一、概述
消毒是自来水厂处理工艺中的关键环节，长期以来人们对水厂水源的污染认识不足，致使水厂的处理工艺一直以去除水中的浊度及致病菌为目的。但随着社会工业化进程的不断加速，人们在提高物质文明的同时却在牺牲着自己的生存环境。大量的水源遭到工业污染，水媒疾病也时有爆发，另外，通过病原学关系的调查和实验表明，氯消毒副产物的存在对人体健康也存在着极大的危害。正是由于以上原因，自七十年代中期以来人们对自来水的消毒工艺及氯消毒的替代产品进行了广泛深入的研究，并同时对饮用水的水质标准作了严格的规定。
我国自1956年颁发《生活饮用水卫生标准（试行）》至2005年实施《城市供水水质 标准》的50年间，共进行了5次修订。部分项目也参考了国外发达国家的水质标准，其中与消毒有关的指标如下：
CJ/T206-2005
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项 目 |
标 准 |
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细菌总数： |
≤80CFU/ml |
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总大肠菌群： |
每100 ml水样中不得检出 |
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耐热大肠菌群 |
每100 ml水样中不得检出 |
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二氧化氯： |
管网末梢水总氯≥0.05mg/L;
或二氧化氯余量≥0.02mg/L; |
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三卤甲烷(总量) |
0.1 mg/L |
为了保障人民的身体健康，消除或减少消毒副产物，国内外已对氯消毒的替代产品进行了应用研究。研究表明，二氧化氯作为饮水消毒剂较氯气及其他消毒产品具有明显的优越性。首先，它具有广谱高效的消毒效果，其杀菌效率与臭氧相当，远高于氯气。其次，二氧化氯不与水中的有机物反应生成氯代产物，有效地控制了THMs的形成。第三，它还可以对饮用水中的Fe2+，Mn2+，嗅和色等都有很好的去除效果，改善了出水水质。国外尤其是欧洲水厂，已广泛的采用二氧化氯进行饮水消毒。我国一些水厂已意识并采用了二氧化氯替代氯气，并在逐渐推广。
二、自来水消毒现状及常用消毒方式比较
在消毒处理工艺中氯气、次氯酸钠、漂白粉是各水厂过去常用的杀菌消毒剂。随着二氧化氯的开发应用，已有越来越多的水厂使用二氧化氯，也有少数水厂使用臭氧和紫外线，但由于二氧化氯优越的特性，在欧美发达国家已普遍用来对自来水消毒，在我国也已有很多水厂在应用。目前常用几种消毒剂特点如下：
1．漂白粉消毒
漂白粉可以直接投加或用水溶解后投加，操作简单，运行费用低，但效果最差，现基本不用。
2．液氯消毒
用氯气钢瓶配套加氯机进行投加，运行成本较低，但使用安全性差，设备寿命短，使用效果较差，现仍有较多水厂在使用。
3．次氯酸钠消毒
次氯酸钠发生器是用电解食盐水产生的次氯酸钠进行投加消毒的，因设备寿命短，运行费用较高，使用效果较差，属淘汰产品，但目前少部分水厂在使用。
4．二氧化氯消毒
由二氧化氯发生器产生，分电解法和化学法，因电解法含量低，设备寿命短，现已被化学法取代。化学法发生器使用寿命长，效果好，综合费用低，安全、可靠，正被越来越多的水厂所采用。
5．臭氧消毒
通过臭氧发生器产生，使用效果好，但运行费用高，维护困难，没有持续杀菌能力，只有极少数水厂在用。
各种消毒产品(设备)特点比较如下表：
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消毒剂
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设备
价格 |
运行
成本 |
耗电
量 |
故障
率 |
致癌
物质
形成 |
危险
性 |
杀菌
能力 |
去铁
去锰
能力 |
去味
能力 |
脱色
能力 |
灭藻
能力 |
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漂白粉 |
低 |
低 |
／ |
／ |
高 |
低 |
中 |
低 |
低 |
低 |
中 |
