二氧化氯制造工藝的選擇與分析

周騰龍

（廣東省安全生產(chǎn)技術(shù)中心有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著城市化的不斷推進(jìn)，新開(kāi)發(fā)區(qū)域的配套設(shè)施也逐漸完備。然而在配套布置學(xué)校、醫(yī)院等敏感單位的同時(shí)，原有企業(yè)內(nèi)重大危險(xiǎn)源的安全距離就可能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。

佛山市某水廠日供應(yīng)水量達(dá)到50萬(wàn)m3，承擔(dān)著禪城區(qū)居民日常用水的重任。該水廠原采用前加氯及后加氯兩點(diǎn)加氯的消毒工藝，前加氯藥劑為液氯，投加位置在折板反應(yīng)池配水井前，投加量為0.5～1.0mg／L；后加氯在進(jìn)入清水池前的管道上，消毒劑采用液氯、液氨聯(lián)合投加，液氯投加量約0.8～1.0mg／L。液氯日使用量約為400kg，投加時(shí)采用氯瓶在線3用3備，離線3～5個(gè)氯瓶的儲(chǔ)存模式。每個(gè)氯瓶氯儲(chǔ)量為1 t，因此氯倉(cāng)液氯儲(chǔ)量為9～11 t，已遠(yuǎn)超其重大危險(xiǎn)源的臨界量。然而，由于當(dāng)?shù)匾?guī)劃于水廠旁新建一所學(xué)校，這就意味著水廠加氯間可能對(duì)學(xué)校有潛在的安全影響。為了既不影響區(qū)域供水需求，同時(shí)降低水廠對(duì)學(xué)校的安全影響，除了加強(qiáng)監(jiān)控、泄露探測(cè)及氣瓶緊急自動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)、增設(shè)泄露吸收裝置外，最重要的還是要盡可能減少液氯的庫(kù)存量，才能有效降低危險(xiǎn)源的等級(jí)，以使其安全風(fēng)險(xiǎn)可以被公眾接受。

為保證凈水消毒效果，后加氯消毒工藝仍采用液氯、液氨聯(lián)用消毒工藝，而對(duì)前加氯消毒劑可采用液氯的替代物質(zhì)，以此降低液氯使用量，并相應(yīng)減少液氯的庫(kù)存量，保證水廠正常生產(chǎn)活動(dòng)。

1 前加氯替代物選擇

前加氯的作用機(jī)理是利用氯的氧化水中的腐殖質(zhì)和膠體，使之混凝沉淀，并有殺藻劑的作用。而滿足原水前處理要求的除了液氯外，還可選擇二氧化氯、臭氧、次氯酸鈉等，對(duì)比情況見(jiàn)表1。

表1 幾種前加氯替代藥劑對(duì)比

表1 （續(xù)）

根據(jù)表1的比較［1］，二氧化氯在四種對(duì)比藥劑中均居于居中的位置，也即其各方面的兼顧性相對(duì)較好，其作為替代前加氯消毒劑，具有如下優(yōu)勢(shì)：可以有效改善原水的濁度、色度、嗅味及含藻量，同時(shí)可在前加氯階段氧化去除水體中的有機(jī)污染物，減少后續(xù)液氯消毒副產(chǎn)物，達(dá)到與液氯聯(lián)合協(xié)同消毒的最優(yōu)效果；由于其具有較強(qiáng)的氧化性，可作為水源突發(fā)污染時(shí)一種有效的應(yīng)急處理手段和措施。同時(shí)，二氧化氯的建設(shè)費(fèi)用及運(yùn)行成本相對(duì)較低。

2 二氧化氯制備工藝的選擇

二氧化氯由于較難儲(chǔ)存，使用時(shí)多為現(xiàn)場(chǎng)配制。化學(xué)法二氧化氯發(fā)生器按其生產(chǎn)工藝不同，主要分為以下兩大類(lèi)：氧化法和還原法。

2.1 氧化法制備二氧化氯

氧化法制備二氧化氯原料一般為亞氯酸鈉和鹽酸，反應(yīng)原理如下：

該工藝具有工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)物中二氧化氯純度高等優(yōu)點(diǎn)，是國(guó)外水廠二氧化氯發(fā)生器常用的工藝。我國(guó)目前亞氯酸鈉產(chǎn)生二氧化氯的發(fā)生器也基本都以此工藝為基礎(chǔ)。

采用亞氯酸鈉（NaClO2）和鹽酸（HCl）為原料，生產(chǎn)純二氧化氯溶液，其優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)的二氧化氯溶液純度高，設(shè)備制造簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是：采用的原料亞氯酸鈉屬于強(qiáng)氧化劑，性質(zhì)活潑，遇碰撞或摩擦容易爆炸，水溶液濃度超過(guò)30%也容易發(fā)生爆炸，運(yùn)輸及儲(chǔ)存要求嚴(yán)格，并且生產(chǎn)成本較高，生產(chǎn)1gnm有效氯原料消耗成本為0.016～0.02元左右。

