二氧化氯在工业循环水中的应用

二氧化氯发生器
在循环冷却水处理中的应用
一、工业循环冷却水处理现状简介
微生物在工业循环冷却水中大量繁殖、生成粘泥沉积在金属表面上，不仅降低了换热效率，而且隔绝缓蚀阻垢剂对金属表面的保护作用造成垢下腐蚀。而随着有机聚电解质和有机瞵酸酯等高效阻垢剂的开发，冷却水的碱性处理方案越来越普遍，由于碱性配方中许多药剂都是微生物营养剂，由此加剧了微生物的繁殖，这样微生物控制便成了冷却水系统能否成功运行的主要因素。
控制冷却水系统中微生物生长的方法是投加杀生剂，常用的是液氯、次氯酸钠、二氧化氯等氧化性杀生剂和季胺盐、氯酚、有机胺类等非氧化性杀生剂。其中氯气是最主要杀生剂，但碱性环境会使氯气的杀生效果严重下降，并且氯气杀菌的同时产生许多致癌有机氯物质对环境产生潜在危害，以及氯气使用的腐蚀性和安全不稳定性等促使人们寻求更好的新型杀生剂代替目前占主导地位的氯气，而二氧化氯正是最有应用前景的杀生剂。
二、二氧化氯介绍
二氧化氯是一种安全、高效、强力的杀菌剂，其有效氯是氯气的2.63倍，杀菌效果是氯气的5倍，是次氯酸钠的50倍以上，它可以杀灭一切微生物，包括细菌繁殖体、细菌芽孢真菌，以及藻类、异氧菌、铁细菌、硫酸盐还原菌等。在水中扩散速度及渗透力都很强，0.5PPm的二氧化氯作用10分钟，即可杀灭99％以上的异养菌，且杀菌效果在循环水中可维持4小时以上，二氧化氯应用于工业冷却循环水中还具有以下几个特点：
1、二氧化氯在很大PH范围(6～10)内都有很强的消杀能力，基本不受PH值的影响。在碱性处理方案中配用二氧化氯效果非常好，尤其由于二氧化氯不与氨及氨基化合物反应，其杀生效果不受氨影响，这在氨泄漏的水处理系统中不仅用量少，而且能维持较高余量，保持杀生能力。这一特点使二氧化氯非常适用于合成氨厂和炼油厂冷却水处理。
2、二氧化氯不仅能杀死微生物，而且能分解残留的细胞结构，从而有效地控制细菌、藻类的粘泥，并且具有剥泥效果，提高换热效能。
3、二氧化氯杀菌效果持续时间长，长期使用不会对微生物产生抗药性，同时温度升高，其杀菌能力也加强，这无疑有利于对冷却循环系统的杀生处理。且二氧化氯不与有机磷等水质稳定剂发生沉淀反应，对水质稳定剂的缓蚀阻垢作用没有影响。
4、二氧化氯对金属设备腐蚀实验表明：80～120ppm的二氧化氯对不锈钢和铜基本无腐蚀，20～80ppm的二氧化氯对碳钢基本无腐蚀，所以二氧化氯在循环水中的杀菌浓度低于80ppm，不会对设备造成腐蚀。
三、二氧化氯发生器简介
l、反应原理
采用梯级扩散反应原理，通过反应器内部结构的优化设计，在保证前级反应动力的前提下，利用恒温负压曝气工艺，增大中级、末级反应的推动力，以获得理想的反应产率。反应式：NaClO3+2HCl→ClO2+1/2Cl2+H2O+NaCl
2、设备特点
设备采用耐腐材料制造，反应器等部件全部密封在发生器内部，几乎没有易损件，使用寿命长，产生的二氧化氯经密封管道加入待处理水中，无泄漏，不会对操作环境产生污染。
3、控制系统
供料系统采用耐腐蚀精密流量计，配备恒液位稳定供料装置，计量准确，稳定可靠。配备磁力驱动泵进行盐酸自动上料，原料罐缺料报警、动力水欠压缺水报警，压力、温度超限报警，出现异常工况自动停机。
4、系统总成
根据反应原理和控制方案，将梯级扩散、恒温负压曝气反应系统、原料计量投加系统、物料输送系统、残液自动处理系统、安全联锁系统等通过完整的组合优化设计，实现系统的安全高效运行。
5、设备规格
设备规格齐全，有效氯产量有50－20000g/h共10种规格，能满足各种水量要求。
四、二氧化氯发生器使用
l、有效氯投加浓度和投加方式
既要保证冷却循环水系统有一定浓度有效氯，以保持杀生能力，又不能使二氧化氯瞬时浓度过高挥发损失，结合现行一般投加方式，宜采用间断投加，即每2天开机1次，每次6小时左右，投加浓度按每吨保有水量每次投加2克有效氯；
2、投加位置选择
STAR-FH-Ⅰ系列可常压投加于药液循环系统接水池中，但一般将投加点选择在靠近系统循环泵的进水管口附近，一方面避免二氧化氯的挥发损失，另一方面尽快进入换热器发挥剥泥效能。
3、二氧化氯发生器选型
发生量的规格选用按每干吨保有水量投加有效氯2000克，按6小时投加，即保有水量(吨)×2(克/吨)÷6(小时)＝确定规格(克/小时)。
如系统的保有水量72000吨，则发生器规格为：
72000(吨) ×2 (克/吨) ÷6(小时)＝24000(克/小时)，宜选用STAR-FH-20000Ⅰ型复合二氧化氯发生器2台，开一备一 。
五、工艺说明
循环冷却水系统一般由换热器、冷却塔、过滤罐和贮水池组成，二氧化氯一般直接投加在贮水池中，经泵提升至换热器。
反应器部分的运行原理为：由自来水或增压泵提供的动力水带动水射器，使发生器产生负压，吸取外部空气和经恒液位稳定供料装置及精密流量计精确计量的反应物料进入反应器中，依次进行一级恒温扩散、二级恒温负压曝气、三级恒温扩散反应，可使反应产率达75%以上（国家环保局认定技术条件HCRJ 067—1999规定产率≥60%），产生的二氧化氯与氯气的混合气体，经系统吸收后制成一定浓度的二氧化氯协同消毒液通入待处理水中。二氧化氯投加示意图如下：

