淺談水廠二氧化氯投加量的控制

程源　吳學成

摘 要：二氧化氯（ClO2）常溫下是黃色氣體，易溶于水，見光易分解，不易長期存放，是一種強氧化劑，且在空氣中濃度達到11%時易發生爆炸。二氯化氯較傳統的液氯消毒有消毒成本低、效果好、不產生氯酚臭等優點，用于城市供水消毒時能氧化有機物結合鐵、錳，能有效控制生物膜的蓄積，并將附著在上面的細菌暴露在消毒劑前，有利于殺滅細菌。采用ClO2消毒飲用水不會生成三鹵甲烷、鹵乙酸等致癌物質。目前各自來水公司的水廠相繼采用了二氯化氯的消毒工藝。

關鍵詞：水廠；穩定性二氧化氯；投加

中圖分類號：S132 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170632219

水廠投加二氧化氯濃度時濃度不易控制，常出現出廠水二氧化氯含量低于國家標準的情況，影響了出廠水的合格率。為了做好二氧化氯的投加控制工作，減少消毒劑復產物，現從實驗角度出發，對水源地的水源水進行二氧化氯的投加實驗。對實際消耗量進行實驗研究，結合生活飲用水出廠水要求的最低控制量，提出實際生產運行的理論控制量，在實際生產中進行驗證，從而得出二氧化氯合理投加總量。

1 水廠二氧化氯的投加分為穩定性二氧化氯和氯酸鈉與鹽酸反應進行的投加

水廠采用穩定性二氧化氯的投加，水廠采用氯酸鈉與鹽酸反應進行投加。反應如下：

A水廠穩定性二氧化氯消毒：5NaCLO2+4HCL= 4CLO2+5NaCL+2H2O。

B水廠氯酸鈉與鹽酸反應二氧化氯消毒：2NaCLO3 + 4HCL = 2CLO2+CL2+2NaCL+2H2O。

通過實際的投加實驗測定，A水廠消耗為0.06mg/L，B水廠消耗為0.18mg/L，為保證出廠水中二氧化氯最低濃度為0.10mg/L，A水廠實際投加量應控制在0.16mg/L。B水廠實際投加量應控制在0.28mg/L。

經過測定，A水廠鹽酸密度為1.006535g/cm3，A水廠穩定性二氧化氯密度為1.02314g/cm3，B水廠鹽酸密度為1.152278g/cm3，B水廠穩定性二氧化氯密度為1.21384g/cm3。

其反應遵守化學反應方程，以10000m3出廠水余氯含量為0.10mg/L二氧化氯，二氧化氯投加濃度為0.16mg/L（即0.16g/m3），按其反應進行存在以下關系：

A水廠：5NaCLO2+4HCL = 4CLO2+5NaCL+2H2O

5NaCLO2-4HCL-4CLO2

452.5～146～270

A水廠鹽酸和亞氯酸鈉儲存在直徑為1.5m的原料罐中，扣除壁厚4mm，實際直徑就149.6cm，A水鹽酸濃度約4%，A水在用穩定性二氧化氯質量百分比濃度為xclo2=2.0%，經計算，加至0.16mg/L二氧化氯時，二氧化氯反應守恒，鹽酸和氯酸鈉應下降高度分別為hHCL、hNaclo2cm存在以下關系：

（×149.6×149.6/4）×h（NaClO2）×ρ（NaClO2）

×x（NaClO2）=m（NaClO2）（g） （1）

（×149.6×149.6/4）×h（ClO2）×1.02314×x（ClO2）

=m（ClO2）（g） （2）

由（2）得

h（ClO2）=（0.16×10000）/（×149.6×149.6/4×

1.02314×2.0%）=4.45cm；由于鹽酸與穩定性二氧化氯1：1投加，所以10000m3出廠水時需穩定性二氧化氯和鹽酸罐各下降4.45cm，即需質量百分比為2.0%、密度1.02314g/cm3的穩定性二氧化氯0.08m3（即：0.08t）。

2 B水廠二氧化氯的投加

水廠投加二氧化氯存在以下關系：

2NaCLO3 +4HCL=2CLO2+CL2+2NaCL+2H2O

2NaCLO3 4HCL 2CLO2

213 146 135

m（NaClO3）（g） m（HCL）（g） 0.28（g/m3）×10000（m3）

B水廠所儲存鹽酸和亞氯酸鈉的直徑分別為1.81、1.85m的原料罐中，扣除壁厚4mm，實際直徑分別為就180.6、184.6cm，B水廠鹽酸濃度為約為31%，B水廠在用氯酸鈉質量百分比濃度為xNaclo3=24.59%，投加量為0.28 mg/L二氧化氯時，鹽酸和氯酸鈉應下降高度分別為h（HCL）、h（NaClO3）cm存在以下關系：

135× m（HCL）（g）=0.28（g/m3）×10000（m3）×146

（×180.6×180.6/4）×h（HCL）×1.152278×31%

=m（HCL）（g）

135× m（NaClO3）（g）=0.28（g/m3）×10000（m3）×213

（×184.6×184.6/4）×h （NaClO3）×1.21384×24.59%

=m（NaClO3）（g）

得：h（HCL）=（0.28×10000×146）/（135×31%×

1.152278××180.6×180.6/4）=0.33cm；

h（NaClO3）=（0.28×10000×213）/（135×24.59%×1.21384×π×184.6×184.6/4）=0.60cm；

由于B水廠耗氧量較高，工藝所產生的氯氣被有機物消耗而不會影響最終含量。綜合考慮鹽酸與氯酸鈉1：1的投加要求是比較合理的，鹽酸應稍過量中和B水PH以抑制二氧化氯的分解。所以10000m3出廠水鹽酸罐和氯酸鈉儲存罐體下降高度為0.60cm，即需質量百分比為24.59%、密度1.21384g/cm3的氯酸鈉0.016m3（即：0.019t）；需質量百分比為31%、密度1.152278g/cm3的鹽酸0.0154m3（即：0.0177t）。

3 水廠二氧化氯的投加控制建議

現通過實際測算已完成，按計劃進行了廠內實際運行驗證，對消毒復產物和二氧化氯進行的實際濃度測定與理論量相符，建議A水廠每萬方水鹽酸和穩定二氧化氯投加罐下降高度為4.5cm，B水廠每萬方水鹽酸和氯酸鈉溶液投加罐下降高度為0.60cm。

作者簡介：程源（1976-），女，四川廣安人，本科，應用化學專業，主要研究水質檢測。