,與水接觸30min后出廠水游離氯≥0.1mg/L；管網末梢水總氯≥0.05mg/L,或ClO2含量≥0.02mg/L。
由表1可知,ClO2消毒時只要接觸時間達3min,出廠水游離余氯均可達0.1mg/L,末梢水余氯量就能達標,抵抗二次污染的能力較強,同時其它各項水質指標均達到國家標準。
另外,CPF-1000EG正壓式ClO2發生器操作安全可靠、方便,能根據流量變化自動調節ClO2投加量,基本上不用人工干預,停電,自動停止。同時該系統為全密閉操作系統,不論運行操作還是處于停機狀態,都沒有ClO2氣體外泄,尤其比較適合像三分廠這樣的不連續供水的水廠。
由于采用優化的結構設計和進料配比使原料轉化率和二氧化氯生成率都很高,使得每產生1gClO2的相對原料成本很低。同時,設備耗電量很低(無須加熱),所以設備整體運行成本較低。根據近幾個月原料消耗統計:1萬t水消耗二氧化氯6kg左右,鹽酸在30kg左右。按目前市場價,消毒成本約為0.005元/t水,比以前使用液氯消毒(0.004元/t水左右)價格稍高一點。
6 結論
根據三分廠的實際運行情況,出水水質一直穩定達標,運行可靠,ClO2發生器基本無故障,減少了維修工作量,消除了漏氯危險源。采用ClO2消毒,能有效控制水中致突變物的生成,與使用Cl2相比,成本相差不大,但自來水的水質提高許多,有利于人類的健康。
參考文獻
[1]林輝,劉建平.氯消毒飲水的毒性及流行病學研究進展[J].中國消毒學雜志,2000,17(2):89-90.
[2]田穎,王晶日,黃麗萍.飲水消毒的變革—新型消毒劑二氧化氯取代液氯的前景[J].環境保護科學,2000,26(10):14-16.
[3]蔡宏道.現代環境衛生學[M].北京:人民衛生出版社,1995.
[4]陳曉東,丁 震,朱惠剛.二氧化氯飲水消毒及衛生學問題與對策[J].實用預防醫學,1999,6(6):478-481.
[5]王春蘭.二氧化氯殺菌劑在自來水供水站的應用[J].中國氯堿,2004(10):20-22.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
