关于氯系消毒剂的详解!
发布日期:
2020-04-21

浏览次数:

消毒在水处理中是必不可少的步骤,氯系消毒剂在消毒领域占据了决定性的地位,本文对氯系消毒剂的介绍全部基于现场实际状况,本文照片均为现场实拍,表格为实际数据总结,未经允许禁止采用!



一、氯系消毒剂--次氯酸钠


1、概述


次氯酸钠消杀方式和氯气基本相同,消毒副产物和氯气也基本相同,但所产生的致癌物质要明显少于氯气,其来源主要有两种,一种是成品的次氯酸钠,一种是电解制备的次氯酸钠,我国污水处理厂两种都有采用,其中成品次钠有效氯含量较高,为10%,电解次钠发生器依照有无阳离子交换膜可分为两种,采用阳离子膜的二氧化氯发生器我国采用的极少,主要为无阳离子膜的二氧化氯发生器,所制取的二氧化氯发生器的浓度均≤1%。

2、次氯酸钠的的使用应注意的问题


1、成品次钠

成品次钠主要考虑结垢、积气及衰减的问题,次钠的衰减主要和环境温度、光照等因数有关,一般来说成品次钠从10%有效氯含量衰减至5%需要140-180天左右,达到5%浓度时候最为稳定,衰减速度大幅放缓,可以较为长期保存。投加量因污水性质不同而不同,有效氯投加量为给水消毒用的3-5倍左右,约在为3-5mg/L,具体投加量应以小试实验为标准。

成品次钠的投加管道多采用CPVC管道,这是因为次钠有较强的腐蚀性,存储容器一般采用PE桶和混凝土池(环氧树脂内壁防腐处理,图1),并遮光隔热。
 


原创|关于氯系消毒剂的详解!


图1 成品次钠存储桶

成品次钠在稀释成5%的溶液时,需要采用软水,否则很容易结垢(图2),而且成品次钠会溶盐会分解产生大量气体,所以投加的时候需要考虑排气。


原创|关于氯系消毒剂的详解!


图2 成品次钠结垢

2、电解法制取次氯酸钠


电解法次氯酸钠发生器主反应过程可用以下方程式来表示:

NaCl+ H2O = NaClO + H2↑

电解盐水型次氯酸钠发生器的电解过程是一个电化学的反应过程,它的唯一原材料就是盐水(非饱和,工业精盐),没有别的附加成份,制成次氯酸钠溶液品质纯净,其工艺流程如图3所示


原创|关于氯系消毒剂的详解!


图3 电解次钠一般工艺流程图

电解法次氯酸钠发生器一般由电解槽(图4)、酸洗设备(一般采用柠檬酸或者盐酸)、盐水配置装置、氢气强排装置、离子交换装置(软化溶解食盐用水)、次钠存储罐投加设备(图5)组成,其中冷却、氢气强排、离子交换装置与设备运行同期、盐水配置视生产所需,酸洗一般为每半年一次。


原创|关于氯系消毒剂的详解!


图4 电解槽



原创|关于氯系消毒剂的详解!
图5 存储及投加

目前我国各省在采用电解法制取次钠所面临的问题主要是安全问题,因为次钠产生氢气,按照相关要求,氢气需要高排,但污水及给水厂中,一般难以达到高排的要求,此外稀释水的软化及设备要求定期酸洗,系统也较成品次钠复杂,对管理水平要求较高。

3、电解次钠与成品次钠的制水成本对比


相较成品次钠而言,电解次钠一次性投资较大,但是制取成本较低,每消毒1m3自来水(污水性质相差较大,比较较为困难),成本约为0.009-0.012元,而次钠与运距有直接关系,10%有效成分成品约在800-2800元/吨之间,不同地区差异极大,相对制水成本在0.08元-0.12元/吨之间。




二、氯系消毒剂--二氧化氯




1、概述

二氧化氯是气态下是一种黄绿色的气体,有剧毒,有效氯含量约为氯气的3倍,理论上消毒能力也强于氯气,主要通过对细胞壁的穿透杀灭细菌,消毒时一般不产生氯类物质消毒所产生的致癌物质(转化率降低时除外),但产生一定量的氯酸盐及亚氯酸盐。

二氧化氯属于易燃易爆品,我国采用二氧化氯消毒较早,2000年左右在我国中小型水厂、医院污水处理站均有较大范围使用,使用的时多采用现场制备的方式,现产现用。

现场制备主要采用二氧化氯发生器或AB剂调和的方法,也有少数景区采用二氧化氯泡腾片。污水厂由于二氧化氯投加量较大,多采用现场制备的方式获得二氧化氯,即二氧化氯发生器。

