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HE系列二氧化氯发生装置
在城市给水处理中的应用
摘要：本文叙述了在城市给水系统杀菌消毒设备的现状和各种杀菌消毒方法及设备的比较；HE系列二氧化氯发生装置的性能、特点及在给水系统中的使用方法。
关键词：城市给水处理 二氧化氯 HE系列二氧化氯发生装置
一、 城市给水对杀菌消毒技术的要求
城市给水行业是为城市国民经济各个行业及城市居民提供饮用水和工业用水的产业。其所生产的自来水必须符合国家饮用水标准规定的指标。
在城市给水企业的生产过程中，无论水源是地表水，还是地下水，都会存在或滋生大量的细菌和病毒。因此必须进行杀菌消毒处理。一方面杀灭细菌和病毒，保证饮用水出水质量，另一方面维持管网的运行，防止因细菌或藻类的繁殖阻塞管路。由于自来水的质量关系到广大人民群众的身体健康，因此，选用恰当的杀菌消毒方式是至关重要的。
自来水行业对杀菌消毒技术的要求是：
1、 具有高效、广谱杀菌消毒能力；
2、 在杀菌消毒过程中，不产生对人体有害的物质；
3、 具有较长的维持杀菌消毒能力的时间；
4、 残留的微量杀菌消毒剂对人体无害；
5、 杀菌剂本身无毒，操作安全性高；
6、 运行费用低；
7、 操作自动化程度高，方便检修。
8、 应是绿色产品，无 “三废”排放，不污染环境
二、 各种杀菌消毒技术分析
1、 杀菌消毒剂性能分析
目前自来水行业采用的杀菌消毒方式主要有以下几种：
（1） 液氯
液氯为黄绿色液体，具有强烈的窒息性气味，有剧毒。是一种广谱高效杀菌剂。液氯的杀菌作用主要在于当液氯溶于水后，生成次氯酸；次氯酸分子对微生物的细胞有很强的穿透作用，可有效的杀灭大部分微生物和细菌。液氯在酸性或微酸性环境下液氯以次氯酸分子的形式存在，杀菌效果较好，在碱性环境下，液氯在水中大多以次氯酸根的离子态存在，杀菌效果大幅度下降。
液氯为剧毒物质，储存、运输、投加等操作安全性极差，一旦发生泄漏即可酿成重大事故。另外。液氯具有一个致命的缺陷，在杀菌消毒过程中以氯代反应为主，易与水中的物反应生成具有强致癌性和伤害人体器官的三卤甲烷等十几种有害物质，尤其是在自来水行业对广大人民群众的生命健康形成较大的威胁。这在国内外水处理学术界已形成共识。
该方式为传统的杀菌消毒方式，主要优点是来源广、价格低廉。目前自来水行业应用较为广泛，亟需更新换代。
（2） 次氯酸钠
次氯酸钠溶液为淡黄色或无色液体，分子式为NaClO，有效氯含量为0.953，易于分解。是一种广谱高效杀菌剂。同液氯相似，在酸性或微酸性环境下，杀菌效果较好；在碱性环境下，杀菌效果较差。
由于该液体易于分解不易保存，目前一般采用次氯酸钠发生器现场生产，现场投加。次氯酸钠发生器的工作原理是：采用无隔膜电解槽，电解3%的NaCl溶液，生成浓度为6～8g/l的次氯酸钠溶液。
由于次氯酸钠的杀菌消毒机理与液氯一样。在杀菌消毒的过程中产生对人体有害的物质，但其运行安全性较好。
（3） 臭氧
臭氧是一种高效杀菌消毒剂，其杀菌消毒能力在现有杀菌消毒剂中是最强的。但是，O3在自来水中的半衰期约为20min (20℃)，因此在臭氧杀菌消毒工艺的仍然需要采用其他消毒剂消毒，以维持管网中的持续消毒作用。另外，臭氧的生产设备价格昂贵。因此，臭氧发生器在自来水行业使用较少。
（4） 其它药剂
目前有部分水厂采用氯胺、二氯异氰脲酸钠和三氯异氰脲酸钠等无机或的杀菌剂作为冷却循环水杀菌除藻的杀菌剂；该方式所需费用在所有杀菌除藻方式中的，是液氯的10倍以上。经济性很差。
（5） 二氧化氯
二氧化氯作为第四代杀菌消毒剂，杀菌消毒效果是液氯的4~5倍；使用安全性高；二氧化氯在杀菌消毒过程中以氧化还原反应为主，不会在水中产生氯仿、三卤甲烷等任何有毒有害物质。以二氧化氯替代液氯或其他含氯杀菌剂是目前国内外城市给水处理的的发展趋势。
ClO2作为饮用水消毒剂的优点：
ClO2杀菌消毒效果是液氯的4～5倍；
ClO2在杀菌消毒过程中，不形成对人体有害的氯仿等卤代物；
ClO2杀菌消毒特性几乎不受pH影响；
ClO2可消除由于藻类、腐败植物和酚类化合物产生的嗅和味；