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液氯 |
中 |
低 |
中 |
中 |
高 |
高 |
中 |
低 |
低 |
低 |
中 |
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次氯酸钠发生器 |
中 |
高 |
高 |
高 |
高 |
中 |
中 |
低 |
低 |
低 |
中 |
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二氧化氯发生器 |
中 |
中 |
低 |
低 |
低 |
低 |
高 |
高 |
高 |
高 |
高 |
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臭氧发生器 |
高 |
高 |
高 |
高 |
低 |
中 |
高 |
高 |
低 |
低 |
高 |
三、双工艺二氧化氯发生器性能特点
由于二氧化氯发生装置所用原料及中间反应产物均具有强腐蚀性和氧化性，为提高装置长期运行的可靠性和安全性，达到十年以上的设计寿命，本装置的材料和配置进行了大量的筛选实验。其中，反应室采用抗氧化能力极强的氟塑料，过流部件采用高强度PVC。
主要特点如下：
①该产品具有双工艺原理特点：
工艺一：以DTJ-HP工艺为基点，利用氯酸钠在酸性条件下，以过氧化氢为还原剂发生纯二氧化氯反应。通过使用复合催化剂、稳定剂，可以使发生的二氧化氯纯度达98%以上，原料转化率达95%以上，实现低成本、高纯度运行。
工艺二：用氯酸钠与盐酸为原料，制备以二氧化氯为主、氯气为辅的复合消毒液。
既可以根据原材料经济性及供货稳定性选择生产工艺，也可以根据使用要求或环保标准等的变化选择生产复合型或是高纯二氧化氯产品，不需要中途更换设备。一种设备、两种用途，性价比更高。
工艺原理：
工艺一：2NaClO3 + 2H2SO4 + H2O2 + 复合催化剂 → 2ClO2 + NaHSO4 + 2H2O + O2
工艺二：NaClO3+ 2HCl=ClO2 +1/2 Cl2 +NaCl + H2O
②使用寿命达10年以上。
③自动处理残液；无二次污染，安全可靠，无泄漏。
④操作简单，维护方便，故障率低，基本不用维修。
⑤当使用工艺一时，产出品中二氧化氯纯度达98%以上；且原料易购，运行费用低，综合费用为纯二氧化氯发生器（以亚氯酸钠为原料）的20%左右。
四、双工艺二氧化氯发生器应用
1．投加工艺确定
(1)对于有清水池的水厂，一般将二氧化氯的投加点选择在滤后清水池进水口处，通过清水池中有效的接触时间，达到杀菌、消毒效果。如若投加在滤后管道中，因有利于混合均匀，效果更好。
(2)对于没有清水池的直供水，可将二氧化氯直接投加到供水管道中。
(3)对于配备在线检测自动控制装置的水厂，可在投加点之前设置流量检测装置，自动测定水流量值并转成控制信号给二氧化氯发生器以控制二氧化氯投加量；或在出厂水管上设置余氯或二氧化氯检测装置，自动测定出厂水余氯值或二氧化氯浓度值，并转成控制信号后与流量信号复合控制投加量，使加药量更精确。
2．投加浓度、投加方式确定
按国家饮用水标准，出厂水余二氧化氯量应>0.05mg/L，否则不能满足管网末端的杀菌效果，但过量的余二氧化氯不仅增加制水成本，也对人体健康不利，因此适宜的二氧化氯投加浓度对水厂非常重要。
二氧化氯发生器型号的选择应根据每小时的最大处理水量来确定，一般地下水投加二氧化氯0.5～1g/m3，地表水投加二氧化氯0.2～0.5g/m3，以此即可选择相应型号的设备。
投加方式主要取决于水厂生产方式，如属连续生产型，可根据投加浓度和水量大小连续投加二氧化氯，若水厂为间断生产型，可在生产期间投加药剂，但需注意每天供水前，首先开机投加二氧化氯。
3．控制方案及二氧化氯发生器选型
控制部分可根据厂方要求配置。
方案一：采用进口余二氧化氯自动测控装置，通过进水流量和出厂水余二氧化氯自动控制二氧化氯发生器计量泵的运行频率，通过发生器的产量。该方案需在清水池进水处安装电磁流量计，余二氧化氯自动测控装置接收4~20mA信号，经运算后转化成脉冲信号控制二氧化氯发生器。
方案二：采用进口余二氧化氯自动测控装置，通过水中余二氧化氯量自动控制二氧化氯发生器计量泵的运行频率，调节发生器的产量。该方案要求检测水尽量离加氯点近，以便能将水中余二氧化氯量的变化迅速反馈到控制器。
方案三：采用进口余二氧化氯自动测控装置和电磁流量计，根据处理水量和出水余二氧化氯所组成的闭合回路来控制二氧化氯的投加量，在中心控制室对二氧化氯发生器进行遥控，以满足水厂稳定投加消毒剂的要求。
