摘要：本文對二氧化氯消毒在城市污水處理應(yīng)用中的工藝選擇、制取方法以及運(yùn)行控制等幾個問題進(jìn)行了探討，對正確看待二氧化氯在水廠消毒中的地位及其推廣應(yīng)用的前景提出了看法。
關(guān)鍵詞：污水處理;消毒;城市污水;糞大腸菌
0. 引言
氯消毒一直是給水處理工藝中的一個環(huán)節(jié)，但隨著水源污染的加劇及水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的提高，發(fā)現(xiàn)某些源水經(jīng)氯氣消毒后，在其出水中檢測出了等多種致癌或可誘發(fā)癌變的有機(jī)物，這使人們對氯消毒的安全性產(chǎn)生了懷疑。歐、美等國從20世紀(jì)70年代開始對替代氯消毒的其他消毒劑進(jìn)行了深入研究，認(rèn)為二氧化氯是其中性價比的一種。
1. 二氧化氯與氯氣的合理選擇
1.1二氧化氯與氯氣的比較
氯氣作為一種成熟的消毒劑已有百年的應(yīng)用，但近年來由于源水水質(zhì)的惡化，氯消毒所引發(fā)的健康問題越來越引起人們的重視，氯消毒替代品的研究也越來越深入。在可選的新型消毒劑中，二氧化氯由于其高效、易得且具有持續(xù)的殺菌效果而成為的替代物之一。綜合現(xiàn)有的研究成果，二氧化氯與氯氣相比具有的優(yōu)、缺點(diǎn)見表1。
由表1可以看出，二氧化氯作為消毒劑的綜合指標(biāo)要高于氯氣，但二氧化氯也存在著相應(yīng)的不足和缺點(diǎn)。因此，二氧化氯工藝的選擇必須考慮它的使用條件，才能取得良好的處理效果和效益。
表1 二氧化氯的優(yōu)勢與不足二氧化氯所具有的優(yōu)勢 二氧化氯的不足
?、俣趸饶苤苯友趸械母乘?HA)或黃腐酸(FA)等天然有機(jī)物，不與其形成三鹵甲烷等氯化物，能大大降低消毒后水中三鹵甲烷(THMS)等氯消毒副產(chǎn)物。
?、诙趸仍谒胁话l(fā)生水解，不與水中的氨氮反應(yīng)，因此其殺菌效率不受水中pH值和水中氨氮濃度的影響。
③二氧化氯能有效地氧化去除水中的藻類、酚類及硫化物等有害物質(zhì)，對這些物質(zhì)造成水的色、嗅、味等具有比氯氣更佳的去除效果。
?、芏趸饶苡行缢杏寐认拘Ч^差的病毒和孢子等。 ①消毒高。據(jù)資料報道，氯消毒的成本約為0.006元/t，二氧化氯消毒為0.03元/t，兩者相差近5倍。
?、诙趸鹊臋z測手段還不完備，分析檢測較復(fù)雜，相對的操作水平也要求較高。
?、鄱趸鹊倪^量投加會在水中形成大量的亞氯酸根，對亞氯酸根的毒認(rèn)識，目前仍處于研究階段。
1.2二氧化氯的使用條件
任何一種消毒劑都有其的使用條件。在我國，二氧化氯在水廠中的應(yīng)用仍處于探索階段，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范還未建立，因此在消毒工藝的選擇上仍存在盲目的行為。根據(jù)二氧化氯所具有的特性及在一些水廠的應(yīng)用實(shí)踐，筆者認(rèn)為二氧化氯應(yīng)主要應(yīng)用于以下4種情況：
?、偈苡袡C(jī)物污染的地表水源。由于污染的加速，地表水源水質(zhì)不斷惡化，再加上有些地表河流的年徑流量變化較大，造成枯水期水源中各種有機(jī)物、酚類、硫化物的指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。②藻類、真菌造成的含色、嗅、味的水源。對一些以湖泊、水庫為水源的水廠，水體富營養(yǎng)化而引起的藻類過量繁殖，以及部分藻類和植物腐爛后所導(dǎo)致的放線菌大量滋生，都會引起水質(zhì)色度增高并含有異味。③ pH值和氨氮含量較高的水源。與氯不同，二氧化氯在水中以分子形式存在，即使在稀溶液中也不發(fā)生水解，因此其消毒效率不像氯氣那樣隨pH值的變化而變化。④較高鐵、錳含量的地下水源。
2. 二氧化氯的制取工藝
二氧化氯性質(zhì)活潑，不易貯存和，因此都采用現(xiàn)場制備的方式。
