二氧化氯在鐵路給水消毒的應用研究

來源：http://www.ssygc.com/ 作者：余氯檢測儀 時間：2019-08-19

　　目前，我國鐵路給水中應用的消毒劑以液氯和次氯酸鈉為主。其中南方和北方有所區別，南方水源多為地表水以投加液氯為主，北方水源多為地下水以次氯酸鈉發生器生成次氯酸鈉消毒為主。但隨著源水污染的變化，廢水中各種有機物的含量有所增加，運用液氯消毒會產生氯代有機物，其中有的產物具有致突變作用。次氯酸鈉消毒法存在發生器設備操作復雜，勞動強度大，發生器的重要部件――電極易損，電耗，鹽耗較高。

　　為滿足人們對水質要求的不斷提高，尋求適合鐵路給水的消毒方式已成迫切任務。作為新型消毒劑的二氧化氯(ClO2)因其具有的特殊優勢，在與鐵路給水相結合中將得到廣泛應用。

　　二氧化氯的應用

　　19世紀初，美國科學家發現了ClO2氣體。20世紀40年代，二氧化氯開始應用于食品加工的殺菌消毒和水的凈化處理等。由于二氧化氯不會與有機物反應而生成THMs，所以在飲用水處理中應用越來越廣泛。

　　二氧化氯在鐵路給水中的應用鮮有報道。據鐵道部的一份調查顯示，二氧化氯在各給水部門的使用率低于2%，并存在認識和使用上的誤區，影響了二氧化氯的推廣使用。

　　二氧化氯的物理性質

　　二氧化氯(ClO2)常溫(20℃)下是一種黃綠色的氣體，具有與氯氣類似的刺激性氣味。ClO2極易溶于水，ClO2在水中的溶解度隨溫度升高而降低，在水中是純粹的溶解狀態，不與水發生化學反應，故它的消毒作用受水的PH值影響極小。

　　ClO2水溶液易揮發，在較高溫度與光照下會生成ClO2-與ClO3-，應避光低溫保存。由于ClO2對壓力、溫度和光線敏感，不能壓縮進行液化儲存和運輸，只能在使用時現場臨時制備。

　　二氧化氯的氧化消毒機理

　　作為強氧化劑，ClO2在酸性條件下具有很強的氧化性：

　　ClO2+4H++5e=Cl-+2H2O

　　在水廠pH≈7的中性條件下，

　　ClO2+e=ClO2-

　　ClO2-+2H2O+4e=Cl--+4OH-

　　ClO2能將水中少量的S2-、SO32-、NO2-等還原性酸根氧化去除，還可去除水中的Fe2+、Mn2+及重金屬離子等。另外ClO2以氧化還原為主，能將腐殖酸、富里酸等降解，且降解產物不以三氯甲烷形式存在。

　　ClO2消毒只是有選擇的與某些有機物進行氧化反應將起降解為含氧基團為主的產物，不產生氯化有機物，所需投加量小，約為氯投加量的40%,且不受水中氨氮的影響。因此，采用ClO2代替氯消毒，可使水中三氯甲烷生成量減少90%。

　　二氧化氯的制備及經濟性比較

　　二氧化氯性質活潑，不易貯存和運輸，目前飲水用二氧化氯都采用現場制備的方式。ClO2的制備方法中化學法和電解法在生產上應用較多。適合鐵路給水消毒的只有化學法，并逐漸淘汰已有的電解法。