水厂可根据自己的实际情况选择相应的控制方式。
4．水厂消毒工艺流程
五、运行成本分析
工艺一使用硫酸、双氧水和氯酸钠为原料，硫酸（98%）的价格800元/吨，双氧水（27.5%）的价格1200元/吨，氯酸钠的价格为4200元/吨。根据发生器的额定消耗量计，一般生产1克ClO2消耗氯酸钠1.66g、硫酸（98%）2.63g，双氧水（27.5%）1.26g，折合人民币约0.0106元。以地表饮用水为例，ClO2投加量为0.2～0.5 g/m3，吨水成本约为：0.00212～0.0053元/吨。
工艺二使用盐酸和氯酸钠为原料，盐酸（30%）的价格800元/吨，氯酸钠的价格为4200元/吨。根据该发生器的额定消耗量计，一般每生产1克有效氯消耗氯酸钠0.65g、盐酸1.3g，折合人民币0.004元。以地表饮用水为例，有效氯的投加量通常为0.5～1.5ppm，吨水成本约为：0.002～0.06元/吨。
“亚氯酸钠＋盐酸法”纯二氧化氯发生器使用盐酸和亚氯酸钠为原料，盐酸（30%）的价格800元/吨，亚氯酸钠的价格为18000元/吨。根据发生器的额定消耗量计，一般生产1克ClO2消耗亚氯酸钠（82%NaCLO2）2.25g、盐酸（31%HCL）2.2g，折合人民币约0.043元。以地表饮用水为例，ClO2投加量为0.2～0.5 g/m3，吨水成本约为：0.0086～0.022元/吨。
运行费用比较表（以地表饮用水为例）
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“DTJ-HP法”
纯二氧化氯发生器 |
“氯酸钠＋盐酸法”
复合二氧化氯发生器 |
“亚氯酸钠＋盐酸法”纯二氧化氯发生器 |
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采用原料 |
氯酸钠+硫酸+双氧水
NaClO3+H2SO4+H2O2 |
氯酸钠+盐酸
NaClO3+HCl |
亚氯酸钠+盐酸
NaClO2+HCl |
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每克二氧化氯原料消耗 |
氯酸钠1.66g、硫酸2.63g、双氧水1.26g |
———— |
亚氯酸钠（82%固体）2.25g、盐酸（31%）2.2g |
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每克二氧化氯原料成本 |
0.0106元 |
———— |
0.043 元 |
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每克有效氯
原料消耗 |
———— |
氯酸钠0.65g
盐酸 1.3g |
———— |
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每克有效氯
原料成本 |
———— |
0.004元 |
———— |
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ClO2投加量 |
0.2～0.5mg/L |
－－－－
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0.2～0.5mg/L |
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有效氯投加量 |
———— |
0.5～1.5mg/L |
－－－－ |
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吨水处理费用 |
0.00212～0.0053元 |
0.002～0.006元 |
0.0086～0.022元 |
六、结论
双工艺二氧化氯发生器既可以根据原材料经济性及供货稳定性选择生产工艺，也可以根据使用要求或环保标准等的变化选择生产复合型或是高纯二氧化氯产品，不需要中途更换设备。一种设备、两种工艺选择，性价比更高。
该设备用于饮用自来水消毒，安全无毒，消毒杀菌效果明显，不污染水质，而对水中氨氮、亚硝酸氮、铁锰有明显去除作用，使用成本低廉，不仅使出厂水质达到国家生活饮用水标准，而且使水质质量得到很大提高，满足了人们对高品质生活用水的需求。
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