一起出廠水氯酸鹽超標原因調(diào)查

孫中興　姜永根　陳　斌　王麗英

上海市松江區(qū)疾病預(yù)防控制中區(qū)在2008年例行監(jiān)測中,發(fā)現(xiàn)某水廠的出廠水氯酸鹽濃度達1.7 mg/L,按《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749—2006)0.7 mg/L標準評價,超標1.43倍。為了查明氯酸鹽超標原因,我們對水廠的制水消毒工藝進行調(diào)查,現(xiàn)將結(jié)果報道如下。

1 現(xiàn)場調(diào)查

1.1 水廠制水工藝

該水廠日制水量1 500 t,制水能力最高達200 t/h,采用二氧化氯消毒。二氧化氯發(fā)生器產(chǎn)生含二氧化氯的消毒液,通過專用連接裝置將反應(yīng)溶液全部加入到輸水管中,進行“一級泵后加藥”,“加藥”后的源水經(jīng)過混凝(混凝劑在源水泵前投加)、沉淀、過濾后到達清水庫,再由二級泵輸送到供水管網(wǎng)。

1.2 二氧化氯發(fā)生器工作原理

水廠使用的二氧化氯發(fā)生器購置于2005年,采用化學(xué)法生產(chǎn)二氧化氯,原理是將鹽酸和氯酸鈉溶液輸送到二氧化氯發(fā)生器的負壓反應(yīng)室內(nèi)發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)能產(chǎn)生二氧化氯,然后將含有二氧化氯的反應(yīng)溶液通過水射器全部投加到源水管道中(圖1)。

1.3 二氧化氯發(fā)生器使用情況

使用原料為鹽酸和氯酸鈉。鹽酸要求為工業(yè)合成一級品,含量≥31%;氯酸鈉為工業(yè)一級品,含量≥99%,按5 kg氯酸鈉加13 kg水的比例配置使用。在該水廠的實際使用中,二氧化氯發(fā)生器投加鹽酸(31%,10mol/L)和氯酸鈉(27.8%,3.6 mol/L)按照 1.15∶1的體積比投加。查閱該型號設(shè)備的工藝資料,鹽酸(31%,10mol/L)和氯酸鈉(27.8%,3.6 mol/L)的投加體積比應(yīng)為1.5∶1。

2 解決措施

建議水廠更改二氧化氯發(fā)生器的原料投加比例,將鹽酸和氯酸鈉投加體積比改為1.5∶1。為評價措施效果,在原料投加比例調(diào)整前后分別采集出廠水水樣,按照《生活飲用水標準檢驗方法》(GB 5750.51—2006)進行氯酸鹽檢測,檢測結(jié)果依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)進行評價。

3 結(jié)果

二氧化氯發(fā)生器按照1.15∶1的體積比投加鹽酸和氯酸鈉溶液時,出廠水氯酸鹽濃度為1.7 mg/L,將該比例調(diào)整為1.5∶1后,出廠水氯酸鹽濃度為0.24 mg/L,符合標準。見表1。

4 討論

該水廠的二氧化氯發(fā)生器利用鹽酸與氯酸鈉溶液反應(yīng)來制備二氧化氯,屬于化學(xué)法原理。鹽酸與氯酸鈉溶液發(fā)生的主要反應(yīng)方程式如下:

4HCl+2NaClO3=2ClO2+Cl2+2NaCl+2H2O(1)

二氧化氯發(fā)生器在產(chǎn)生二氧化氯的同時又產(chǎn)出氯氣,應(yīng)稱之為復(fù)合二氧化氯發(fā)生器,水廠的消毒工藝實為復(fù)合二氧化氯消毒。除主反應(yīng)外,鹽酸與氯酸鈉溶液還會發(fā)生的副反應(yīng)有[1]:

5HClO3+Cl-+H+=6ClO2+3H2O(2)

HClO3+5Cl-+5H+=3Cl2+3H2O(3)

主反應(yīng)(1)速率是兩個副反應(yīng)(2)和(3)的100～1 000倍[2],考慮到在一般商業(yè)二氧化氯發(fā)生器中副反應(yīng)難以避免,有學(xué)者建議使用如下的反應(yīng)方程式來描述復(fù)合二氧化氯發(fā)生器比較合適[1]:

