二氧化氯發(fā)生器以其技術先進、殺菌能力強、使用安全可靠、運行成本低的特點被廣泛應用于生活飲用水、醫(yī)院污水、工業(yè)污水、城市中水回用和工業(yè)循環(huán)水殺菌滅藻處理。目前常用的二氧化氯發(fā)生器有正壓和負壓兩種,在高壓供水管道中一般使用正壓二氧化氯發(fā)生器。
　　
        使用高壓供水管道輸水的用戶大都使用機械泵(潛水泵、離心泵等)供水,管道的正壓力一般在0.3~0.7 MPa。要將二氧化氯消毒液投進管道中,發(fā)生器的二氧化氯消毒液輸出壓力必須大于管道內壓力才能實現(xiàn)。高壓管道供水工程一般是生活飲用水,因此要求鹽酸和氯酸鈉的轉化率要高,不產(chǎn)生對人體有害的物質。供水管道大都采用鋼管制造,鋼管的耐腐蝕性差,二氧化氯的濃度不能太高,以免減少鋼管的使用壽命。

        近幾年,我們根據(jù)我國的實際應用情況研制了一種高壓直供式二氧化氯發(fā)生器。本文簡要介紹高壓直供二氧化氯發(fā)生器的性能和設計特點,供同行在設計和使用時參考。

1　正壓二氧化氯發(fā)生器工作原理及性能
　　
        二氧化氯發(fā)生器由反應器、水浴加熱水套、鹽酸計量泵、氯酸鈉計量泵、混合器和流量計組成。配套設備由管道泵、水壓調節(jié)閥門、二氧化氯余氯控制器和余氯傳感器等組成,其結構如圖1所示。

 

        該發(fā)生器是高壓管道供水消毒的專用設備,供水管道壓力在0.7 MPa下均可使用。它具有二氧化氯轉化率高、設備運行成本低、操作簡便、控制水平高的特點。其主要技術性能參數(shù):計量泵最大工作壓力0.98 MPa;計量泵電功率24 W;計量泵最大流量38 mL/min;計量泵工作頻率0~360 spm;二氧化氯產(chǎn)量500~1 000 mL/h;二氧化氯轉化率80%;管道泵揚程45 m;反應溫度約為70℃。

        該發(fā)生器選用鹽酸和氯酸鈉為原料,由計量泵分別按比例泵入混合器后進入反應器反應,反應后的二氧化氯液體經(jīng)誘導器進入供水管道。二氧化氯量的確定由余氯測控儀控制,在發(fā)生器50 m以外取水樣經(jīng)余氯傳感器,傳感器輸出0~20 mA模擬量電流信號進入余氯測控儀進行比較處理,然后輸出可變的脈沖信號控制計量泵,計量泵控制器根據(jù)脈沖信號的變化隨時改變泵頭的工作頻率,即改變計量泵的流量,使供水管道的余氯始終保持一定值。

