扑克牌多少张:不同方法的二氧化氯發生器在飲用水處理中的比較

扑克牌素材免抠图 www.tfdrl.icu 二氧化氯發生器可利用多種反應工藝,現場發生。如常用的有氯酸鈉—鹽酸工藝(復合法)、亞氯酸鈉—鹽酸工藝(高純法)、氯酸鈉—硫酸工藝、穩定性二氧化氯(固體、液體)—活化劑(固體、液體)工藝。這些工藝反應的得率、純度、成本有很大差異,應選擇能保證水質殺菌達標、原料在當地易購、運行成本較低的工藝方式。
一、?前言
飲用水消毒已經發展了一百多年,其中液氯在控制各種危害人類健康的疾病方面功不可沒。然而,隨著水質的不斷惡化,最近的研究表明,液氯(包括其它氯制劑)會與水中的有機物反應生成危害人類健康的消毒副產物三氯甲烷等致癌物質。
二氧化氯作為一種新型的消毒劑,替代氯氣消毒具有諸多優點。但由于二氧化氯的不穩定性與一定的腐蝕性,使得商業上不便制成壓縮氣體或濃縮液,必須現場制備、就地使用,二氧化氯發生器就是其中一種現場發生二氧化氯的方法。目前,發生二氧化氯的方法至少有十幾種,二氧化氯發生器的廠家和型號更是多種多樣。如何區別不同二氧化氯發生器的性能、并選擇質優價廉的二氧化氯發生器產品,對于二氧化氯發生器用戶來說顯得至關重要。
二、不同二氧化氯發生技術的介紹
二氧化氯很不穩定,無論氣態還是液態,均容易發生爆炸,所以其儲存運輸也比較困難。因而,二氧化氯一般采用現場發生制取。根據其制備的原理,可以分為電解法和化學法。不管采用哪一種發生工藝,評價發生器性能的優劣的標準應該是一致的,即轉化率、二氧化氯純度、有害副產物和安全性。
1.電解法
該方法由美國四價公司首先研制開發成功。其原料為食鹽,采用隔膜電解的方法制取二氧化氯,所制得的二氧化氯純度較低,一般在30%以下,同時混有Cl2、H2O2、O3等,且氯氣的含量較高,用于飲用水消毒是否能夠避免氯消毒的副作用,還很值得懷疑。另外,該方法制作設備造價較高,電極易于腐蝕,管理復雜,故目前已很少使用電解法二氧化氯發生器。
2.?化學法
化學法制備二氧化氯根據采用原料不同分為氯酸鈉和亞氯酸鈉兩種方法。
2.1?氯酸鈉法
以氯酸鈉和鹽酸等為原料,采用負壓恒溫工藝,制得的二氧化氯產率和純度均不高,目前通常稱為復合二氧化氯發生器。復合二氧化氯發生器以有效氯計一般在70%以下,仍含有一定數量的氯,而且原料轉化率低,操作較復雜。從理論上說產品應用于消毒實踐中,不可避免會有氯化消毒副產物的產生,因此發達國家不推薦采用氯酸鈉為原料生產二氧化氯就是這個原因。從本質上說應該是說生產二氧化氯和氯氣混合物更為貼切,籠統地稱為二氧化氯有混淆視聽之嫌。所以應該進一步規范二氧化氯的生產以及產品命名,以免誤導市場,損害消費者利益。
2.2?亞氯酸鈉法
以亞氯酸鈉為原料的二氧化氯生產方法統稱為高純發生方法,其二氧化氯發生器被稱為高純二氧化氯發生器。它包含兩種:一種是與氯氣(可以用HCl和NaClO反應來代替)反應,另一種是與鹽酸反應。其反應方程式如下:
2NaClO2?+?Cl2?→?2ClO2?+?2NaCl??????????5NaClO2?+?4HCl?→?4ClO2?+?5NaCl?+?H2O??????????2NaClO2?+?NaClO?+?2HCl?→?2ClO2?+?3NaCl?+?H2O
從反應方程式可見,亞氯酸鈉與鹽酸反應氯的最大理論轉化率只有80%,而與氯氣反應氯的最大理論轉化率可以達到100%,從而較大程度地節約亞氯酸鈉原料用量。由于前幾年國內亞氯酸鈉原料的價格較高,導致二氧化氯的生產成本較高,推廣應用較慢。然而目前隨著技術的改進,亞氯酸鈉的生產成本大副下降,而且市場上還有25%亞氯酸鈉溶液供應,它更經濟更安全。以亞氯酸鈉為原料所產生的消毒劑中二氧化氯含量較高,一般在90%以上,該法已在發達國家已廣泛應用。
三、?不同發生技術優劣及副產物危害的比較
1.氯酸鈉工藝
采用氯酸鈉和鹽酸為原料進行反應,反應式如下:NaClO3?+2HCl?=?ClO2?+1/2Cl2?+NaCl?+?H2O該工藝最大的缺點是在二氧化氯產生的同時還有約占二氧化氯產量的一半的氯氣產生;氯酸鈉是火柴的原料,它的管理儲存不僅要滿足化學危險品的要求,還要滿足原料的管理要求。實驗結果表明,二氧化氯的有效轉化率一般只有30-50%左右,并且受到反應溫度和鹽酸濃度的影響。要提高二氧化氯的轉化率,必需保持較高的反應溫度(約70-90℃)和加大鹽酸的過剩量,但這同時又會導致副產物氯氣產率的提高,使反應產物中氯氣的含量增大。但即使提高反應溫度,氯酸鈉的二氧化氯轉化率也處于低下水平,因此采用提高反應溫度來增加氯酸鈉的二氧化氯轉化率的實際意義并不大。