ClO2氧化铁、锰、硫化物、氰化物和亚硝酸盐等无机物物，消除给水中的有害物质，有利于给水的进一步处理；
ClO2可以降解或消除酚类化合物，且无氯酚嗅味产生；ClO2还可以有效地降解去除多环芳胫、黄曲霉素等诱变剂和致癌物；
ClO2在水中的杀菌消毒效果可维持很长时间，将延长或保证管网水中的消毒作用；
ClO2不与氨反应，也不与溴化物反应形成溴或溴酸盐；
ClO2可以有效的消灭藻类，并能有效的杀灭斑贻贝类软体动物；
ClO2有较强的漂白脱色和祛味作用；
经毒理学和致突变性研究，在常见的水消毒范围内，ClO2、ClO2－、ClO3－均不会对人体造成不利影响，均未发现有致突变性。
从以上分析可以看出，二氧化氯作为城市给水杀菌消毒剂，从杀菌消毒的高效、广谱、时效、无害等几个方面是比较理想的。完全可以替代液氯，成为城市给水杀菌消毒处理的优先选择。欧美发达国家二氧化氯在城市给水中的广泛应用证实了这一点。影响国内在城市给水中大范围推广的主要原因是运行成本太高，国内城市给水企业目前尚无法承受。
HE系列二氧化氯发生装置以二氧化氯纯度高、与液氯相当的低运行成本，为解决二氧化氯的大范围推广使用创造了条件。
各种杀菌剂生产设备性能比较：
2、二氧化氯生产技术分析
（1）目前国内外二氧化氯生产有以下几种方式：
三电极隔膜电解法；该生产方式采用三电极隔膜电解槽，电解氯化钠溶液，生成包括二氧化氯在内的混合气体，在水中溶解形成杀菌消毒液体。由于存在二氧化氯含量低（二氧化氯＜10%，氯气＞90%），隔膜寿命短、设备价格高、只有小型装置等缺陷。在自来水行业实际使用中较少应用。
化学法：主要有两种生产方式：
其一是采用亚氯酸钠＋酸（或氯气）生成二氧化氯＋盐＋水；该方式生成的二氧化氯纯度高，是发达国家广泛采用的一种方式。但是，由于亚氯酸钠成本很高，因此，该方式运行成本很高，是我国城市给水行业所无法承受的。
其二是采用氯酸钠＋还原剂＋酸反应生成包括二氧化氯在内的混合气体，在水中溶解形成杀菌消毒液体。二氧化氯的含量随着还原剂与酸的不同而不同。目前国内大多数厂家采用氯酸钠＋盐酸的反应方式，该方式产生气体中二氧化氯含量＜50%，其余均为氯气。化学法二氧化氯发生器无论采用哪一种反应方式，反应后的残液均无法处理，易于形成二次污染。该生产方式运行成本较高，是液氯的4倍左右，除一些小型水厂外，一般大型水厂目前尚无法推广使用。
电化法：这是HE系列二氧化氯发生装置的二氧化氯生产方法；该生产方式采用无隔膜电解槽电解氯化钠溶液，生成含有氯酸钠、次氯酸钠等物质的混合溶液，在特制的反应器中进行加酸反应后生成二氧化氯气体，在水中溶解后形成二氧化氯溶液，该生产方式具有二氧化氯含量高、运行成本低等特点。
（2）各种二氧化氯生产技术比较
|
设备名称 |
ClO2（电解法） |
ClO2（化学法） |
HE型 |
设备名称 |
ClO2（电解法） |
|
二氧化氯纯度 |
＜10% |
50% |
＞80% |
二氧化氯纯度 |
＜10% |
|
生产杀菌剂种类 |
ClO2＋Cl2 |
ClO2＋Cl2 |
ClO2＋Cl2 |
生产杀菌剂种类 |
ClO2＋Cl2 |
|
杀菌效果 |
差 |
较好 |
好 |
杀菌效果 |
差 |
|
生产方式 |
三电极隔膜电解 |
多药剂反应 |
无隔膜电解＋反应 |
生产方式 |
三电极隔膜电解 |
|
生产能力 |
小型 |
中小型 |
0.1～20kg/h |
生产能力 |
小型 |
|
设备投资 |
3 |
1 |
2 |
设备投资 |
3 |
|
生产原料 |
NaCl |
NaClO3＋ HCl |
HCl |
生产原料 |
NaCl |
|
运行成本 |
3 |
5 |
1 |
运行成本 |
3 |
|
安全可靠性 |
一般 |
一般 |
高 |
安全可靠性 |
一般 |
|
部件检修周期 |
0.5～1年 |
5年 |
5年 |
部件检修周期 |
0.5～1年 |
|
设备寿命 |
＞10年 |
＞20年 |
＞20年 |
设备寿命 |
＞10年 |