二氧化氯发生器经过多年研发改进,目前已经是第四代产品,主要有二元法、三元法及电解法三种,二元法及三元法通俗称为复合法及高纯法,复合法以浓盐酸与氯酸钠反应为代表,高纯法以硫酸与氯酸钠反应为代表,电解法由于阳离子渗透膜技术问题,使用较少。

电解法制取二氧化氯反应式可以简单表示为:

2NaCl(饱和食盐水)+3H2O→ClO2+Cl2+2NaOH+2H2

盐酸法制取二氧化氯化学反应式可以简单表示为:

2NaClO3+4HCl→2ClO2+Cl2+2NaCl+2H2O

硫酸法制取二氧化氯化学反应式可以简单表示为:

2NaClO3+2H2SO4+H2O2→2ClO2+2NaH SO4+2H2O+O2

上述反应式除电解法外,原料并不唯一,如双氧水可以用蔗糖代替,但反应式会相应改变,氯酸钠也有使用亚氯酸钠作为原料的。

一般来说,无论何种二氧化氯发生器,其使用寿命一般在5-7年左右,寿命接近终结后,会发生转化率大幅下降导致二氧化氯的制备的产物纯度降低,氯酸盐和亚氯酸盐的生成量爆增的情况,此时应及时更换二氧化氯发生器。

2、二氧化氯发生器

二氧化氯发生器一般由控制部分(如图1)、反应部分(如图2)及投加部分(如图3)及原料存储部分组成。产生的时候,由计量泵按照预定比例将原料吸入反应器中,待反应完成后由水射器带入投加点进行投加,投加量与水质有很大关系,在给水中投加量一般在0.1-0.5mg/L范围内,在污水中一般在1-2mg/L范围内,具体投加量应进行小试实验,并以出水指标为小试的要求。


原创|关于氯系消毒剂的详解!


图1 二氧化氯控制柜


关于氯系消毒剂的详解!


图2 二氧化氯反应釜
 


原创|关于氯系消毒剂的详解!


图3 二氧化氯投加水射器

3、二氧化氯使用过程中需要注意的问题

1、转化率问题

二元法及三元法的二氧化氯发生器在我国经过二十余年发展,已经越来越成熟,但其所面对的最主要问题仍然是转化率问题,这是因为转化率直接制约着二氧化氯的制备的产物纯度、氯酸盐和亚氯酸盐的生成量、各原材料的用量问题。制约二氧化氯转化率的因素较多,如原料纯度、反应温度、废液排放频次等等,使用二氧化氯的时候可以定期测定二氧化氯发生器的转换率,如无测定能力,可通过观察原料消耗情况、氯酸盐及亚氯酸盐的生成量、及废液产生量来判断,因为转化率降低生成相同量的二氧化氯消耗的原料、氯酸盐及亚氯酸盐的生成量及废液产生量将明显增加。

2、原料纯度

一般来说,采用不同方法制备的二氧化氯发生器所需原料的纯度不同,原料纯度必须严格按照厂家要求进行采购,如图4采用浓度过高的硫酸制备会使发生器产生结晶。


原创|关于氯系消毒剂的详解!


图4 二氧化氯制备时结晶

3、腐蚀

盐酸法制备二氧化氯有腐蚀设备的问题,在盐酸存储的时候必须密封处理,对存储空间应采用防腐蚀瓷砖等保护措施。


原创|关于氯系消毒剂的详解!


图5 被盐酸气体腐蚀的栏杆

4、盐酸法及硫酸法的对比

盐酸法及硫酸法(均采用氯酸钠为原料)对比如表1所示(由于污水性质较为复杂,成本为某江段同原水,同工艺,同出厂余二氧化氯量所计算成本):

表1 二元法及三元法制取二氧化氯对比表



二元法
三元法
所需原料
氯酸钠+盐酸
氯酸钠+硫酸+双氧水
原料贮存
1.应贮存在阴凉、通风、干燥的库房内,但不能贮存在木结构的库房里。
2.盐酸应放置于塑料罐中密封贮存。
3.氯酸钠不可与易燃品、酸类和还原剂共贮混运。注意防潮。远离热源和火种。
 
