高純二氧化氯消毒飲用水的工程應(yīng)用研究摘要：二氧化氯ClO2是一種性能優(yōu)越的飲用水消毒劑。本文將HLJ-I型ClO2發(fā)生器用于北方某地城市凈水廠的飲用水消毒，系統(tǒng)地研究了該發(fā)生器的產(chǎn)氣性能及高純對(duì)細(xì)菌、大腸菌群的殺滅效果，同時(shí)比較了ClO2和液氯消毒時(shí)有機(jī)物的生成情況。試驗(yàn)結(jié)果表明用高純ClO2消毒飲用水的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；與液氯消毒的飲用水相比，其有機(jī)鹵代物含量明顯減少。關(guān)鍵字：二氧化氯飲用水消毒StudyontheApplicationofChlorineDioxidetoDisinfectDrinkingWaterAbstract：Chlorinedioxide(ClO2)isakindofdisinfectorofgoodquality.Inthispaper,aHLJ-IgeneratorofClO2wasusedtodisinfectdrinkingwateratawatertreatmentplantinthenorthofChina.Theperformanceofthegeneratorandtheremovalrateofbacteriumandcoliformbacteriawereinvestigateddetailedly.Atthesametime,thecategoriesandquantityoforganicsubstanceofwatertreatedwithClO2andCl2arestudiedrespectively.TheresultsshowedthatdrinkingwatertreatedwithClO2canmeettheNationalDrinkingWaterQualityStandard.ComparedwithwaterdisinfectedwithCl2,theconcentrationoforganichalidewasdecreasedevidently.Keywords:chlorinedioxide;drinkingwater;disinfection.1

引言

飲用水氯消毒已有近百年歷史，但近年來(lái)，液氯消毒產(chǎn)生的鹵仿等有機(jī)鹵代物的潛在危害已引起世界各國(guó)的強(qiáng)烈關(guān)注和共識(shí)，用新型消毒劑替代液氯已勢(shì)在必行。研究已證明［1,2］，二氧化氯(ClO2)在廣泛pH范圍內(nèi)具有更好的消毒效果，其對(duì)細(xì)菌、病毒、藻類和浮游動(dòng)物等微生物的殺滅效果明顯優(yōu)于液氯；同時(shí)ClO2消毒不僅不產(chǎn)生有機(jī)鹵代物［3］，且對(duì)水中的酚類、苯胺類、硫醇類和Fe2+、Mn2+等有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物均有很好的去除效果［4］，還有優(yōu)良的脫色除味性能，ClO2是可替代液氯的有效消毒劑之一［5］。2

HLJ-I型ClO2發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu)和發(fā)生方法2.1

HLJ-I型高純ClO2的發(fā)生方法常用的ClO2制備方法有電解食鹽法和化學(xué)法，而目前化學(xué)法的應(yīng)用最為廣泛。我們開(kāi)發(fā)的制備ClO2的新方法屬于化學(xué)法的一種，其主要原料是氯酸鈉（NaClO3）、硫酸（H2SO4）和一種還原劑。48NaClO3＋24H2SO4＋還原劑→48ClO2＋12CO2＋35H2O＋24Na2SO4通過(guò)系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，得出了采用該方法制備ClO2的最佳工藝參數(shù)：還原劑2.65%(w/w)；NaClO325%～26.6%(w/w)；硫酸60%～62%(w/w)；反應(yīng)時(shí)間30min；反應(yīng)溫度60℃。與其它化學(xué)方法相比，其先進(jìn)之處在于選用的還原劑性質(zhì)穩(wěn)定、原料易得、無(wú)毒無(wú)害、價(jià)格低廉、使用方便。2.2

HLJ-I型ClO2發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu)

HLJ-I型ClO2發(fā)生器主體采用連續(xù)式多級(jí)塔板結(jié)構(gòu)，還包括自動(dòng)投藥系統(tǒng)、ClO2投加控制系統(tǒng)、自動(dòng)溫控系統(tǒng)和自動(dòng)排液系統(tǒng)以及控制器組成。其工作過(guò)程是先根據(jù)化學(xué)方程式推算出生成所需量的ClO2應(yīng)投加的三種原料的用量；然后通過(guò)精密計(jì)量泵將原料液精確地注入到反應(yīng)器中，反應(yīng)生成的ClO2通過(guò)加氯設(shè)備被精確地投加到濾后水中。3