由此可见，采用新型运行机理生产的二氧化氯发生装置是一种的具有国内水平杀菌剂生产设备，是一种成本低，杀菌效果好，总体效益好，产品规格范围广；尤其是在城市给水等大量使用杀菌剂的场合更凸现其优越性。
三、各种杀菌消毒技术经济分析
1、液氯费用：
市场售价 2500元/t•Cl
运费 300元/t•Cl
合计 2800元/t•Cl
投加量 50kg/万t•H2O
消毒费用 140元/万t•H2O
2、 次氯酸钠发生器运行费用
氯化钠 6kg/kg•NaClO 1.8元/kg•NaClO
电费（反应加热） 5度/kg•NaClO 2.5元/kg•NaClO
合计 4.3元/kg•NaClO
投加量 50kg/万t•H2O
消毒费用 215元/万t•H2O
3、化学法二氧化氯发生器运行费用
氯酸钠 4kg/kg•ClO2 20元/kg•ClO2
盐酸（30%） 8kg/ kg•ClO2 4元/kg•ClO2
电费（反应加热） 10度/kg•ClO2 5元/kg•ClO2
合计 29元/kg•ClO2
投加量 15kg/万t•H2O
消毒费用 435元/万t•H2O
3、 HE系列装置运行费用
电费 10度/kg•ClO2 5元/kg•ClO2
盐酸 （30%） 3.5kg/kg•ClO2 1.8元/kg•ClO2
合计 6.8元/kg•ClO2
投加量 15kg/万t•H2O
消毒费用 102元/万t•H2O
由此可见，在自来水杀菌消毒过程中，HE系列二重杀菌剂发生装置在生产二氧化氯中发生的费用与购置液氯所发生的费用相当。而HE系列设备运行的安全性、二氧化氯在杀菌消毒过程中不产生任何有毒有害物质的优越性恰恰是液氯产品的致命缺陷所在。为此，用HE系列设备替代液氯作为自来水杀菌消毒处理的产品是在必然。
四、HE系列二氧化氯发生装置简介
1、概述
HE型二氧化氯发生装置是在汲取国内外技术精华的基础上发展起来的一种新型水处理设备。该装置采用的新型运行机理和结构，成功的在一台设备上实现了电解法和化学法的结合，以极低的生产成本产出二氧化氯溶液。具有技术性能先进，物耗低，运行安全可靠；采用控制技术，自动化程度高；设备结构紧凑，布局合理，占地面积小；易于安装，方便检修等特点。
2、 技术性能分析
（1）HE系列二氧化氯发生装置技术性能特点：
的运行机理和运行方式 本装置将电解法和化学法统一在一起，电解液经电解槽电解后，在反应器内进行加酸反应，生成产品液。无需加任何还原剂即可完成。
安全稳定高效的电解系统 采用的电解系统，复极式高度集成的电极结构，形成高电解效率、高运行安全稳定性、低电耗的高效电解系统。
运行成本低，经济效益好 本装置生产二氧化氯溶液，其消耗原料为HCl，原料成本低，运行成本低，可形成较大的经济效益。
集约的系统结构 本装置采用集成化设计，电解系统、配盐系统、配酸系统均集成在一个主框架内，外形美观大方、结构紧凑、占地面积小，易于安装，方便检修。
全自动控制系统 本装置采用微电脑程序全过程监控，全自动无人值守，故障声光报警、停机。
（2）主要技术参数
技术参数 二氧化氯 ClO2
产率Q kg/h 0.5～20
产品液浓度 w/v ≥ 2％ w/v
直流电耗kw/kg ≤10 kw/kg
酸耗（30%）kg/kg 3/Q
电流效率 ≥ 95%
阳极寿命 ≥ 5年
3、 主要用途：
火力发电厂补给水、循环水杀菌灭藻
油田注水、补给水杀菌灭藻
自来水行业自来水消毒
钢铁、化工、矿山等工矿企业循环水杀菌灭藻
污水处理行业中水处理
医院器械、环境、物品及污水排放的杀菌消毒处理
纯净水、矿泉水、饮料等行业杀菌消毒处理
蔬菜、果品消除残留农药、杀菌处理
餐饮、宾馆等服务行业用具、环境杀菌消毒
畜牧、水产行业的畜舍、水体和畜产品、水产品等杀菌消毒
纺织、印染、造纸等行业产品漂白
4、产品规格和供货范围
HE系列二氧化氯发生装置有十几个品种
设备供货范围
|
序号 |
名称 |
型号规格 |
二氧化氯产率g/h |
|
1 |
二氧化氯发生装置 |
HE-50 |
50 |
|
2 |
二氧化氯发生装置 |
HE-100 |
100 |
|
3 |
二氧化氯发生装置 |
HE-200 |