六、运行成本分析
STAR-FH-Ⅰ系列高效复合二氧化氯发生器使用盐酸和氯酸钠为原料，盐酸(30％)的价格800元/吨，氯酸钠的价格为4200元/吨。根据该发生器的额定消耗量计，一般每生产1克有效氯消耗氯酸钠0.65g、盐酸1.3g，折合人民币约0.004元。投加量通常为2 ml/L，则：吨水处理成本约为： 0.004元/吨。
不同循环水量的运行成本
保有水量(吨) 有效氯投加浓度(ML/L) 每次运行成本(元) 每月投加次数 每月运行成本(元)
1000 2 28
2000 2 16
5000 2 40
10000 2 80
15000 2 120

七、二氧化氯发生器使用效果
l、杀菌效果
二氧化氯对工业循环冷却水中的异养菌、铁细菌、硝化细菌、硫酸盐还原菌等的杀菌效果良好，用量小。见下表：
菌种 C102浓度(MG/1) 杀灭前细菌数(个/M1) 杀灭后细菌数(个/M1) 杀灭率(％)
碳酸盐还原菌 5 1.1×104 1.5 99.99
铁细菌 0.4 1.1×104 4.5×l02 99.96
硝化细菌 5 1.9×102 0.76 99.65
异养菌 0.5 4.1×106 1.7×104 99.58

二氧化氯与氯气相比的一个极大优点是在碱性PH下具有很好的杀菌作用，见下表：
C102 C12
pH 残余菌数(103/m1) 杀菌率(％) 残余菌数(104/m1) 杀菌率(％)
6 2.8 94 1.0 77
7 5.7 87 1.2 72
8 5.9 87 2.5 44
9 6.5 85 2.4 45
注：源水细菌总数4.4×104/m1，投药量为1mg/L，接触时间为lmin

二氧化氯在不同浓度下的杀菌灭藻效果见下表：
二氧化氯浓度(MG/L) 异养菌杀菌率(％) 杀藻率(％) 硫酸盐还原菌杀菌率(％)
0.2 99.9 80.1 76.5
0.3 99.9 80.8 90.5
0.4 99.9 82.4 98.2
0.5 99.9 90.7 98.9
0.6 99.9 99.3 99.5
2、对水质、管道的影响
使用二氧化氯发生器替代过去投加的氧化性杀生剂、非氧化性杀生剂后，发现二氧化氯对其它处理剂使用并无影响，且有一定除铁、清洗剥泥和缓蚀效果，见下表：
指标 PH值 总磷(MG/L) 正磷(MG/L) 浓缩倍数 SI02(MG/L) 总铁(MG/L) CL-(MG/L) NH4+(MG/L) 腐蚀率(MM/A)
投加前 8.95 5.9 0.9 2.69 8.72 O.1l 41.4 118 O.214
投加2个月后 8.92 5.95 0.8l 2.87 8.54 0.23 45.3 0.45 0.103

八、结论
在工业循环冷却水的消杀处理中选用二氧化氯发生器，不仅具有杀菌除藻效果且具有除铁和剥离粘泥作用，在冷却水PH>8或泄漏氨的情况下效果仍然很好，且对水质无影响，不产生环境污染，其运行费用比用其它杀生剂显著减少，而且，加药系统和分析测试系统都无需大的改动，因此用STAR系列二氧化氯发生器于循环冷却水处理领域有很好的经济效益和环境效益，在炼油、化肥、电力、化工行业中具有广阔使用前景。


北京华龙星宇科技发展有限公司 仪器设备部