2　發(fā)生器的設計特點
　　
        參與反應的原材料鹽酸和氯酸鈉的物質的量比為1∶1,固體氯酸鈉在水中溶解比例一般確定為1∶2,即氯酸鈉為1。鹽酸和被溶解的氯酸鈉按比例由兩臺計量泵泵入T型混合器,在T型混合器中鹽酸和氯酸鈉接觸。完全接觸后的混合液進入反應器停留反應。一般說來,鹽酸和氯酸鈉經(jīng)混合器進入反應器后,是否反應充分基于三個條件,即溫度、時間和壓力。在溫度一定的條件下,混合液在反應器中的停留時間與二氧化氯產(chǎn)量、轉化率成正比。
　　
        在鹽酸、氯酸鈉的化學反應過程中,要獲得較完全的反應效果,除接觸和停留時間因素外,還有一個不可忽視的因素就是反應溫度。在常溫下(10~25℃),兩種原料接觸40 min以后,其轉化率為30%。在65~72℃時,40 min后轉化率為65%~80%。
　　
        經(jīng)過大量的實驗證明,鹽酸和氯酸鈉的反應溫度必須達到70℃時,才能獲得高產(chǎn)率和高質量的二氧化氯消毒液。為實現(xiàn)較高的反應溫度,反應室采用鈦材制造,既提高了傳熱效率又提高了反應器的耐腐蝕性。反應器內設置一電加熱管,用于加熱傳熱介質水的溫度。介質水可降低反應器的溫度梯度,以保證二氧化氯平穩(wěn)產(chǎn)生、投放均勻、提高消毒效果。電加熱管的功率由溫度控制器控制,溫度控制器同時控制水液位,以防止過熱和干燒。
　　
        還要強調的是反應壓力的設計,經(jīng)大量的試驗說明反應環(huán)境的壓力不能過高,壓力高時會抑制反應速度,出現(xiàn)逆反應,使二氧化氯的產(chǎn)率下降。因此必須使鹽酸和氯酸鈉反應過程處于常壓或負壓狀態(tài),才能保證常規(guī)反應。為了使反應器內處于常壓狀態(tài),用戶供水管道內壓力和發(fā)生器工作動力水壓力的設計是非常重要的。發(fā)生器工作動力水壓力必須大于用戶供水管道的內壓力才能將消毒液溶于水中,并保證供水管道的水不回流。因此工作動力水氧化氯消毒液進入用戶供水管道。為此目的,在出口處設置一誘導器。
　　
        高壓管道泵并接到供水管道上,供水管道的水壓經(jīng)管道泵增壓,使誘導器出口壓力大于供水管道壓力,通過變徑設計使誘導器的輸入口壓力低于0。只有低于零壓力才能使反應器在常態(tài)下工作,提高反應速度。管道泵出口與設置在設備上的流量計連接,以觀察動力水的流量,調節(jié)閥是為了調節(jié)發(fā)生器誘導器產(chǎn)生零壓力的必備措施。
　　
        在生活飲用水的消毒處理中,根據(jù)國家的相關標準,對處理水中的余氯值要求在0.2~0.7 mg/L。要達到這個標準,唯一的辦法是控制計量泵的輸出流量,計量泵的泵入量在泵頭行程一定的前提下,控制泵頭的頻率是相對準確的。根據(jù)采集的水樣,隨機監(jiān)測水中的當前值,需要一余氯控制系統(tǒng)。余氯測控儀選用德國ProMinent公司的產(chǎn)品,該儀器的余氯測試范圍0~2 mg/L,輸出脈沖信號可調范圍0~360 spm,并設有PID調節(jié)功能。使用時可在供水管道50 m外取水樣,余氯信號經(jīng)余氯控制儀計算后控制計量泵的頻率,以控制發(fā)生器的產(chǎn)率。
　　
        由于反應器反應液濃度太高,加之反應溫度高,使用PVC塑料制作的反應器會很快氧化,所以,反應器除需用鈦材制造外還要保證焊接質量。

3　結論
　　
        如上所述,在高壓供水管道中選擇二氧化氯發(fā)生器必須選擇轉化率高、使用安全可靠、安裝調試方便、余氯測控技術先進的正壓二氧化氯發(fā)生器,要求該發(fā)生器二氧化氯混合液的輸出壓力必須大于供水管道壓力;發(fā)生器的二氧化氯轉化率必須大于65%;投加到管道中的二氧化氯濃度不能太高,以免加快管道的腐蝕速度;控制余氯值在規(guī)定的范圍之內,提高生活飲用水的消毒質量。
　　
        在高壓供水管道中使用二氧化氯消毒技術,還存在許多影響因素,有待于不斷總結經(jīng)驗予以解決,并不斷研究和提高二氧化氯發(fā)生器的使用性能,使二氧化氯消毒技術在各種水處理領域中得到廣泛的應用。
 

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