一、二氧化氯作為氯消毒的替代物
在過(guò)去的50年里,氯氣作為一種消毒劑廣泛地應(yīng)用在飲用水及食品工業(yè)水處理中, 現(xiàn)在仍然是一種最普遍的消毒劑。但20年的研究成果表明,用氯處理含有機(jī)物的水，特別是含腐殖酸的水，能生成鹵代烴(三鹵甲烷、氯代烴等)，而這種物質(zhì)對(duì)人體組織具有破壞性并有致癌作用。在1985年,聯(lián)邦德國(guó)健康署將三鹵甲烷和氯代烴的限值定為25ug/L，在1991年又將此限值定為10ug/L，歐盟明確規(guī)定其有機(jī)物的含量為1ug/L。不僅在飲用水處理中對(duì)其有特別規(guī)定，在污水處理中也有具體規(guī)定。在1989年，廢水中的AOX值有具體的限量，在1994年，這個(gè)值又被降為1mg/L。如果超標(biāo)，則此廢水處理過(guò)程需增設(shè)其他的設(shè)備以將此值降低到符合標(biāo)準(zhǔn)為止。為此種種原因，當(dāng)時(shí)人們投入巨資研究如何改善消毒的特性，于是人們的注意力集中到二氧化氯上。在飲用水及食品工業(yè)中，二氧化氯取代了氯，除了上述的原因之外，還有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
1.氯酚的產(chǎn)生
酚在地表水中的極限濃度為1ppm，但用氯氣消毒時(shí)，其濃度達(dá)到1ppb時(shí)(低1000倍)，人們就能注意到氯酚了, 氯酚發(fā)出一種類似于藥和碘仿的味道。而使用二氧化氯消毒時(shí)，則不會(huì)產(chǎn)生氯酚。鑒于此原因,美國(guó)Niagara Fall供水廠早在1944年首先成功地應(yīng)用了二氧化氯發(fā)生器,在1958年150個(gè)給水廠使用二氧化氯發(fā)生器，在德國(guó)最早的使用記錄為1959年。氯氣的用量受NH3、NH4+的影響，在氯化的過(guò)程中，因水中存在氨、銨基物及有機(jī)氮，依pH值的大小，與氯反應(yīng)分別生成氯化銨、二氯化銨、三氯化氮，盡管氯化銨也有消毒作用，但其功效比次氯酸低10-15倍。除此之外，余氯的含量很難處理到規(guī)定的濃度以下，如果化合氯的濃度過(guò)高，還會(huì)產(chǎn)生三鹵甲烷。
2.氯的消毒效果取決于pH值的大小,而二氧化氯的消毒效果幾乎不受pH值的影響。
讓我們首先關(guān)注一個(gè)平衡: Cl2 - HOCl - OCl-。 Cl2消毒過(guò)程中 ,Cl2存在于水溶液的三種形式: Cl2 , HOCl , OCl-。（請(qǐng)見(jiàn)圖1）從圖中可以看出, HOCl在較寬的pH值范圍內(nèi)存在,而且其消毒效果等同于 Cl2 , 而OCl- 比氯氣消毒效果差10-100倍。 當(dāng)pH=8時(shí),只有18%的氯氣存在, 其余的被低效的OCl- 所替代。 當(dāng)pH=9時(shí)，只有3.3%的Cl2存在。 應(yīng)用這個(gè)原理可以解釋當(dāng)pH值較高時(shí), 用氯氣消毒的低效性。
另一方面, 二氧化氯顯示出高的殺菌作用, 其殺菌作用隨pH值增大而增大。當(dāng)pH值增大時(shí)，氧化還原電位直接與殺傷率有關(guān), 當(dāng)使用氯氣時(shí), 其電位下降很快, 而二氧化氯則恒定在一個(gè)很高的氧化還原電位上。
二、二氧化氯發(fā)生器的設(shè)計(jì)、功能及安全狀況
1.二氧化氯的發(fā)生原理
二氧化氯是不穩(wěn)定的氣體, 不能被濃縮和儲(chǔ)藏。因此在使用的地方需現(xiàn)場(chǎng)制備，直接輸送到待處理的水中。其中一種反應(yīng)方程式如下：5NaClO2 + 4HCl ------ 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O
2.二氧化氯發(fā)生器的設(shè)計(jì)及工作原理
在普羅名特Bello Zon系統(tǒng)中，二氧化氯是由9％的稀鹽酸和7.5%的亞氯酸鈉稀釋溶液的反應(yīng)來(lái)制造, 或者由濃度為30%的鹽酸和24.5%的亞氯酸鈉制造2%(20g/L)的二氧化氯水溶液。
內(nèi)部控制工作方式：
由于系統(tǒng)中采用了經(jīng)過(guò)60多萬(wàn)次考驗(yàn)的普羅名特電子控制、電磁驅(qū)動(dòng)隔膜式精密計(jì)量泵，這種計(jì)量泵在自由運(yùn)行狀態(tài)下,泵的計(jì)量既可以通過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)量泵的沖程長(zhǎng)度,也可以通過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)量泵的沖程頻率來(lái)達(dá)到要求的輸出量。這樣就可以將兩種用于反應(yīng)的化學(xué)藥液按需要量精確地注入反應(yīng)器,在反應(yīng)器中兩種化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生一定濃度的二氧化氯溶液,由于泵的壓力, 生產(chǎn)的二氧化氯溶液在混合器中與旁路中的水進(jìn)一步混合，稀釋到安全濃度的二氧化氯水溶液被注入待處理的水流中。
