劉 莉,張昌偉(云南水富云天化有限公司,云南 水富 657800)

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·環(huán)保節(jié)能·

二氧化氯在循環(huán)水系統(tǒng)的應(yīng)用評(píng)價(jià)

劉 莉,張昌偉
(云南水富云天化有限公司,云南 水富 657800)

對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)使用二氧化氯替代氯氣作為殺菌劑的各項(xiàng)數(shù)據(jù)及成本進(jìn)行了比較，針對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行了原因分析并提出改善建議。

循環(huán)水；二氧化氯；分析；建議

我公司自投產(chǎn)以來(lái)，生活用水、生產(chǎn)用水和循環(huán)冷卻水均一直使用液氯進(jìn)行消毒和殺菌滅藻。使用氯氣作為消毒劑和殺菌滅藻劑具有悠久的歷史和低成本優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在以下缺點(diǎn)：①在生活用水消毒過(guò)程中不可避免產(chǎn)生具有三致(致癌、致畸、致突變)作用的鹵代副產(chǎn)物三氯甲烷，對(duì)人體健康不利[1]；② 氯氣作用于水體會(huì)產(chǎn)生大量的氯離子，氯離子對(duì)金屬材質(zhì)存在極強(qiáng)的電位腐蝕作用，尤其對(duì)不銹鋼設(shè)備存在應(yīng)力腐蝕危險(xiǎn)。夏季因循環(huán)水系統(tǒng)氯氣用量增加以及生產(chǎn)用水中氯離子含量增加，不得不降低循環(huán)水濃縮倍數(shù),導(dǎo)致藥劑和新鮮水消耗增加；③ 液氯是劇毒物質(zhì)，在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用上存在安全隱患。

基于此，我公司2009年率先在制水車(chē)間使用二氧化氯替代液氯作為殺菌劑。成功后，又開(kāi)始著手在循環(huán)水系統(tǒng)使用二氧化氯替代液氯。本文對(duì)二氧化氯在公司循環(huán)水系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1 循環(huán)水系統(tǒng)概況

循環(huán)水系統(tǒng)參數(shù)：循環(huán)水量 13 600 m3/h；系統(tǒng)保有水量 3 900 m3；溫差12℃；系統(tǒng)材質(zhì)為碳鋼、不銹鋼[2]。

循環(huán)水系統(tǒng)正常運(yùn)行水質(zhì)控制指標(biāo)：pH=7.0～7.4；正磷酸鹽：14～17 mg/L；濃縮倍率8～12。

二氧化氯設(shè)備選型配置：根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)原氯氣使用量，選擇2臺(tái)二氧化氯發(fā)生器(2215-R1、2215-R2)，單臺(tái)設(shè)計(jì)二氧化氯額定產(chǎn)量為 6 000 g/h。每臺(tái)配有單獨(dú)的PLC控制柜、計(jì)量泵，附屬設(shè)備有濃硫酸儲(chǔ)罐，硫酸稀釋器，氯酸鈉化料器、發(fā)生器原料儲(chǔ)罐以及相關(guān)控制設(shè)備。

2 運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題

合成循環(huán)水二氧化氯發(fā)生裝置于2012年2月完成安裝，3月調(diào)試合格并投入正常運(yùn)行，運(yùn)行中出現(xiàn)了設(shè)備腐蝕增加、運(yùn)行成本高等問(wèn)題。

2.1 設(shè)備結(jié)垢控制良好，腐蝕增加

2012、2013年環(huán)水系統(tǒng)試管腐蝕速率、碳鋼掛片腐蝕速率較2011年均有明顯上升，而系統(tǒng)沉積速率均比2011年有所下降，說(shuō)明系統(tǒng)整體趨勢(shì)由結(jié)垢變?yōu)楦g。2012年12月循環(huán)水系統(tǒng)大修，共打開(kāi)換熱器28臺(tái)，除1臺(tái)有結(jié)垢現(xiàn)象外，其它基本均無(wú)結(jié)垢。但系統(tǒng)中銹塊較多，系統(tǒng)整體趨于腐蝕狀況，特別是碳鋼封頭、筒體的腐蝕和銹瘤沉積較為顯著，目測(cè)其腐蝕程度較往年明顯增加。[3]

為保證二氧化氯轉(zhuǎn)化率，二氧化氯生成反應(yīng)在硫酸過(guò)量的情況下進(jìn)行，循環(huán)水使用二氧化氯，大量反應(yīng)殘酸進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水由原有的加酸控制pH改變?yōu)榧訅A控制pH，堿消耗顯著增加，而循環(huán)水pH值一直較低，導(dǎo)致運(yùn)行初期系統(tǒng)掛片腐蝕速率、試管腐蝕速率、試管沉積速率均出現(xiàn)超標(biāo)。

2．2 系統(tǒng)微生物控制良好，非氧化殺菌劑用量增加

循環(huán)水系統(tǒng)近3年微生物監(jiān)測(cè)分析數(shù)據(jù)表明，近3年的細(xì)菌和微生物各項(xiàng)分析數(shù)據(jù)基本上沒(méi)有什么差別，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家控制指標(biāo)，說(shuō)明近3年運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)的微生物控制良好[4]。