2.4HCl+NaClO3=0.9ClO2+0.75Cl2+NaCl+1.2H2O(4)

為了使NaClO3→HClO3→ClO2的轉(zhuǎn)化比較完全,提高氯酸鈉的反應(yīng)率,需要過量鹽酸來參與反應(yīng),實際應(yīng)用中投加的鹽酸與氯酸鈉溶液的摩爾比要大于2.4∶1,但是過量的鹽酸也會加速副反應(yīng)的發(fā)生。根據(jù)該水廠二氧化氯發(fā)生器的工藝資料,鹽酸和氯酸鈉溶液的建議投加體積比為1.5∶1(摩爾比為4.2∶1)。

水廠在原料配比調(diào)整前使用的鹽酸和氯酸鈉溶液體積比是1.15∶1(摩爾比為3.2∶1),氯酸鈉反應(yīng)不完全,其殘余量超出正常水平,導(dǎo)致出廠水的氯酸鹽濃度高達1.7 mg/L,遠遠超出國家標準(0.7 mg/L)。在鹽酸和氯酸鈉溶液投加量摩爾比調(diào)整為4.2∶1后,出廠水氯酸鹽濃度為0.24 mg/L。由此可見,由于鹽酸與氯酸鈉溶液的投加比例錯誤,鹽酸投加量偏少,導(dǎo)致氯酸鈉反應(yīng)率低,二氧化氯消毒液中的氯酸鈉殘余量大大提高,導(dǎo)致出廠水氯酸鹽超出標準。

化學(xué)法復(fù)合二氧化氯發(fā)生器是基于R5工藝(鹽酸法)的一種簡易發(fā)生器[1], 其工藝是在一定溫度壓力條件下,氯酸鹽與鹽酸以一定的配料比混合,在反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)而生成ClO2的方法。它有原料簡單易購買,設(shè)備維護成本低,安全性好,操作方便的優(yōu)點,但也存在較多缺點,特別是很多二氧化氯生產(chǎn)設(shè)備沒有采用氣液分離即發(fā)生氣和殘液分離的工藝,將所有發(fā)生液一起投加到水體中,易導(dǎo)致氯酸鹽超出國家標準。這也是本次出廠水氯酸鹽超標的一個潛在原因。

生活飲用水衛(wèi)生標準(GB 5749—2006)中對氯酸鹽的限值定為0.7mg/L,這要求反應(yīng)器中氯酸鹽要有很高的反應(yīng)率,殘余量要盡可能小才能達到標準。一般在二氧化氯收率為70%情況下廢液中約含4.6%左右殘余的氯酸鈉[2],據(jù)調(diào)查[3]許多復(fù)合二氧化氯發(fā)生器的二氧化氯收率還不足50%,這表明氯酸鈉的殘余量更高。要使出廠水氯酸鹽符合國家標準,必須要努力減少氯酸鈉的殘余量。建議做好以下幾點:① 要嚴格按照設(shè)備的工藝說明書進行操作,不得隨意更改2種原料的投加比例。② 市場上采購的鹽酸和氯酸鈉,必須符合二氧化氯生產(chǎn)要求,以免原料雜質(zhì)污染飲用水。③ 要從根本上解決化學(xué)法復(fù)合二氧化氯發(fā)生器氯酸鈉殘留對水質(zhì)的污染,應(yīng)在儀器采購上選擇采用氣液分離工藝的二氧化氯生產(chǎn)設(shè)備。

5 參考文獻

[1]賀啟環(huán).化學(xué)法復(fù)合二氧化氯發(fā)生器的評估與改進.中國石油和化工標準與質(zhì)量,2008,28(1):19-24.

[2]黃君禮.新型水處理劑-二氧化氯技術(shù)及其應(yīng)用.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2002,275.

[3]嚴以強.三談《快速發(fā)展追求更精》——淺談“穩(wěn)定的高品質(zhì)”產(chǎn)品才能可持續(xù)發(fā)展.第十二屆全國二氧化氯技術(shù)研討會論文集,2006,(3):17-18.

(收稿日期:2009-03-12)