外部控制工作方式：
通過(guò)接觸式水表、變頻數(shù)字調(diào)節(jié)器或模擬信號(hào)等外部信號(hào)控制二氧化氯發(fā)生器的運(yùn)行情況。計(jì)量泵可以接受外部控制脈沖或模擬信號(hào), 根據(jù)外控信號(hào)的大小對(duì)沖程頻率進(jìn)行比例調(diào)節(jié)。通過(guò)這種控制便將兩種用于反應(yīng)的化學(xué)藥液按需要量精確地注入到反應(yīng)器,在反應(yīng)器中兩種化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),達(dá)到調(diào)節(jié)二氧化氯投藥量的目的。生成的二氧化氯溶液再進(jìn)入混合器，與旁路中的水進(jìn)一步混合之后注入到待處理的水中。
此外, ProMinent/普羅名特Bello Zon二氧化氯與ProMinent/普羅名特測(cè)量控制技術(shù)的結(jié)合,充分地實(shí)現(xiàn)了測(cè)量－控制－計(jì)量的閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而控制二氧化氯水溶液的定量投加。ProMinent/普羅名特DULCOTEST二氧化氯傳感器的測(cè)量范圍：0-20mg/L。ProMinent/普羅名特DULCOMETER測(cè)控儀表的輸出信號(hào)直接用于控制泵的沖程頻率, 從而確定二氧化氯的發(fā)生量。
3.安全性
ProMinent/普羅名特BelloZon系統(tǒng)是一個(gè)絕對(duì)安全可靠的閉環(huán)系統(tǒng),化學(xué)藥劑的反應(yīng)過(guò)程完全在一個(gè)全封閉的反應(yīng)器中進(jìn)行, 而加藥過(guò)程又完全在封閉的管路中完成, 從而使得該系統(tǒng)無(wú)一處有可能泄漏的地方。同時(shí), 該系統(tǒng)又是一個(gè)自控程度極高的控制系統(tǒng), 可對(duì)管路中的水流量進(jìn)行監(jiān)測(cè),為防止意外,安裝在設(shè)備內(nèi)的排氣裝置定時(shí)地進(jìn)行通風(fēng)排氣，使箱內(nèi)凝結(jié)的殘液經(jīng)過(guò)通風(fēng)管道旁路被安全地排出到系統(tǒng)外。安裝在壓力路中的藥量監(jiān)視器能準(zhǔn)確無(wú)誤地監(jiān)測(cè)故障，并關(guān)閉整個(gè)設(shè)備，自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
計(jì)量泵的吸液總成內(nèi)帶有液位開關(guān), 當(dāng)液位降低到30cm時(shí), 二氧化氯發(fā)生器報(bào)警, 催促工人添加藥劑, 當(dāng)繼續(xù)下降至0cm時(shí), 系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)。由于安全的原因，在開始使用及再次使用之前，須由專人對(duì)二氧化氯發(fā)生器進(jìn)行檢查。
三、二氧化氯在飲用水和食品工業(yè)水處理中的應(yīng)用
前面我們講述了氯消毒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一系列的副產(chǎn)物，如三鹵甲烷、氯代烴和氯酚等。因而我們更傾向使用二氧化氯發(fā)生器，即使同是二氧化氯發(fā)生器，因反應(yīng)原料的不同而各不相同。亞氯酸鈉與鹽酸反應(yīng)生成二氧化氯，因在該過(guò)程中不產(chǎn)生任何副產(chǎn)物，這種方法的發(fā)生器被認(rèn)為是純二氧化氯發(fā)生器，不含其他副產(chǎn)物的二氧化氯才是飲用水、啤酒飲料等工業(yè)水處理中所需的消毒劑。
二氧化氯的投加濃度一般為0.2-0.4ppm,飲用水中二氧化氯的限量0.4ppm，出廠水中的二氧化氯濃度不低于0.2ppm。
為達(dá)到較好的消毒效果，有效的混合及充足的反應(yīng)時(shí)間是很有必要的。一般來(lái)說(shuō)，需要將二氧化氯與待處理水或工藝介質(zhì)保持15分鐘的停留時(shí)間，以使二氧化氯充分地與待處理的水充分反應(yīng)。
圖1：當(dāng)pH為8時(shí)，只有18%的Cl2存在
圖2：Bello Zon二氧化氯發(fā)生器系統(tǒng)配置圖
1.主水管2.流量檢測(cè)3.旁路管 4.旁路泵5.角座閥 6.取樣口 7.排風(fēng)口 8.沖洗總成
9.法蘭 10.插入管 11.反應(yīng)罐 12.取樣管 13.二氧化氯傳感器14.鹽酸 15.亞氯酸鈉
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