1.应贮存在阴凉、通风、干燥的库房内,但不能贮存在木结构的库房里。
2.氯酸钠不可与易燃品、酸类和还原剂共贮混运。注意防潮。远离热源和火种。
3.硫酸应用聚四氟乙烯罐、铝罐或铁罐进行贮存,并做好密封。
4.双氧水应用塑料或不锈钢容器进行贮存,容器加盖并保持排气。
原料消耗(g/gClO2)
氯酸钠:0.60;31%盐酸:1.67
氯酸钠:1.62;59%硫酸:3.0;双氧水:1.05
原料转换率
88%
95%
交流电电耗
——
——
安全性能
盐酸属强酸,若泄露将造成重大安全事故。
硫酸和双氧水的贮存需多加监测,若泄露将造成重大安全事故。
生产卫生环境
盐酸有酸雾,对金属造成腐蚀。
生产车间内无异味,无酸雾,卫生条件好。
设备使用普及率
普及率较高
普及率较低
制水成本
0.01元/m3
0.014元/m3



三、氯系消毒剂----氯气


1、概述

目前在我国液氯仍然是水处理过程中应用最多的消毒剂,氯气及游离氯剂用在不同规模的水厂所占比例为46.54%~89. 36%,二氧化氯在中小型规模的水厂所占比例为10.3%~42.29%。主要是由于它应用历史长,其使用历史可以追溯到中国的第一座自来水厂--上海杨树浦自来水厂,在漫长的使用过程中,积累了丰富的运行管理经验,而且氯气的杀毒效率高、可保持一定的持续杀菌效果,但也易生成大量的有机卤代烃类致突变的复杂有机化合物,造成水体的二次污染。氯气消毒机理目前业界有两种看法,一种是认为氯气与水反应生成的新生态氧的强氧化作用,一种认为是氯气与水反应生成次氯酸钠对细菌的穿透的杀灭作用。 

2、氯气在使用过程中应注意的问题

氯气在使用过程中主要存在的问题主要就是安全问题和投加问题,而安全问题又包括安全距离、存储、运输、副产物生成的问题,投加问题主要是折点投加量的问题。

1、氯气的投加

氯气投加设备主要有真空加氯机及转子加氯机两种,其主要原理都是将液氯溶于水中后输送至投加点进行投加,在一些温度较低加氯量较大的地方还会设置液氯蒸发器。液氯用于存在一定量氨氮的原水消毒或污水消毒中会产生折点加氯效应,即液氯会与污水中的氨氮反应,使得加氯曲线不是一条直线,而是一条折线,这时加氯量应通过反复的小试实验进行确认。

2、液氯的安全

液氯的安全主要涉及安全距离、存储、运输、副产物生成的问题的,给水厂主要注重的是安全距离设置、存储、运输、副产物生成,而污水厂主要注重安全距离的设置、存储、运输的问题。运输问题我国各大水务集团均分包给有运输资质的运输企业,而安全距离均参照《氯气安全规程》(GB11984-2008)要求。

氯气的存储要求极高,需要在液氯贮罐区地面应低于周边地面0.3~0.5m或贮存区周边设0.3~0.5m的事故围堰(即中和碱池图3),设置漏氯吸收装置(图1)及喷淋系统(图2),以上措施均需要通过当地安监部门的安全评估。


原创|关于氯系消毒剂的详解!


图1 漏氯吸收装置


原创|关于氯系消毒剂的详解!


图2 氯库及喷淋系统


原创|关于氯系消毒剂的详解!


图3 碱池

四、氯类消毒副产物的对比


为真实进行对比,抽取某地3个不同水厂(水源同源,三个水厂取水口相差不超过1km)2017年全年检测数据进行比较(各厂出厂水水质要求均能满足GB 5749-2006 规范要求,且出厂水浊度均在0.3NTU左右),如下表2所示(三个水厂消毒剂投加点均在滤池后,有效氯投加量均在1mg/l左右,表2中一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、三卤甲烷、三溴甲烷根据规范要求为半年进行一次分析):

表2 不同氯消毒副产物对比表


原创|关于氯系消毒剂的详解!

原创|关于氯系消毒剂的详解!
由表2可知,所有消毒方式副产物均能满足GB 5749-2006 规范要求,其中:氯气消毒产生了三氯甲烷、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、三卤甲烷,氯酸盐和亚氯酸盐在大多的月份未检出;次氯酸钠消毒产生的副产物和液氯消毒基本相同,也产生了三氯甲烷、二氯一溴甲烷、三卤甲烷,但含量略少于氯气消毒,有些月份还产生一定量的亚氯酸盐和氯酸盐;二氧化氯消毒几乎没有检出三氯甲烷、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、三卤甲烷,但产生了氯酸盐、亚氯酸盐的消毒副产物。

不同消毒剂所产生的消毒副产物各有区别,中的来水二氧化氯几乎不产生卤代物致癌物质,但产生氯酸亚及亚氯酸盐,而次钠及氯气均产生卤代物致癌物质,但次钠产生量明显低于氯气的产生量。

本文转载于环保工程师,如有侵权请主动与我方联系


分享:

相关推荐