但不可忽視的是，2012年循環(huán)水使用二氧化氯后，非氧化殺菌劑用量也大幅度增加，故系統(tǒng)微生物控制得當(dāng)，是二氧化氯的作用還是非氧化殺菌劑起了更大作用目前尚不明確。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)大量投加二氧化氯而分析余二氧化氯指標(biāo)仍不合格情況時(shí)，為控制水質(zhì)必須投加非氧化殺菌劑，故非氧化殺菌劑用量比使用氯氣時(shí)顯著增加。

2.3 運(yùn)行成本增加

循環(huán)水殺菌劑由氯氣更改為二氧化氯后，運(yùn)行成本大幅度增加。2011年度與2012年度殺菌劑消耗費(fèi)用對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 殺菌劑費(fèi)用對(duì)比Tab.1 Comparison fungicide consumption costs

2.4 勞動(dòng)強(qiáng)度增加

由于二氧化氯投加量大，每天需配2～3次氯酸鈉溶液，每次100kg，勞動(dòng)強(qiáng)度大幅度增加。

2.5 對(duì)其它系統(tǒng)影響

循環(huán)水排污水中余二氧化氯進(jìn)入中水回用裝置，導(dǎo)致中水回用裝置手動(dòng)分析反滲透進(jìn)水游離余氯不準(zhǔn)確，余二氧化氯對(duì)反滲透膜造成一定氧化降解。雖然通過(guò)增加總氯分析項(xiàng)目和頻率、增加還原劑用量的方法，解決了循環(huán)水排污水回收到中水回用系統(tǒng)處理問(wèn)題，但中水回用裝置還原劑消耗每月增加近2 t左右。

3 原因分析

3.1 設(shè)備能力

循環(huán)水二氧化氯發(fā)生器原設(shè)計(jì)為1開(kāi)1備，但實(shí)際運(yùn)行1臺(tái)根本無(wú)法滿(mǎn)足要求，故不得不更改為2臺(tái)設(shè)備在較低負(fù)荷(40%～70%)下同時(shí)運(yùn)行。另外運(yùn)行中也發(fā)現(xiàn)，二氧化氯發(fā)生器在高負(fù)荷下運(yùn)行，反應(yīng)溫度波動(dòng)大，運(yùn)行不穩(wěn)定，反應(yīng)效率不高，殘酸量比低負(fù)荷下更大，導(dǎo)致循環(huán)水pH下降更厲害，加堿中和量增加更多。

合成二氧化氯發(fā)生器設(shè)備能力偏小，一旦設(shè)備故障即無(wú)備用設(shè)備，會(huì)導(dǎo)致殺菌失控。由此可見(jiàn)，根據(jù)循環(huán)水原有氯氣使用量進(jìn)行二氧化氯發(fā)生設(shè)備選型并不科學(xué)。

3.2 二氧化氯發(fā)生器反應(yīng)殘液

使用二氧化氯殺菌后，合成循環(huán)水指標(biāo)一直控制較好，但是由于二氧化氯發(fā)生器反應(yīng)殘酸通過(guò)水射器帶入循環(huán)水系統(tǒng)，導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)pH一直偏低。為保證系統(tǒng)的pH維持在正常的水平，不得不加入大量的液堿來(lái)中和過(guò)量的殘酸，導(dǎo)致循環(huán)水電導(dǎo)率上升，水面出現(xiàn)起泡的現(xiàn)象，同時(shí)所帶入的酸、堿不可能均勻反應(yīng)，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)不可避免的出現(xiàn)局部過(guò)酸或過(guò)堿的現(xiàn)象，對(duì)系統(tǒng)的沉積及腐蝕控制帶來(lái)了壓力。這也是2012、2013年度腐蝕速率一直偏高的原因。

4 建議

國(guó)內(nèi)某大氮肥企業(yè)目前循環(huán)水系統(tǒng)采用高純性二氧化氯發(fā)生器發(fā)生二氧化氯，但他們的投加方式、控制指標(biāo)等均和我公司有較大差異。比較見(jiàn)表2。

表2 國(guó)內(nèi)某大氮肥企業(yè)與我公司控制指標(biāo)對(duì)比Tab.2 Comparison of the control indexes between those in a major domestic fertilizer business with those in our company

從表2看出，我公司在二氧化氯投加方式、投加量和指標(biāo)控制方面均與該企業(yè)有較大差別。但很明顯，他們的二氧化氯投加量比我公司要少得多，水質(zhì)相對(duì)也控制不錯(cuò)，值得我公司借鑒學(xué)習(xí)。

據(jù)很多資料介紹，由于二氧化氯見(jiàn)光易分解，易揮發(fā)，采用二氧化氯作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的殺菌滅藻藥劑，間歇投加方式更加有效和經(jīng)濟(jì)，不但對(duì)系統(tǒng)中的微生物具有很高的滅活效果，同時(shí)可以降低二氧化氯的投加量，減少循環(huán)冷卻水的處理費(fèi)用。鑒于該企業(yè)循環(huán)水使用二氧化氯已經(jīng)兩年多，且微生物控制效果能夠達(dá)到國(guó)標(biāo)要求，因此建議如下：