200 |
|
4 |
二氧化氯发生装置 |
HE-300 |
300 |
|
5 |
二氧化氯发生装置 |
HE-500 |
500 |
|
6 |
二氧化氯发生装置 |
HE-1000 |
1000 |
|
7 |
二氧化氯发生装置 |
HE-2000 |
2000 |
|
8 |
二氧化氯发生装置 |
HE-3000 |
3000 |
我公司除可提供以上规格的产品之外，亦可根据用户实际情况和要求进行设计和制造。并且可以提供二氧化氯发生站的总体设计和配套设备。
5、设备配置
（1）、发生站设备布局：（以HE-300为例）
（2）HE系列产品设备配置：
型号
|
设备 |
HE-50 |
HE-100 |
HE-200 |
HE-300 |
HE-500 |
HE-1000 |
HE-2000 |
HE-3000 |
|
框架一 |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
|
控制柜 |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
|
整流柜 |
|
|
|
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
|
储液罐 |
|
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
|
酸储罐 |
|
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
注： 0.5~2kg/h产品整流柜与控制柜合二为一。
10kg/h以上的产品，整流柜与整流变压器分离
（3）单独供货设备：
型号
|
设备 |
HE-50 |
HE-100 |
HE-200 |
HE-300 |
HE-500 |
HE-1000 |
HE-2000 |
HE-3000 |
|
配电柜 |
|
|
|
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
|
框架二 |
|
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
（4）设备配置参数：
|
型号 |
HE-50 |
HE-100 |
HE-200 |
HE-300 |
HE-500 |
HE-1000 |
HE-2000 |
HE-3000 |
|
配置功率 |
8kw |
15kw |
25kw |
35kw |
60 kw |
110 kw |
160 kw |
220 kw |
|
安装面积 |
15m2 |
30m2 |
30m2 |
50m2 |
50m2 |
80m2 |
80m2 |
80m2 |
（5）设备外形尺寸：（长、宽、高） 单位：m
|
型号 |
框架一 |
储液罐 |
整流柜 |
控制柜 |
|
HE-50 |
1.0×0.8×1.6 |
|
|
|
|
HE-100 |
1.2×0.8×1.6 |
8m3 φ1.8×3.0 |
0.8×0.5×1.8 |
|
|
HE-200 |
1.5×1.0×1.6 |
10m3 φ1.8×3.5 |
1.0×0.5×1.8 |
|
|
HE-300 |
1.5×1.2×1.6 |
20m3 φ2.5×4.0 |
1.2×0.8×2.1 |
1.0×0.6×1.8 |
|
HE-500 |
2.0×1.4×2.0 |
40m3 φ3.8×4.5 |
1.2×1.0×2.1 |
1.0×0.6×1.8 |
|
HE-1000 |
2.0×1.5×2.0 |
40m3 φ3.8×4.5 |
1.2×1.0×2.1 |
1.0×0.6×1.8 |
|
HE-2000 |
2.2×1.5×2.0 |
40m3 φ3.8×4.5 |
1.4×1.0×2.1 |
1.0×0.6×1.8 |
|
HE-3000 |
2.5×1.6×2.0 |
40m3 φ4.0×4.0 |
1.4×1.0×2.1 |
1.0×0.6×1.8 |