由于氯氣的大量存在(理論上就有35%氯氣存在),從嚴格上講,已經失去了二氧化氯投加的最基本的意義,即降低水中三氯甲烷的含量。并且由于氯酸鈉的轉化率在實際運行中通常不足50%,這使得在投加量較高時,大量未反應的氯酸鈉進入配水系統中,這不但是原料浪費的問題,而且使水中剩余的ClO3-的濃度較高,造成二次污染,同時在高酸性時該系統可能會產生大量的高氯酸根離子(ClO4-)、。正是由于以上諸多原因,在國外有關二氧化氯應用水廠的資料中,還未有上述氯酸鈉工藝的報道。而國內有許多水廠使用氯酸鈉工藝的二氧化氯發生器,其主要原因是國內氯酸鈉工藝的二氧化氯發生器較亞氯酸鈉工藝的二氧化氯發生器研制得比較早,用戶在別無選擇的情況只有使用氯酸鈉工藝的二氧化氯發生器(即復合二氧化氯發生器)。
2.亞氯酸鈉工藝
上面已介紹該工藝有兩種方法,都是兩相原料系統,而第三種方法是從氯氣衍生而來的,即用鹽酸和次氯酸鈉反應來代替氯氣,與其它工藝相比,此法制備二氧化氯最佳,一方面沒有采用氯氣為原料,提高了操作安全性,另一方面亞氯酸鈉完全轉化為二氧化氯,沒有造成原料損失。不管那一種方法,從反應方程式可見亞氯酸鈉反應轉化成二氧化氯,無氯氣的產生,從而較大程度地節約亞氯酸鈉原料的用量,潛在的副產物氣體是氯氣,其含量不足5%,其它的雜質離子在發生器的設計中可以得到很好的控制。實測二氧化率轉化效率達95%以上。其系統都具有工藝簡單、不需加溫、設備容易操作及維護、產物中的二氧化氯純度高達95%以上等優點。國外的二氧化氯發生器都是采用亞氯酸鈉工藝,因為該工藝在反應柱中負壓下瞬間反應完全,不需要鹽酸過量,可能的副產物是亞氯酸根離子(ClO2-)和氯酸根離子ClO3-因為高純二氧化氯發生器的投加量很低,所以這些副產物離子還不足以影響人體健康。
3.副產物的危害
對二氧化氯(ClO2)和其無機副產物ClO2-和ClO3-的毒性問題國內外學者已經進行了大量的研究。氯酸鈉工藝由于反應不完全,導致大量的氯酸根離子進入水中,即使投加量很低也會使水中該指標偏高,而且其中的氯氣副產物跟水中有機物反應會產生三氯甲烷等致癌有機物,直接危害健康。
通過實驗測定亞氯酸鈉工藝出口處的二氧化氯溶液,結果表明亞氯酸根離子(ClO2-)和氯酸根離子ClO3-的含量很低,二氧化氯純度在95%以上。因此,在常規的水消毒濃度范圍內,它們不會對人體造成不良影響,而且通過合理的優化,可以使它們在配水系統中的濃度降低到最小濃度。
無論哪種工藝,在飲用水消毒中都要求二氧化氯的純度大于90%以上,在實際應用中才能減少和控制三氯甲烷等致癌有機物的生成;美國環境?;な穡║SEPA)則明確要求二氧化氯發生器生產二氧化氯的純度最少要大于95%??杉?,在飲用水消毒中高純二氧化氯發生器較復合二氧化氯發生器更適合。
4.二氧化氯發生器的規格
目前國內大多數復合型二氧化氯發生器的規格是以有效氯的產生能力來標注,而高純型二氧化氯發生器均是以二氧化氯的生產能力來標注,由于1克純二氧化氯=2.63克的有效氯,故1000克的高純型二氧化氯發生器相當于2630克的復合型二氧化氯發生器,容易混淆,許多水廠用戶對此不太了解,結果花同樣的錢而購買了不同處理能力的二氧化氯發生器設備?。
四.結束語
目前,在國內市場存在兩種類型的二氧化氯發生器,即復合型和高純型,它們都屬于化學法二氧化氯發生器,高純型不管在技術上還是在性能上都優于復合型,對環境的友好性上高純型也比復合型好。當然,在運行成本上復合型的原料較高純型便宜,表面上好像很“經濟”,但是需要注意的是復合型在計算運行成本時是以有效氯計,而純二氧化氯的有效氯是氯氣的2.63倍。復合型的投加量通常是高純型的好幾倍,所以高純二氧化氯發生器不管是對環境效益、處理效果以及設備的性能都具有很大的優勢,高純型二氧化氯發生器將逐步被飲用水行業用戶所接受,并最終將完全取代復合型二氧化氯發生器,從而符合國際二氧化氯行業的發展方向。

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