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，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)生器都采用化學反應(yīng)的原理進行制備，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)生的同時還有約占二氧化氯產(chǎn)量一半的氯氣發(fā)生，實驗結(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，但這同時又會導致氯氣產(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)化率在實際運行中通常不足50%，這使得當投加量較高時，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產(chǎn)品之一，并在許多水廠中得以運行。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、設(shè)計規(guī)范到處理水質(zhì)，都還沒有統(tǒng)一的國家標準。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)備檢驗和出水檢測上仍使用與氯氣相同的指標，如有效氯、余氯等。2） 由于我國經(jīng)濟總體水平還處于發(fā)展中國家的水平，運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，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)用評價標準，zui終將會以處理水的水質(zhì)標準為依據(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，其zui高有效轉(zhuǎn)化率只有80%。但從產(chǎn)物中二氧化氯的實際收率來看，通?？梢赃_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)化率理論上可達到，在產(chǎn)物中，二氧化氯純度同樣可達到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，產(chǎn)物中二氧化氯純度高等優(yōu)點。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)用實踐來看，本工藝主要存在以下的不足。1） 為達到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5萬t的水廠為例，當二氧化氯的投加量為1ppm時，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。