2.2 還原法制備二氧化氯

1）復(fù)合法制備工藝。復(fù)合法制備工藝一般采用氯酸鈉（NaClO3）和鹽酸（HCl）為原料，生產(chǎn)二氧化氯和氯氣復(fù)合消毒劑，其優(yōu)點(diǎn)是：復(fù)合消毒劑具有協(xié)同、高效殺菌效果，原料儲(chǔ)存、使用安全，價(jià)格便宜，運(yùn)行成本低，生產(chǎn)1 g有效氯原料消耗成本為0.004～0.006元。但是復(fù)合法也存在二氧化氯的轉(zhuǎn)化率較低，一般有效轉(zhuǎn)化率只有50%左右，只有加大氯氣的投加量才能提高二氧化氯的轉(zhuǎn)化率，但是反應(yīng)物中氯氣的含量也會(huì)提高，從而失去了二氧化氯投加的意義。

2）高純型制備工藝。高純法制備工藝一般采用氯酸鈉和硫酸作為主要原料，并加入適量的還原劑生產(chǎn)純二氧化氯溶液，常用的還原劑有雙氧水、蔗糖、尿素等。其優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)的二氧化氯溶液純度高，要求不小于95%，設(shè)備價(jià)格適中，原料比亞氯酸鈉便宜，生產(chǎn)1 g有效氯原料消耗成本為0.005～0.006元，接近復(fù)合型發(fā)生器運(yùn)行費(fèi)用，生產(chǎn)成本適中。

復(fù)合法和高純法制備工藝的分析比較見(jiàn)表2。

表2 復(fù)合法與高純法工藝比較

根據(jù)以上比較［2-3］，復(fù)合法雖然具有設(shè)備投資低，使用范圍廣，但由于其具有產(chǎn)物中二氧化氯含量低，氧化性較差，原料的轉(zhuǎn)化率低等缺點(diǎn)，經(jīng)綜合分析比較，高純法作為二氧化氯的制備工藝更具優(yōu)越性。

高純法制備工藝一般采用氯酸鈉和硫酸作為主要原料，并加入適量的還原劑生產(chǎn)純二氧化氯溶液，常用的還原劑有甲醇、雙氧水、尿素等。根據(jù)高純法各制備工藝的特點(diǎn)，甲醇作還原劑制備法能夠生成的二氧化氯含量高，但在反應(yīng)時(shí)需要投加CH3OH（即甲醇），由于甲醇的成本較高，且產(chǎn)品中?；煊屑状迹状紝儆谟卸疚镔|(zhì)。因此，在飲用水處理上不適合采用。雙氧水法及尿素法兩種工藝法進(jìn)行分析比較。見(jiàn)表3。

表3 兩種還原劑比較

根據(jù)特性分析，從二氧化氯生產(chǎn)角度采用雙氧水作還原劑制備工藝具有二氧化氯純度高，運(yùn)行成本相對(duì)低等優(yōu)點(diǎn)，但由于雙氧水可自行分解的化學(xué)特性，存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)；如采取新工藝，將雙氧水與氯酸鈉溶液進(jìn)行混裝等措施，可大大降低雙氧水的其濃度，在使用上就比較安全。目前，在國(guó)內(nèi)用雙氧水作還原劑制備高純二氧化氯有比較多的成功運(yùn)行案例，國(guó)內(nèi)比較知名的幾個(gè)二氧化氯發(fā)生器生產(chǎn)廠家均采用該生產(chǎn)工藝。尿素工藝從二氧化氯生產(chǎn)工藝及還原劑特性來(lái)說(shuō)，是比較適宜的制備工藝，生產(chǎn)原料性能穩(wěn)定，使用安全，還原劑易于運(yùn)輸和儲(chǔ)存，缺點(diǎn)是目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)該工藝二氧化氯發(fā)生器的廠家相對(duì)較少，選擇性較少。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)比，最終選擇利用雙氧水·氯酸鈉溶液及硫酸作為原料制二氧化氯來(lái)代替原有液氯作為前加氯，僅后加氯工序采用氯、氨聯(lián)合消毒，采用4用4備單罐0.5 t的氯氣瓶代替原有氯氣瓶，不再構(gòu)成重大危險(xiǎn)源。設(shè)備運(yùn)行至今已有三年多時(shí)間，總體運(yùn)行平穩(wěn)，二氧化氯產(chǎn)生穩(wěn)定，管網(wǎng)中有效氯含量穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期效果。