二氧化氯在循环冷却水中的应用

刘静晓 吴 熙

（中国电子系统工程第四建设有限公司，上海 200050）

微生物在工业循环冷却水中大量繁殖，生成粘泥沉积在金属表面上，不仅降低了换热效率，而且隔绝缓蚀阻垢剂对金属表面的保护作用造成垢下腐蚀。而随着有机聚电解质和有机磷酸酯等高效阻垢剂的开发，冷却水的碱性处理方案越来越普遍，由于碱性配方中许多药剂都是微生物营养剂，由此加剧了微生物的繁殖，这样微生物控制便成了冷却水系统能否成功长期稳定运行的主要因素。

控制冷却水系统中微生物生长的方法是投加杀生剂，常用的是液氯、次氯酸钠、二氧化氯等氧化性杀生剂和季胺盐、氯酚、有机胺类等非氧化性杀生剂。其中氯气是最主要杀生剂，但碱性环境会使氯气的杀生效果严重下降，并且氯气杀菌的同时产生许多致癌有机氯物质对环境产生潜在危害，以及氯气使用的腐蚀性和安全不稳定性等促使人们寻求更好的新型杀生剂代替目前占主导地位的氯气，而二氧化氯正是最有应用前景的杀生剂。

1 二氧化氯的特点

二氧化氯是一种安全、高效、强力的杀菌剂，其有效氯是氯气的2.63倍，杀菌效果是氯气的5倍，是次氯酸钠的50倍以上，它可以杀灭一切微生物，包括：细菌繁殖体、细菌芽孢真菌，以及藻类、异氧菌、铁细菌、硫酸盐还原菌等。在水中扩散速度及渗透力都很强，0.5 PPm的二氧化氯作用10 min，即可杀灭99%以上的异养菌，且杀菌效果在循环水中可维持4小时以上，二氧化氯应用于工业冷却循环水中还具有以下几个特点：

（1）二氧化氯在很大pH范围(6～10)内都有很强的消杀能力，基本不受pH值的影响。在碱性处理方案中配用二氧化氯效果非常好，尤其由于二氧化氯不与氨及氨基化合物反应，其杀生效果不受氨影响，这在氨泄漏的水处理系统中不仅用量少，而且能维持较高余量，保持杀生能力。这一特点使二氧化氯非常适用于循环冷却水处理。

（2）二氧化氯不仅能杀死微生物，而且能分解残留的细胞结构，从而有效地控制细菌、藻类的粘泥，并且具有剥泥效果，提高换热效能。

（3）二氧化氯杀菌效果持续时间长，长期使用不会对微生物产生抗药性，同时，温度升高，其杀菌能力也加强，这无疑有利于对冷却循环系统的杀生处理。且二氧化氯不与有机磷等水质稳定剂发生沉淀反应，对水质稳定剂的缓蚀阻垢作用没有影响。

（4）二氧化氯对金属设备腐蚀实验表明：80～120 ppm的二氧化氯对不锈钢和铜基本无腐蚀，20～80 ppm的二氧化氯对碳钢基本无腐蚀，所以，二氧化氯在循环水中的杀菌浓度低于80 ppm，不会对设备造成腐蚀。

2 国内二氧化氯应用现状

我国在工业循环水处理行业应用二氧化氯虽起步较晚，但进入九十年代以来发展迅猛，先后已有数十家科研院所、大专院校从事研制开发，但国内应用于工业循环水处理行业的二氧化氯产品主要是稳定性二氧化氯溶液及仿制国外技术生产电解法二氧化氯发生器。稳定性二氧化氯溶液存在着使用成本高、活化投加繁琐等弊病，难于大规模推广应用。而电解法二氧化氯发生器由于其耗电量大、运行费用高、二氧化氯含量低、故障率高等缺陷，亦不适合用于工业循环水处理。

国内对化学法二氧化氯工业循环水处理系统的研制起步于八十年代。1980年，天津化工研究院利用亚氯酸钠和盐酸制成二氧化氯，并在沧州化肥厂30万t合成氨装置循环水中进行了实验研究，但终因使用不便、发生装置制作较难、成本高等原因未能继续使用。之后，山东大学、南京理工大学等相继研制出化学法二氧化氯发生器，进一步带动了二氧化氯在全国的应用和发展。但截止目前仍存在着规模小、成本高、转化率较低的问题，未能在原料转化率、安全等因素上形成突破，与国外水平有一定差距。尤其是未能针对工业循环水处理的要求，开发出运行成本低、高效、安全、便捷的二氧化氯工业循环水处理系统，这是市场潜力虽大，却不能快速推广的主要原因，也是妨碍我国二氧化氯在工业循环水中应用的关键。

3 制备方案

经过我们对十余种目前常用的二氧化氯制备方法的分析比较，拟采用亚氯酸钠自氧化法。利用亚氯酸钠在酸性物质中自我氧化生成二氧化氯。

反应式为：5NaClO2+ 4HCl = 4ClO2+ 5NaCl + 2H2O

该生成反应一次性投资小，操作简便易控制，不需催化剂，不需加热，在常温下反应快速彻底，5～10 min就可以反应完全，且其最大的优点是不产生多余的杂质，可生成高纯的二氧化氯，将此反应系统进行集成，工作原理如下：

由自来水或增压泵提供的动力水带动水射器，使发生器产生负压，吸取外部空气和经恒液位稳定供料装置及精密流量计精确计量的反应物料进入反应器中，依次进行一级恒温扩散、二级恒温负压曝气、三级恒温扩散反应，产生的二氧化氯与氯气的混合气体，经系统吸收后制成一定浓度的二氧化氯协同消毒液通入待处理水中。

其工艺流程图如下：

工业循环冷却水处理工艺流程图

4 运行成本分析

使用盐酸和氯酸钠为原料，盐酸(30%)的价格800元/t，氯酸钠的价格为4200元/t。根据额定消耗量计，一般每生产1 g有效氯消耗氯酸钠0.65 g、盐酸1.3 g，折合人民币约0.004元。投加量通常为5～10 ml/L，则：水处理成本约为：0.02～0.04元/t。

不同循环水量的运行成本如表1：

表1 不同循环水量的运行成本

5 二氧化氯使用效果

5.1 杀菌效果

二氧化氯对工业循环冷却水中的异养菌、铁细菌、硝化细菌、硫酸盐还原菌等的杀菌效果良好，用量小。见表2：

表2 二氧化氯对不同菌类的杀菌效果

二氧化氯与氯气相比的一个极大优点是在碱性pH下具有很好的杀菌作用，见表3：

表3 不同pH值下的杀菌效果对比

二氧化氯在不同浓度下的杀菌灭藻效果见表4：

表4 二氧化氯对杀菌效果的影响

5.2 对水质、管道的影响

使用二氧化氯替代过去投加的氧化性杀生剂、非氧化性杀生剂后，发现二氧化氯对其它处理剂使用并无影响，且有一定除铁、清洗剥泥和缓蚀效果，见表5：

表5 二氧化氯对循环水水质的影响

6 结论

在工业循环冷却水的消杀处理中选用二氧化氯，不仅具有杀菌除藻效果且具有除铁和剥离粘泥作用，在冷却水pH>8或泄漏氨的情况下效果仍然很好，且对水质无影响，不产生环境污染，其运行费用比用其它杀生剂显著减少，而且，加药系统和分析测试系统都无需大的改动，因此，用二氧化氯于循环冷却水处理领域有很好的经济效益和环境效益，在医药、化工、炼油、电力行业中具有广阔使用前景。

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