高纯二氧化氯消毒饮用水的工程应用研究
时文歆1,杨观乐2,黄 进3,黄君礼1
(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090;
2.深圳自来水集团有限公司,广东深圳518031;3.深圳城建集团,广东深圳518031)
摘 要:二氧化氯(ClO2)是一种性能优越的饮用水消毒剂.将HLJ-I型ClO2发生器用于北方某地城市净水厂的饮用水消毒,系统地研究了该发生器的产气性能及高纯ClO2对细菌、大肠菌群的杀灭效果,同时比较了ClO2和液氯消毒时有机物的生成情况.试验结果表明用高纯ClO2消毒饮用水的各项指标均满足国家饮用水卫生标准;与液氯消毒的饮用水相比,其有机卤代物含量明显减少.
关键词:二氧化氯;饮用水;消毒
中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1672-0946(2003)05-0543-03
Study on application of chlorine dioxide to disinfect drinking water
SHI Wen-xin1,YANG Guan-le2, HUANG Jin3, HUANG Jun-li1
(1.School of Municipal and Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology,Harbin 150090, China;2. Shenzhen Water Supply Co. Ltd., Shenzhen 518031,China;
3. Shenzhen City Building Co. Ltd. , Shenzhen 518031,China)
Abstract:Chlorine dioxide (ClO2) is a kind of disinfector with good quality. Used a HLJ-Igenerator of ClO2 to disinfect drinkingwater at awater treatment plant in the north of China. Investigated the performance of the generator and the removal rate of bacterium and coliform bacteria. At the same time, studied the categories and quantity of organic substance of water treatedwith ClO2and Cl2respectively. The results showed that drinkingwatertreatedwith ClO2canmeet
the national drinkingwater quality standard. Compared withwater disinfected with Cl2, the concentration of organic halide was decreased evidently.
Key words:chlorine dioxide; drinkingwater; disinfections.
饮用水氯消毒已有近百年历史,但近年来,液氯消毒产生的卤仿等有机卤代物的潜在危害已引起世界各国的强烈关注和共识,用新型消毒剂替代液氯已势在必行.研究已证明[1,2],二氧化氯(ClO2)在广泛pH范围内具有更好的消毒效果,其对细菌、病毒、藻类和浮游动物等微生物的杀灭效果明显优于液氯;同时ClO2消毒不仅不产生有机卤代物[3],且对水中的酚类、苯胺类、硫醇类和Fe2+、Mn2+等有机和无机污染物均有很好的去除效果[4],还有优良的脱色除味性能,ClO2是可替代液氯的有效消毒剂之一[5].
1 HLJ-I型ClO2发生器的基本结构和发生方法
1.1 HLJ-I型高纯ClO2的发生方法
常用的ClO2制备方法有电解食盐法和化学法,而目前化学法的应用最为广泛.本文开发的制新方法属于化学法的一种,其主要原料是氯酸钠(NaClO3)、硫酸(H2SO4)和一种还原剂.
48NaClO3+24H2SO4+还原剂→48ClO2+12CO2+35H2O+24Na2SO4
通过系统的试验研究,得出了采用该方法制备ClO2的最佳工艺参数:还原剂2.65%(质量分数);NaClO325%～26.6%(质量分数);硫酸60%～62%(质量分数);反应时间30 min;反应温度60℃.与其他化学方法相比,其先进之处在于选用的还原剂性质稳定、原料易得、无毒无害、价格低廉、使用方便.
1.2 HLJ-I型ClO2发生器的基本结构
HLJ-I型ClO2发生器主体采用连续式多级塔板结构,还包括自动投药系统、ClO2投加控制系统、自动温控系统和自动排液系统以及控制器组成.其工作过程是先根据化学方程式推算出生成所需量的ClO2应投加的三种原料的用量;然后通过精密计量泵将原料液精确地注入到反应器中,反应生成的ClO2通过加氯设备被精确地投加到滤后水中.
2 HLJ-I型高纯ClO2发生器的性能研究
2.1 分析方法
ClO2采用连续碘量法[6];细菌总数采用平皿计数法;大肠菌群采用多管发酵法.