　　(一)化學法

　　化學反應制取ClO2的方法主要有：

　　1、鹽酸與亞氯酸鈉反應

　　5NaClO2+4HCl=5NaCl+4HCl+2H2O

　　2、亞氯酸鈉與液氯混合反應

　　2NaClO2+Cl2=2NaCl+2ClO2

　　3、鹽酸與氯酸鈉反應

　　NaClO3+2HCl=ClO2+1/2 Cl2 +NaCl+H2O

　　方法之一生產規模較小，設備簡單，便于實現自動化操作，此類設備中德國的Prominent、美國的F&P公司有相應的產品，國內生產商有青島海晟、南京華浦等公司。該方法極其適合鐵路給水所使用，雖存在NaClO2價格較貴，生產成本較高(以制取1kg ClO2來計，亞氯酸鈉法的成本約為30，氯酸鈉法約20元)，但如果考慮因此而減少的人員工資和維護成本支出，則該方法仍具有液氯和次氯酸鈉無法比擬的優勢條件。

　　亞氯酸鈉加氯氣法含有加氯系統，增加了系統的復雜程度，加大了設備投資和管理水平，因此對中小型水廠來說，該工藝無優勢。鐵路水廠一般消毒水量較小。因此，亞氯酸鈉加氯氣法不適合在鐵路內使用。

　　根據方法之二制備ClO2時，會生成二氧化氯和氯氣混合物，當反應溫度在約70℃和加大鹽酸的過剩量，可同時提高二氧化氯和氯氣產率，仍得到二者的混合物。

　　目前，因為運行成本和檢測標準(仍使用與氯氣相同的指標，如有效氯、余氯等)等原因，以氯酸鈉工藝為基礎的二氧化氯發生器仍是市場上的主導產品之一，例如深圳歐泰華產品和山大華特產品。鐵路應根據自己的實際情況選擇自己的二氧化氯制取方式，不被生產廠家的宣傳所迷惑。

　　(二)電解法

　　電解法生產ClO2，以食鹽為原料，采用隔膜電解工藝，在陽極室注入飽和食鹽水，陰極室加入自來水，接通電源后使離子定向遷移，從而在陽極室及中性電極周圍產生ClO2、O3、H2O2、Cl2等混合氣體。產生的混合氣體中ClO2所占比例較低，除了O3、H2O2外，大部分是氯氣。無法避免液氯消毒的缺點。與次氯酸鈉發生器一樣存在設備操作復雜，易損壞部件價格昂貴，運行維護困難等缺點。電解法只是生產ClO2的過渡方式，雖然目前應用較廣，但很快將被淘汰。

　　目前，鐵路部門所采用的二氧化氯發生裝置基本上為電解法，使用效果較差，且維修量大。作為前期應用的電解法二氧化氯發生裝置，影響了人們對二氧化氯的認識，制約了二氧化氯在鐵路內的使用。

　　自動化控制

　　二氧化氯是通過兩種藥劑的現場反應來制取，要想準確投加，必須對兩種藥劑進行計量、準確配比才能實現。否則，會因為配比不當而引起二氧化氯產率降低，副產物比率增加，降低消毒效果。嚴重時，會出現單藥劑投加而完全失去消毒效果并污染水質。

　　二氧化氯發生器的運行應采用自動化控制，這一點對鐵路給水來說至關重要。鐵路給水站或給水所實現無人值守，要求所有設備必須全自動。目前，鐵路給水大量使用的次氯酸鈉發生器有2h的穩定運行周期，無法實現在間斷情況下的自動消毒。簡單的操作，全自動化的控制，必將使之在鐵路給水中得到廣泛應用。

　　應用實例

　　衡水西站公寓加壓泵站改造工程中，安裝上海(中國)技源科技有限公司RWS-B2-100-D 高純二氧化氯發生器一臺。該發生器以25%亞氯酸鈉和30%鹽酸為原料，生成高純二氧化氯，投加量由出水流量計自動控制，設備自安裝后，運行穩定，消毒效果良好。

　　1、二氧化氯消毒劑比液氯和次氯酸鈉更具應用價值;

　　2、消毒設備更新改造時，應優先選用二氧化氯發生器;

　　3、對小的鐵路給水所或給水站，選擇亞氯酸鈉+鹽酸法的二氧化氯制備方式。(作者工作單位：石家莊鐵路供電段)

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