高纯二氧化氯消毒饮用水的工程应用研究

等有机和无机污染物均有很好的去除效果［4］，还有优良的脱色除味性能，ClO2是可替代液氯的有效消毒剂之一［5］。
2 HLJ-I型ClO2发生器的基本结构和发生方法
2.1 HLJ-I型高纯ClO2的发生方法
常用的ClO2制备方法有电解食盐法和化学法，而目前化学法的应用最为广泛。我们开发的制备ClO2的新方法属于化学法的一种，其主要原料是氯酸钠（NaClO3）、硫酸（H2SO4）和一种还原剂。
48NaClO3＋24H2SO4＋还原剂→48ClO2＋12CO2＋35H2O＋24Na2SO4
通过系统的试验研究，得出了采用该方法制备ClO2的最佳工艺参数：还原剂2.65%( w/ w)；NaClO3 25%～26.6%( w/ w)；硫酸60%～62%( w/ w)；反应时间30min；反应温度60℃。与其它化学方法相比，其先进之处在于选用的还原剂性质稳定、原料易得、无毒无害、价格低廉、使用方便。
2.2 HLJ-I型ClO2发生器的基本结构
HLJ-I型ClO2发生器主体采用连续式多级塔板结构，还包括自动投药系统、ClO2投加控制系统、自动温控系统和自动排液系统以及控制器组成。其工作过程是先根据化学方程式推算出生成所需量的ClO2应投加的三种原料的用量；然后通过精密计量泵将原料液精确地注入到反应器中，反应生成的ClO2通过加氯设备被精确地投加到滤后水中。
3 HLJ-I型高纯ClO2发生器的性能研究
3.1 分析方法
ClO2采用连续碘量法［6］；细菌总数采用平皿计数法；大肠菌群采用多管发酵法。
3.2 HLJ-I型高纯ClO2发生器的运行
3.2.1 稳定性
保持两种反应液投加速度和反应条件相对稳定，分别测定不同时刻水中ClO2浓度并列于表1。从表1可以看出，只要保持两种反应液投加速度和反应条件相对稳定，不同时刻的ClO2投加浓度基本稳定在预先设置的范围。


3.2.2 ClO2的收率
ClO2收率即实际产量与其理论产量的比值。收率的高低直接影响到ClO2的生产成本和制水成本。试验研究系统考察了最佳反应条件下、不同日期的ClO2收率，其结果见图1。从图1可以看出，在最佳反应条件下，ClO2的收率保持在75%～83%的水平，与市场上其它常见的发生器相比具有较高的收率。

图1 最佳反应条件下、不同日期的ClO2收率
(Fig 1 Reclaim rate of ClO2 under the best condiation at different day)
3.23 制备ClO2的纯度
研究表明［7］，欲较好地控制CHCl3的形成，ClO2的质量百分数在混合消毒剂中必须大于90%，否则仍将有大量的氯仿生成。试验研究系统考察了 HLJ-I型ClO2发生器制备ClO2的纯度，结果见图2。从图2可以看出，试验期间所获得ClO2的纯度均保持在95％以上，该纯度可有效地控制有机卤代物的生成。
图2 试验期间制备ClO2的纯度
(Figure 2 Purity of ClO2 during the whole study)
4 高纯ClO2消毒饮用水的工程应用
4.1 ClO2投加量和投加方式的确定
根据实验室的灭菌试验和ClO2处理饮用水的中试研究，将后投ClO2的投量确定在0.5~1.0 mg/L；其投加方式和氯气相似，只需将 HLJ-I型ClO2发生器的气体出口接到水厂原有加氯设备的水射器上即可，如图3所示。
(Figure 3 Sketch of injection ClO2 into water )
4.2 工程运行的试验结果
为了便于比较，试验中以1天为一时间段分别投加液氯或ClO2，然后分别对原水、滤池出水、投加消毒剂的出厂水取样分析。ClO2投加浓度为0.50~1. 0mg/L，液氯投加浓度为2.0mg/L，试验结果列于表2。
从表2可以看出，在试验期间，原水的细菌总数为65~120cfu/mL，大肠菌群36~92 cfu /L。原水经预氯化、混凝、沉淀、过滤后细菌总数为5~33 cfu /mL，大肠菌群3~27 cfu /L。尽管滤后水质已有很大改观，但尚未达到国家饮用水卫生标准。
对滤后水投加ClO2，当投加浓度为0.50~1.0mg/L时，出水中细菌总数（0~3 cfu /mL）低于投加Cl2 1.5~2.0mg/L时的细菌总数（0~12 cfu /mL）。经ClO2或Cl2消毒后水中大肠菌群数均不超过3 cfu /L。出水的其它指标包括浊度、色度等均满足国家饮用水卫生标准。


4.3 ClO2消毒后饮用水中有机物分析
分别取投加液氯0.7mg/L和ClO20.7mg/L的滤后水300L用处理好的XAD—2树脂进行富集，然后对树脂的乙醚洗脱液进行了色谱－质谱联机分析，其结果列于表3。从表3可以看出，ClO2消毒的水样中有机物的种数和相对含量均低于液氯消毒的水样，证明ClO2氧化有机物的能力优于液氯。投加ClO2的水样中未检测出有机卤代物，而在投加液氯的水样中检测出大量有机卤代物，约占有机物总量的9.48%，这个结果也进一步证实了ClO2消毒可以有效控制有机卤代物的生成。



4.4 ClO2工程运行的技术经济分析
　　以上的试验表明ClO2消毒饮用水技术上可行。工程运行中，根据实测得出生产1吨ClO2的成本为1.89万元，按其投量为0.5mg/L，与液氯（成本2300元/t，投量2mg/L）消毒相比，用ClO2消毒1吨水其成本较氯气提高不到1分钱。虽然处理成本略有提高，但从保护居民身体健康的角度来考虑，这一点成本的提高是值得的。
5　结语
ClO2的工程运行结果表明HLJ-I型高纯ClO2发生器产气量稳定，制备的ClO2平均纯度大于95%；与投加2mg/L液氯相比，ClO2投量为0.5～1.0mg/L时，处理后水的各项指标均达到或优于国家标准的要求；试验结果表明ClO2消毒后水中有机物的种类和数量较液氯消毒明显减少，ClO2消毒可有效控制有机卤代物的生成。