氯氣作為一種成熟的消毒劑已有百年的應(yīng)用歷史，但近年來由于源水水質(zhì)的惡化，氯化消毒所引發(fā)的環(huán)境健康問題以逐漸引起人們的重視。為解決這一問題，自七十年代以后，氯化消毒的替代品研究逐漸深入，二氧化氯就是其中*的替代物之一。鑒于二氧化氯*的消毒優(yōu)勢，目前歐洲已有數(shù)千家水廠采用二氧化氯作為消毒劑，美國也有400余家水廠在消毒工藝中增加了二氧化氯。我國飲水處理廠在二氧化氯的應(yīng)用方面，起步較晚，發(fā)展也較慢，從九十年代以后，二氧化氯發(fā)生器才開始在一些中小型水廠中加以應(yīng)用。目前為改善水廠氯消毒所帶來的一些問題，二氧化氯發(fā)生器的應(yīng)用已逐漸引起人們的關(guān)注，一些新建水廠已開始直接選用二氧化氯發(fā)生器取代加氯機(jī)，另外一些存在氯消毒問題的老水廠也在考慮用二氧化氯對氯氣進(jìn)行改造。本文在這種趨勢下對二氧化氯發(fā)生器在我國水廠中應(yīng)用的問題進(jìn)行探討。1 二氧化氯制取工藝的探討 二氧化氯性質(zhì)活潑，不易貯存和運(yùn)輸，目前國內(nèi)外飲水使用二氧化氯都采用現(xiàn)場制備的方式，能現(xiàn)場制備二氧化氯的裝置叫做二氧化氯發(fā)生器。通常水廠使用的二氧化氯發(fā)生器都采用化學(xué)反應(yīng)的原理進(jìn)行制備，根據(jù)采用原料的不同，可分為亞氯酸鈉工藝和氯酸鈉工藝。1.1 氯酸鈉工藝 采用氯酸鈉和鹽酸為原料進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)式如下：NaClO3 + 2HCl = ClO2 + 1/2Cl2 + NaCl + H2O由上式可以看出，在二氧化氯產(chǎn)生的同時(shí)還有約占二氧化氯產(chǎn)量一半的氯氣發(fā)生，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本工藝中二氧化氯的有效轉(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70OC）和加大鹽酸的過剩量，但這同時(shí)又會導(dǎo)致氯氣產(chǎn)率的提高，使反應(yīng)產(chǎn)物中氯氣的含量增大。這個(gè)矛盾在穩(wěn)定態(tài)二氧化氯的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)上，可以通過多級加溫，空氣逆向逐級吹脫的方式來富集二氧化氯，但在水廠應(yīng)用的小型二氧化氯設(shè)備（小于10kg/h）上，則很難解決。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zui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(zhuǎn)化率在實(shí)際運(yùn)行中通常不足50%，這使得當(dāng)投加量較高時(shí)，水中剩余的ClO3— 的濃度較高。正是以上諸多原因，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(bào)道。在我國，目前以氯酸鈉工藝為基礎(chǔ)的二氧化氯發(fā)生器仍是市場上的主導(dǎo)產(chǎn)品之一，并在許多水廠中得以運(yùn)行。其主要是由于以下兩方面的原因。1） 我國對應(yīng)用于水廠的二氧化氯發(fā)生器，從設(shè)備選型、產(chǎn)品檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)規(guī)范到處理水質(zhì)，都還沒有統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)。對二氧化氯的使用仍不規(guī)范。多數(shù)使用二氧化氯的水廠，在設(shè)備檢驗(yàn)和出水檢測上仍使用與氯氣相同的指標(biāo)，如有效氯、余氯等。2） 由于我國經(jīng)濟(jì)總體水平還處于發(fā)展中國家的水平，運(yùn)行成本仍是目前水廠工藝選型的主要制約因素。以制取1kgClO2來計(jì)，亞氯酸鈉法的成本約為30元，氯酸鈉法約20元。相差近1倍。這也是氯酸鈉法得以廣泛使用的主要原因之一。對二氧化氯發(fā)生器的應(yīng)用評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，zui終將會以處理水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。氯酸鈉工藝由于其本身的工藝缺陷，在應(yīng)用上會受到很大的限制。1.2 亞氯酸鈉工藝 亞氯酸鈉工藝常見的反應(yīng)原理有以下兩種：1） 5NaClO2 + 4HCl = 4ClO2 +5NaCl +2H2O2） 2NaClO2 + Cl2 = 2ClO2 + 2NaCl反應(yīng)式1是一個(gè)自氧化還原反應(yīng)，亞氯酸鈉既是氧化劑又是還原劑，鹽酸是酸化劑。因此，理論上有20%的亞氯酸鈉被還原成NaCl，如果以亞氯酸鈉轉(zhuǎn)化為二氧化氯為有效轉(zhuǎn)化來計(jì)，其zui高有效轉(zhuǎn)化率只有80%。但從產(chǎn)物中二氧化氯的實(shí)際收率來看，通常可以達(dá)到95%以上。反應(yīng)式2中氯氣作為還原劑參與反應(yīng)，使亞氯酸鈉的有效轉(zhuǎn)化率理論上可達(dá)到，在產(chǎn)物中，二氧化氯純度同樣可達(dá)到95%以上。一． 亞氯酸鈉加鹽酸工藝 該工藝具有工藝簡單，不需要加溫，設(shè)備容易操作及維護(hù)，產(chǎn)物中二氧化氯純度高等優(yōu)點(diǎn)。是國外小型二氧化氯發(fā)生器常用的反應(yīng)原理。如德國的Prominent、ALLDOS美國的F&P公司都有相應(yīng)的產(chǎn)品，我國采用亞氯酸鈉產(chǎn)生二氧化氯的發(fā)生器也都以此工藝為基礎(chǔ)。從水廠的應(yīng)用實(shí)踐來看，本工藝主要存在以下的不足。1） 為達(dá)到95%的高產(chǎn)率，鹽酸應(yīng)過量。使出口藥液的pH值小于1。2） 由于鹽酸的需要量大，以一個(gè)5萬t的水廠為例，當(dāng)二氧化氯的投加量為1ppm時(shí)，鹽酸（濃度為25%）的日消耗量為300kg。因此，對中型以上的水廠采用此工藝，鹽酸的儲備需占用一定的空間。