HLJ-I型高純ClO2發(fā)生器的性能研究3.1

分析方法ClO2采用連續(xù)碘量法［6］；細(xì)菌總數(shù)采用平皿計(jì)數(shù)法；大腸菌群采用多管發(fā)酵法。3.2

HLJ-I型高純ClO2發(fā)生器的運(yùn)行穩(wěn)定性轟保持兩種反應(yīng)媽液投加速度和惜反應(yīng)條件相對(duì)離穩(wěn)定，分別測(cè)傻定不同時(shí)刻水速中體ClO詠2茄濃度并列于均表辣1誼。從邀表登1至可以看出，只頑要保持兩種反神應(yīng)液投加速度撲和反應(yīng)條件相每對(duì)穩(wěn)定，不同紐時(shí)刻勾的掙ClO紀(jì)2惑投加濃度基本床穩(wěn)定在預(yù)先設(shè)珍置的范圍刷。渾搶表違1

訴最不同時(shí)刻水逮中紹ClO鍛2餅的濃度削（間mg/川L塘）肌瘋(衣Table固1Conc苦entrat甜ionof旬ClO罵2

峽atdif傲ferent榆time奶)監(jiān)取樣時(shí)間荒（浸mi腎n季）裂ClO和2段濃度扯（陳mg/扎L壩）終NaClO奏3存混合液諸1.80L鮮/判h叨＋硫酸帝2.70L港/h挑NaClO姜3責(zé)混合液及1.80L節(jié)/蘇h學(xué)＋硫酸利2.70L鑰/h屠NaClO談3夏混合液制1.80L嫩/貸h狐＋硫酸斜2.70L躁/h倘50委0.50妖0.45抹0.37音120厲0.68屑0.47撥0.41誘200釘0.70誓0.43搞0.39新400紛0.70奸0.45堤0.39溉

ClO況2勵(lì)的收懸率顆倆ClO吉2泄收率即實(shí)際產(chǎn)輛量與其理論產(chǎn)匪量的比值。收泄率的高低直接杠影響刑到紀(jì)ClO但2遷的生產(chǎn)成本和巡制水成本。試緊驗(yàn)研究系統(tǒng)考益察了最佳反應(yīng)凍條件下、不同塔日期羅的看ClO預(yù)2筑收率，其結(jié)果也見(jiàn)卸圖換1優(yōu)。從炊圖擱1府可以看出，在串最佳反應(yīng)條件孕下勺，脊ClO跳2坊的收率保持怪在赤75勾%滅～棍83吵%相的水平，與市錦場(chǎng)上其它常見(jiàn)冬的發(fā)生器相比下具有較高的收牛率疲。既刊圖鍵1

糠唇最佳反應(yīng)條件摧下、不同日期鋸的附ClO列2榜收率停(己Fig1

堡Recla鹽imrat聯(lián)eofC納lO肅2婚under棋theb甘estco叮ndiati獎(jiǎng)onat磚differ雖entda團(tuán)y)藥3.23

謀常制紀(jì)備翼ClO女2壤的純銷度欣涌研究表明刷［底7圖］搞，欲較好地控墨制圣CHCl惡3反的形成踩，冶ClO鋤2鋼的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)百在混合消毒劑劈中必須大豈于泳90變%燃，否則仍將有養(yǎng)大量的氯仿生山成。試驗(yàn)研究脖系統(tǒng)考察拾了幕HLJ-解I顛型轎ClO它2須發(fā)生器制格備考ClO務(wù)2籮的純度，結(jié)果歐見(jiàn)句圖應(yīng)2毯。從般圖華2?？梢钥闯觯圏S驗(yàn)期間所獲景得難ClO辦2洽的純度均保持款在沒(méi)9壯5荒％以上，該純鈴度可有效地控侍制有機(jī)鹵代物能的生成市。鐮框圖壟2

汁廈試驗(yàn)期間制姨備士ClO撲2訊的純度抄(揭Figure尺2

Pu后rityo暫fClO蔬2債durin難gthe暖whole規(guī)study)迷4臺(tái)準(zhǔn)驟鍬宣高似純傍ClO扛2墓消毒飲用水的德工程應(yīng)縱用悔竄4.1

C凝lO相2源投加量和投加古方式的確王定厘套根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的鮮滅菌試驗(yàn)旦和唱ClO腿2錯(cuò)處理飲用水的頓中試研究，將批后妻投好ClO播2國(guó)的投量確定次在噸0.5~1.服0mg/米L撞；其投加方式吧和氯氣相似，夢(mèng)只需奴將率HLJ-回I叨型滾ClO槽2紫發(fā)生器的氣體甩出口接到水廠臥原有加氯設(shè)備錢(qián)的水射器上即瘦可，如肌圖孩3徒所示公。徒池圖掘3

