二氧化氯在鐵路給水消毒的應用研究

來(lái)源：http://thesierramadre.com/ 作者：余氯檢測儀 時(shí)間：2019-08-19

　　目前，我國鐵路給水中應用的消毒劑以液氯和次氯酸鈉為主。其中南方和北方有所區別，南方水源多為地表水以投加液氯為主，北方水源多為地下水以次氯酸鈉發(fā)生器生成次氯酸鈉消毒為主。但隨著(zhù)源水污染的變化，廢水中各種有機物的含量有所增加，運用液氯消毒會(huì )產(chǎn)生氯代有機物，其中有的產(chǎn)物具有致突變作用。次氯酸鈉消毒法存在發(fā)生器設備操作復雜，勞動(dòng)強度大，發(fā)生器的重要部件――電極易損，電耗，鹽耗較高。

　　為滿(mǎn)足人們對水質(zhì)要求的不斷提高，尋求適合鐵路給水的消毒方式已成迫切任務(wù)。作為新型消毒劑的二氧化氯(ClO2)因其具有的特殊優(yōu)勢，在與鐵路給水相結合中將得到廣泛應用。

　　二氧化氯的應用

　　19世紀初，美國科學(xué)家發(fā)現了ClO2氣體。20世紀40年代，二氧化氯開(kāi)始應用于食品加工的殺菌消毒和水的凈化處理等。由于二氧化氯不會(huì )與有機物反應而生成THMs，所以在飲用水處理中應用越來(lái)越廣泛。

　　二氧化氯在鐵路給水中的應用鮮有報道。據鐵道部的一份調查顯示，二氧化氯在各給水部門(mén)的使用率低于2%，并存在認識和使用上的誤區，影響了二氧化氯的推廣使用。

　　二氧化氯的物理性質(zhì)

　　二氧化氯(ClO2)常溫(20℃)下是一種黃綠色的氣體，具有與氯氣類(lèi)似的刺激性氣味。ClO2極易溶于水，ClO2在水中的溶解度隨溫度升高而降低，在水中是純粹的溶解狀態(tài)，不與水發(fā)生化學(xué)反應，故它的消毒作用受水的PH值影響極小。

　　ClO2水溶液易揮發(fā)，在較高溫度與光照下會(huì )生成ClO2-與ClO3-，應避光低溫保存。由于ClO2對壓力、溫度和光線(xiàn)敏感，不能壓縮進(jìn)行液化儲存和運輸，只能在使用時(shí)現場(chǎng)臨時(shí)制備。

　　二氧化氯的氧化消毒機理

　　作為強氧化劑，ClO2在酸性條件下具有很強的氧化性：

　　ClO2+4H++5e=Cl-+2H2O

　　在水廠(chǎng)pH≈7的中性條件下，

　　ClO2+e=ClO2-

　　ClO2-+2H2O+4e=Cl--+4OH-

　　ClO2能將水中少量的S2-、SO32-、NO2-等還原性酸根氧化去除，還可去除水中的Fe2+、Mn2+及重金屬離子等。另外ClO2以氧化還原為主，能將腐殖酸、富里酸等降解，且降解產(chǎn)物不以三氯甲烷形式存在。

　　ClO2消毒只是有選擇的與某些有機物進(jìn)行氧化反應將起降解為含氧基團為主的產(chǎn)物，不產(chǎn)生氯化有機物，所需投加量小，約為氯投加量的40%,且不受水中氨氮的影響。因此，采用ClO2代替氯消毒，可使水中三氯甲烷生成量減少90%。

　　二氧化氯的制備及經(jīng)濟性比較

　　二氧化氯性質(zhì)活潑，不易貯存和運輸，目前飲水用二氧化氯都采用現場(chǎng)制備的方式。ClO2的制備方法中化學(xué)法和電解法在生產(chǎn)上應用較多。適合鐵路給水消毒的只有化學(xué)法，并逐漸淘汰已有的電解法。

　　(一)化學(xué)法

　　化學(xué)反應制取ClO2的方法主要有：

　　1、鹽酸與亞氯酸鈉反應

　　5NaClO2+4HCl=5NaCl+4HCl+2H2O

　　2、亞氯酸鈉與液氯混合反應

　　2NaClO2+Cl2=2NaCl+2ClO2

　　3、鹽酸與氯酸鈉反應

　　NaClO3+2HCl=ClO2+1/2 Cl2 +NaCl+H2O

　　方法之一生產(chǎn)規模較小，設備簡(jiǎn)單，便于實(shí)現自動(dòng)化操作，此類(lèi)設備中德國的Prominent、美國的F&P公司有相應的產(chǎn)品，國內生產(chǎn)商有青島海晟、南京華浦等公司。該方法極其適合鐵路給水所使用，雖存在NaClO2價(jià)格較貴，生產(chǎn)成本較高(以制取1kg ClO2來(lái)計，亞氯酸鈉法的成本約為30，氯酸鈉法約20元)，但如果考慮因此而減少的人員工資和維護成本支出，則該方法仍具有液氯和次氯酸鈉無(wú)法比擬的優(yōu)勢條件。