2.2 HLJ-I型高纯ClO2发生器的运行
2.2.1 稳定性
保持两种反应液投加速度和反应条件相对稳定,分别测定不同时刻水中ClO2浓度并列于表1.从表1可以看出,只要保持两种反应液投加速度和反应条件相对稳定,不同时刻的ClO2投加浓度基本稳定在预先设置的范围.
2.2.2 ClO2的收率
ClO2收率即实际产量与其理论产量的比值.收率的高低直接影响到ClO2的生产成本和制水成本.试验研究系统考察了最佳反应条件下、不同日期的ClO2收率,其结果见图1.从图1可以看出,在最佳反应条件下,ClO2的收率保持在75%～83%的水平,与市场上其他常见的发生器相比具有较高的收率.
2.2.3 制备ClO2的纯度研究表明[7],欲较好地控制CHCl3的形成,ClO2的质量分数在混合消毒剂中必须大于90%,否则仍将有大量的氯仿生成.试验研究系统考察了HLJ-I型ClO2发生器制备ClO2的纯度,结果见图2.从图2可以看出,试验期间所获得ClO2的质量分数均保持在95%以上,该纯度可有效地控制有机卤代物的生成[8].
3 高纯ClO2消毒饮用水的工程应用
3.1 ClO2投加量和投加方式的确定
据实验室的灭菌试验和ClO2处理饮用水的中试研究,将投ClO2的投量确定在0.5～1.0 mg/L;其投加方式和氯气相似,只需将HLJ-I型ClO2发生器的气体出口接到水厂原有加氯设备的水射器上即可,如图3所示.
3.2 工程运行的试验结果
为了便于比较,试验中以1 d为一时间段分别投加液氯或ClO2,然后分别对原水、滤池出水、投加消毒剂的出厂水取样分析.ClO2投加质量浓度为0.50～1. 0 mg/L,液氯投加质量浓度为2.0 mg/L,试验结果列于表2.
表2看出,在试验期间,原水的细菌总数为65～120 cfu/mL,大肠菌群36～92 cfu/L.原水经预氯化、混凝、沉淀、过滤后细菌总数为5～33 cfu/mL,大肠菌群3～27 cfu/L.尽管滤后水质已有很大改观,但尚未达到国家饮用水卫生标准.
对滤后水投加ClO2,当投加质量浓度为0.50～1.0 mg/L时,出水细菌总数(0～3 cfu/mL)低于投加Cl21.5～2.0 mg/L的细菌总数(0～12 cfu/mL).经ClO2或Cl2消毒后水中大肠菌群数均不超过3 cfu/L.出水的其他指标包括浊度、色度等均满足国家饮用水卫生标准.
3.3 ClO2消毒后饮用水中有机物分析
分别取投加液氯0.7 mg/L和ClO20.7 mg/L的滤后水300 L用处理好的XAD—2树脂进行富集,然后对树脂的乙醚洗脱液进行了色谱-质谱联机分析,其结果列于表3.从表3可以看出,ClO2消毒的水样中有机物的种数和相对含量均低于液氯消毒的水样,证明ClO2氧化有机物的能力优于液氯.投加ClO2的水样中未检测出有机卤代物,而在投加液氯的水样中检测出大量有机卤代物,约占有机物总量的9.48%,这个结果也进一步证实了ClO2消毒可以有效控制有机卤代物的生成.
3.4 ClO2工程运行的技术经济分析
以上试验表明ClO2消毒饮用水技术上可行.工程运行中,根据实测得出生产1 t ClO2的成本为1.89万元,按其投量为0.5mg/L,与液氯(成本2300元/t,投量2 mg/L)消毒相比,用ClO2消毒1 t水其成本较氯气提高不到1分钱.虽然处理成本略有提高,但从保护居民身体健康的角度来考虑,这是值得的.
4 结语
ClO2的工程运行结果表明HLJ-I型高纯ClO2发生器产气量稳定,制备的ClO2平均纯度大于95%;与投加2 mg/L液氯相比,ClO2投量为0.5～1.0 mg/L时,处理后水的各项指标均达到或优于国家标准的要求;试验结果表明ClO2消毒后水中有机物的种类和数量较液氯消毒明显减少,ClO2消毒可有效控制有机卤代物的生成.
参考文献:
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