澤據(jù)二氧化氯投加乘方式示意圖貨(靜Figure悉3

Sk依etcho匹finje盜ction片ClO在2墊into饞water技)霧4.2迫茶工程運(yùn)行的試最驗(yàn)結(jié)獨(dú)果烘抄為了便于比較虹，試驗(yàn)中汪以防1里天為一時(shí)間段律分別投加液氯據(jù)或拜ClO薪2傘，然后分別對(duì)壇原水、濾池出青水、投加消毒分劑的出廠水取喉樣分析耕。嘴ClO績(jī)2耗投加濃度忘為降0.50~1芝.0mg/綁L乓，液氯投加濃番度旱為溪2.0mg/貢L液，試驗(yàn)結(jié)果列飼于根表薪2賊。谷口從肢表廁2描可以看出，在洲試驗(yàn)期間，原幣水的細(xì)菌總數(shù)燙為銅65~120丑cfu/m謹(jǐn)L債，大腸菌喂群享36~92霉cfu/番L挽。原水經(jīng)預(yù)氯愈化、混凝、沉舒淀、過(guò)濾后細(xì)慘菌總數(shù)只為乎5~33c哈fu/m桌L儲(chǔ)，大腸愚菌慕群蜓3~27c村fu/勞L葉。盡管濾后水奧質(zhì)已有很大改暈觀，但尚未達(dá)敏到國(guó)家飲用水鍋衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)詢。添改對(duì)濾后水投擺加久ClO砌2俊，當(dāng)投加濃度犯為掛0.50~1小.0mg/下L泄時(shí)，出水中細(xì)袍菌總數(shù)套（醫(yī)0~3cf倒u/m畏L壇）低于投映加諷Cl欣2隆1.5~2熱.0mg/庭L開(kāi)時(shí)的細(xì)菌總數(shù)模（霜0~12c榨fu/m澤L輕）。嗽經(jīng)離ClO翅2耐或挪Cl延2泥消毒后水中大約腸菌群數(shù)均不廉超網(wǎng)過(guò)君3cfu診/將L箏。出水的其它埋指標(biāo)包括濁度咬、色度等均滿竹足國(guó)家飲用水優(yōu)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)絮。趴各表敲2示覺(jué)耐ClO眼2儀處理飲用水水丙質(zhì)分析結(jié)較果貸攤(蜘Table賞2

The獵quali堆tyof球drinki穴ngwat愿erdis隆infect殲edwit火hClO威2步)纖首坊旱樣品冊(cè)號(hào)鋸儉

插分析項(xiàng)目朝患益1盲2枝3獲4停5械6作7靜8將9未10勸后面投添ClO絨2賣濃庸度創(chuàng)(芒mg/L)秩0.59配0.65半0.58怖0.58許0.65豬0.55孔0.72鄰0.82非1.0揮0.90窄細(xì)怪菌嚴(yán)開(kāi)總說(shuō)數(shù)迷警(條cfu/m降L)遵原水活82搶79致65霞86晶78頁(yè)116站93銅105羅103濾120請(qǐng)濾后棕18粗5煩10行21決33府30楊20弄16錢(qián)27音15筑Cl奔2茶消毒后堵5市0炎2暈6徒10銀12榨8弟6悼10修1警ClO店2總消毒后幼0傾0心1生0轉(zhuǎn)1嫁2草1棕0拾0娘0知大腸菌呼群亡正(農(nóng)cfu/L途)股原水拼92號(hào)52照70棵60妨38梢69湊30什52禾36濤70繳濾后欣14內(nèi)11吳13扛7援7湯8床4借7歲8瘡11廉Cl襖2負(fù)消毒后犬<3豆<3妹<3兔<3盯<3私<3四<3鴿<3均<3巖<3親ClO掙2烏消毒后撫<3等<3賺<3幸<3乏<3但<3秀<3戰(zhàn)<3油<3沿<3憐4.3

C武lO尤2蔑消毒后飲用水席中有機(jī)物分羊析蛙孤分別取投加液異氯虛0.7mg/尋L止和孟ClO劍2略0.7mg/僅L恐的濾后水族300L子用處理好灰的到XA吊D掠—還2版樹(shù)脂進(jìn)行富集封，然后對(duì)樹(shù)脂值的乙醚洗脫液還進(jìn)行了色譜－晴質(zhì)譜聯(lián)機(jī)分析漆，其結(jié)果列于靜表下3秩。從較表延3惰可以看出災(zāi)，柜ClO浩2度消毒的水樣中懼有機(jī)物的種數(shù)狡和相對(duì)含量均費(fèi)低于液氯消毒世的水樣，證纏明刪ClO著2哲氧化有機(jī)物的脈能力優(yōu)于液氯地。投擇加惠ClO郊2劉的水樣中未檢描測(cè)出有機(jī)鹵代提物，而在投加櫻液氯的水樣中趣檢測(cè)出大量有降機(jī)鹵代物，約衫占有機(jī)物總量努的姻9.48熄%深，這個(gè)結(jié)果也揪進(jìn)一步證實(shí)立了努ClO仿2旦消毒可以有效赤控制有機(jī)鹵代合物的生成群。施鉛表召3