2.1氯酸鈉工藝該工藝的缺點(diǎn)是在二氧化氯產(chǎn)生的同時還有約占二氧化氯產(chǎn)量一半的氯氣發(fā)生。實(shí)驗結(jié)果表明，二氧化氯的有效轉(zhuǎn)化率一般只有50%左右，并且受到反應(yīng)溫度和鹽酸濃度的影響。要提高二氧化氯的轉(zhuǎn)化率，必需保持較高的反應(yīng)溫度(約70℃)和加大鹽酸的過剩量，但這同時又會導(dǎo)致副產(chǎn)物氯氣產(chǎn)率的提高，使反應(yīng)產(chǎn)物中氯氣的含量增大。
由于氯氣的大量存在，嚴(yán)格講已經(jīng)失去了二氧化氯投加的最基本的意義，即降低水中的含量。并且由于氯酸鈉的轉(zhuǎn)化率在實(shí)際運(yùn)行中通常不足50%，這使得在投加量較高時，大量未反應(yīng)的氯酸鈉進(jìn)入水中，水中剩余的ClO3-的濃度較高，造成二次污染。正是由于以上諸多原因，在國外有關(guān)水廠二氧化氯應(yīng)用的資料中，還未有上述氯酸鈉工藝的報道。
國外水廠中尤其是大型水廠以此工藝為基礎(chǔ)的發(fā)生器約占70%，而這方面的國產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用還未見報道，這主要是由于我國目前二氧化氯的應(yīng)用仍主要集中在中、小型水廠，尤其是縣級左右的小水廠，二氧化氯的需要量一般在300～1 000 g/h上下。對這部分水廠而言，操作簡單、使用安全是選擇二氧化氯設(shè)備的主要因素，而工藝中所含有的加氯系統(tǒng)無疑會增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度，加大設(shè)備和管理難度，因此對中、小型水廠并無優(yōu)勢。
但從二氧化氯在水廠尤其是大、中型水廠進(jìn)行推廣使用的前景來看，作者認(rèn)為此工藝具有非常大的優(yōu)勢。首先，從反應(yīng)式中可以看出，用氯氣取代鹽酸，提高了亞氯酸鈉的有效轉(zhuǎn)化率，降低了運(yùn)行成本，并且避免了濃鹽酸在儲存、輸送及投加過程中對操作環(huán)境的影響，更容易提高設(shè)備運(yùn)行的自動化程度。其次，該工藝可以根據(jù)實(shí)際需要單獨(dú)投加氯氣，或單獨(dú)產(chǎn)生二氧化氯，能限度地適應(yīng)水廠源水水質(zhì)的變化要求。第三，隨著我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的逐步健全，二氧化氯在我國大型水廠的應(yīng)用必將得到推廣。第四，采用此工藝生成的二氧化氯的pH值接近中性，可以較長時間保存而不發(fā)生歧化反應(yīng)，因此可以通過中間儲存箱實(shí)現(xiàn)一臺設(shè)備設(shè)置多個投加點(diǎn)。
3. 自動化控制問題
二氧化氯是通過兩種劑的現(xiàn)場反應(yīng)來制取，要想準(zhǔn)確投加，必須對兩種藥劑進(jìn)行準(zhǔn)確計量和配比才能實(shí)現(xiàn)。否則，會因為配比不當(dāng)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。
目前，我國二氧化氯發(fā)生器在水廠中應(yīng)用的自動化程度還較低，一些中、小型水廠的二氧化氯發(fā)生器的運(yùn)行還采用手動標(biāo)定兩種藥液滴數(shù)來計量，無法控制二氧化氯的產(chǎn)量和投加量。二氧化氯發(fā)生器是集物料計量、現(xiàn)場反應(yīng)、定量投加于一體的消毒設(shè)備，其自動化程度直接關(guān)系到二氧化氯的產(chǎn)率以及消毒水中副產(chǎn)物的殘留濃度。筆者認(rèn)為，在我國水廠推廣應(yīng)用二氧化氯時，應(yīng)重視設(shè)備本身自動化的程度，結(jié)合具體水源的特點(diǎn)選用合理的控制方式，才能取得的處理效果和經(jīng)濟(jì)效益。
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