1)將我公司循環(huán)水系統(tǒng)連續(xù)投加二氧化氯更改為沖擊投加，每天2次，每次 4h。正常投加量按循環(huán)水量投加0.4～0.6 mg/L，水質(zhì)惡化時(shí)增加二氧化氯投加量或加強(qiáng)非氧化殺生劑。但由于沖擊投加會(huì)增加操作難度和pH控制風(fēng)險(xiǎn)，也可考慮采用小劑量(1～2 kg/h)連續(xù)投加方式，每天分時(shí)段(4～8 h)加大劑量至6～8 kg/h；

2)可考慮采用聯(lián)鄰甲苯胺目視比色法分析，控制余氯指標(biāo)為0.3～1.5 mg/L，降低分析成本；

3)為避免對(duì)循環(huán)水pH造成較大波動(dòng)，應(yīng)慎重考慮各循環(huán)水系統(tǒng)的二氧化氯殘液處理問(wèn)題，尋找合適的殘液處置方法。由于我公司循環(huán)水補(bǔ)水為石灰軟化水，抗酸沖擊能力較弱。如果能將循環(huán)水補(bǔ)水更改為非軟化水，也許可以解決二氧化氯殘酸影響pH這個(gè)問(wèn)題。

4)由于循環(huán)水系統(tǒng)的多樣性，二氧化氯在每個(gè)系統(tǒng)中的使用效果可能都有差異。而目前毫無(wú)經(jīng)驗(yàn)可循，只能摸索最佳控制方式和控制指標(biāo)，在保證水質(zhì)的情況下盡量采取措施降低運(yùn)行成本。

5)建議循環(huán)水系統(tǒng)在進(jìn)行改造時(shí)保留原氯氣系統(tǒng)，采用二氧化氯和氯氣交替使用方式，應(yīng)能更好控制微生物。在季戊四醇循環(huán)水、尿素循環(huán)水進(jìn)行改造時(shí)應(yīng)充分考慮到保留原氯氣系統(tǒng)的重要性。

當(dāng)然，由于我公司循環(huán)水濃縮倍數(shù)較高，微生物控制較困難，采用間斷運(yùn)行方式可能會(huì)存在水質(zhì)惡化的風(fēng)險(xiǎn)。但是否一定要將微生物控制在最低水平有待商榷。從降低成本的角度看，即使水質(zhì)差一點(diǎn)，但只要達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該也是可以接受的。

二氧化氯用于冷卻水處理的時(shí)間也已十多年了，它有很多優(yōu)點(diǎn)，高效廣譜、對(duì)水中其他藥劑破壞性低等等，這些均引起了國(guó)內(nèi)外企業(yè)的濃厚興趣。然而，國(guó)外二氧化氯在冷卻水處理中用得并不普遍，他們認(rèn)為其缺點(diǎn)是二氧化氯在水中易揮發(fā)，要現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生，經(jīng)濟(jì)上沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。而且不同的冷卻水系統(tǒng)在性質(zhì)上差別很大，一種殺菌劑不可能對(duì)所有系統(tǒng)都適用，二氧化氯也同樣如此[5]。如果僅從降低液氯的安全風(fēng)險(xiǎn)考慮，二氧化氯并非唯一選擇，采用次氯酸鈉殺菌也不失為一種風(fēng)險(xiǎn)較低、效果良好、應(yīng)用廣泛且成熟可靠的方法。

[1] 宋鴻.二氧化氯技術(shù)在水處理中的應(yīng)用[M].濟(jì)南:山東工業(yè)大學(xué)出版社,2000.

[2] 云南云天化股份有限公司合成氨裝置公用工程工藝手冊(cè)第2部分：循環(huán)水裝置.

[3] 云南云天化股份公司中心化驗(yàn)室分析數(shù)據(jù).

[4] 云南云天化股份公司水質(zhì)季報(bào).

[5] 鮑其鼐,何高榮,季淑邑.冷卻水處理中殺生劑研制與使用的新進(jìn)展[J].工業(yè)水處理,2000(1):5-9.

Evaluation of Chlorine Dioxide in the Circulating Water System

LIU Li,ZHANG Chang-wei
(Yunnan shuifu Yuntianhua Ltd.,Shuifu 657800,China)

Data and the cost were compared after the use of chlorine dioxide to replace chlorine as antisepticthe in the circulating water system.The problems were analysized and improvement proposal was recommended.

circulating water;chlorine dioxide;analysis;proposal

劉莉(1974-)，女，四川南溪人,碩士,化工工藝高級(jí)工程師，主要從事水質(zhì)管理工作。

12.3969/j.issn.1004-275X.2015.01.015

TQ085

A

1004-275X(2015)01-0053-03

收稿：2014-09-02