消仙富集水樣的有塔機(jī)物分類裂表鏈誼(溪Table尾3

Cat蝴egory腸oforg苗anicc狗ompoun蛾dine飼nriche素dwate叫r)轉(zhuǎn)項(xiàng)目

交

栗富集水新樣駛歌總峰數(shù)

熱（個(gè)）敢檢索

懶峰數(shù)

津（個(gè)角）雹湖有機(jī)鹵代物峰蛙數(shù)

事（個(gè)坐）節(jié)許有機(jī)物

娘種數(shù)

優(yōu)（種但）耕魯有機(jī)物相對(duì)百械分含量輕（膨%吧）娘孟有機(jī)鹵代物

沉種數(shù)（種暮）嘗涂有機(jī)鹵代物相順對(duì)百分含瓣量闊(倦%)恨有機(jī)鹵代物占碧有蔥機(jī)種忌物百分含因量粘(業(yè)%)浸氯代添物藥姐溴代串物霞吵總違量營(yíng)廊氯代物步溴代物均總量槍氯代物觀溴代物錦總量?jī)粢郝认舛巨o固99串57勇10頁(yè)48時(shí)97.11角2屬7曲9謎3.30魯6.18民9.48勤3.40充6.36性9.76牛ClO悉2聞消鏟毒越割71殼34鐘0致30壩96.38例0叢0謎0床0表0跨0墓0近0違0頸4.4

榜ClO皇2稱工程運(yùn)行的技份術(shù)經(jīng)濟(jì)分炕析念逝以上的試戶驗(yàn)表蛾明仍ClO漠2酬消毒飲用水技策術(shù)上可行。工史程運(yùn)行中，根傾據(jù)實(shí)測(cè)得出生頌產(chǎn)權(quán)1慌噸德ClO酒2懇的成本桐為蹈1.8榜9暴萬(wàn)元，按其投鞠量炒為蘋(píng)0.5mg/瑞L沒(méi)，與液氯（成軍本身230賞0攏元美/存t地，投墾量型2mg/鏟L燈）消毒相比，蓄用徒ClO捎2身消惱毒埋1根噸水其成本較閑氯氣提高不陶到闊1紹分錢(qián)。雖然處乖理成本略有提斷高，但從保護(hù)弄居民身體健康程的角度來(lái)考慮莫，這一點(diǎn)成本爺?shù)奶岣呤侵档酶〉臋?quán)。聽(tīng)5結(jié)語(yǔ)片ClO碌2惰的工程運(yùn)行結(jié)柱果表晝明療HLJ-卻I濫型高袍純鏈ClO辱2轎發(fā)生器產(chǎn)氣量幕穩(wěn)定，制備晨的棒ClO訴2宣平均純度大鑒于登95究%礙；與投隨加最2mg/沸L吸液氯相比圖，膊ClO很2政投量亭為修0.話5晌～慚1.0mg/派L宅時(shí)，處理后水什的各項(xiàng)指標(biāo)均格達(dá)到或優(yōu)于國(guó)斬家標(biāo)準(zhǔn)的要求校；試驗(yàn)結(jié)果表速明關(guān)ClO醋2臘消毒后水中有覺(jué)機(jī)物的種類和吳數(shù)量較液氯消漢毒明顯減少聰，腥ClO汽2擠消毒可有效控父制有機(jī)鹵代物討的生成萍。恒權(quán)參令粘馬考肺疏疑文誦掘白獻(xiàn)裂敵1.Hua擁ngJun任li,Wan她gLi,R卡enNan符qi,魄etal.都Disinf蘿ection牌effec煙tofc庫(kù)hlorin憲ediox魂ideon菠virus糞es,al小gaean腹danmi曾alspl泡ankton漸sinw爪ater.虹Water旋Resear初ch,199押7,31(3盡):455~歷460.扶2.柱瓜黃君禮怪等左,憲二氧化氯對(duì)水裹中細(xì)菌的滅活獲效嘗果惹.咸中國(guó)給水排俘水動(dòng),1996,授12(3):夜13-14.繭輪3.Mut箭tamara徑