　　亞氯酸鈉加氯氣法含有加氯系統，增加了系統的復雜程度，加大了設備投資和管理水平，因此對中小型水廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，該工藝無(wú)優(yōu)勢。鐵路水廠(chǎng)一般消毒水量較小。因此，亞氯酸鈉加氯氣法不適合在鐵路內使用。

　　根據方法之二制備ClO2時(shí)，會(huì )生成二氧化氯和氯氣混合物，當反應溫度在約70℃和加大鹽酸的過(guò)剩量，可同時(shí)提高二氧化氯和氯氣產(chǎn)率，仍得到二者的混合物。

　　目前，因為運行成本和檢測標準(仍使用與氯氣相同的指標，如有效氯、余氯等)等原因，以氯酸鈉工藝為基礎的二氧化氯發(fā)生器仍是市場(chǎng)上的主導產(chǎn)品之一，例如深圳歐泰華產(chǎn)品和山大華特產(chǎn)品。鐵路應根據自己的實(shí)際情況選擇自己的二氧化氯制取方式，不被生產(chǎn)廠(chǎng)家的宣傳所迷惑。

　　(二)電解法

　　電解法生產(chǎn)ClO2，以食鹽為原料，采用隔膜電解工藝，在陽(yáng)極室注入飽和食鹽水，陰極室加入自來(lái)水，接通電源后使離子定向遷移，從而在陽(yáng)極室及中性電極周?chē)a(chǎn)生ClO2、O3、H2O2、Cl2等混合氣體。產(chǎn)生的混合氣體中ClO2所占比例較低，除了O3、H2O2外，大部分是氯氣。無(wú)法避免液氯消毒的缺點(diǎn)。與次氯酸鈉發(fā)生器一樣存在設備操作復雜，易損壞部件價(jià)格昂貴，運行維護困難等缺點(diǎn)。電解法只是生產(chǎn)ClO2的過(guò)渡方式，雖然目前應用較廣，但很快將被淘汰。

　　目前，鐵路部門(mén)所采用的二氧化氯發(fā)生裝置基本上為電解法，使用效果較差，且維修量大。作為前期應用的電解法二氧化氯發(fā)生裝置，影響了人們對二氧化氯的認識，制約了二氧化氯在鐵路內的使用。

　　自動(dòng)化控制

　　二氧化氯是通過(guò)兩種藥劑的現場(chǎng)反應來(lái)制取，要想準確投加，必須對兩種藥劑進(jìn)行計量、準確配比才能實(shí)現。否則，會(huì )因為配比不當而引起二氧化氯產(chǎn)率降低，副產(chǎn)物比率增加，降低消毒效果。嚴重時(shí)，會(huì )出現單藥劑投加而完全失去消毒效果并污染水質(zhì)。

　　二氧化氯發(fā)生器的運行應采用自動(dòng)化控制，這一點(diǎn)對鐵路給水來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。鐵路給水站或給水所實(shí)現無(wú)人值守，要求所有設備必須全自動(dòng)。目前，鐵路給水大量使用的次氯酸鈉發(fā)生器有2h的穩定運行周期，無(wú)法實(shí)現在間斷情況下的自動(dòng)消毒。簡(jiǎn)單的操作，全自動(dòng)化的控制，必將使之在鐵路給水中得到廣泛應用。

　　應用實(shí)例

　　衡水西站公寓加壓泵站改造工程中，安裝上海(中國)技源科技有限公司RWS-B2-100-D 高純二氧化氯發(fā)生器一臺。該發(fā)生器以25%亞氯酸鈉和30%鹽酸為原料，生成高純二氧化氯，投加量由出水流量計自動(dòng)控制，設備自安裝后，運行穩定，消毒效果良好。

　　1、二氧化氯消毒劑比液氯和次氯酸鈉更具應用價(jià)值;

　　2、消毒設備更新改造時(shí)，應優(yōu)先選用二氧化氯發(fā)生器;

　　3、對小的鐵路給水所或給水站，選擇亞氯酸鈉+鹽酸法的二氧化氯制備方式。(作者工作單位：石家莊鐵路供電段)

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