二氧化氯发生器在工业循环冷却水处理中的应用

郑 伟 潘 姣 姚 蕾

（东北制药集团股份有限公司，辽宁 沈阳110027）

0 引言

工业循环冷却水系统是医药、化工、制冷、食品等行业中常见的公用工程系统。在生产运行中，由于循环冷却水系统的特殊生态环境，导致微生物很容易在其中大量繁殖，并且混杂无机物、泥沙、灰尘等形成生物粘泥沉积在金属表面，使设备传热效率降低，诱导金属腐蚀，严重时会造成管路堵塞，给生产带来影响。所以，微生物的控制成了制约循环冷却水系统成功运行的主要因素。

控制冷却水系统中微生物生长最直接的方法是投加杀菌剂。常见的杀菌剂有液态Cl2、NaClO、ClO2、ClC6H4OH、季铵盐、有机胺类等，选择原则是能够有效抑制菌藻生长、使用成本低、不影响循环水中其他添加剂的效果。

1 ClO2杀菌剂

ClO2是国内外公认的高效、广谱、快速、安全无毒的水处理剂，是目前实践中使用最理想的杀菌消毒剂，其应用领域涉及水处理、饮食、造纸、食品等多个行业。

ClO2杀菌机理是强氧化降解，其在酸性条件下具有很强的氧化作用，可以氧化水中的还原型酸根，如S2－、SO2－3等；还能氧化有机化合物形式的Fe2＋、Mn2＋等及水中残存有机物。

ClO2是一种安全高效的强力杀菌剂，其有效氯是Cl2的2．63倍，杀菌效果是Cl2的5倍、NaClO的50倍以上。它可以在pH＝3～9范围内有效杀灭细菌，投加量小，杀生速度快，药效时间长，使用安全，不污染环境。ClO2用于循环水处理，与水中Fe2＋和Mn2＋化合物相作用，可消除水中的臭味，控制水中藻类生长，清除浑浊。

由于ClO2的不稳定性和高浓度时的易爆性，目前国内外使用的ClO2杀菌剂大多采用ClO2发生器现场制备或稳态ClO2现场活化。

2 ClO2发生器简介

现场制备ClO2的装置叫做ClO2发生器，其通常有两种类型，一种是通过电解食盐水，产生以ClO2为主，含Cl2、O3、H2O2等多种强氧化混合气体的设备；另一种是通过化学方法制备ClO2的发生器，是目前应用较广泛的设备。根据原料不同可分为NaClO3工艺和NaClO2工艺，两者的主要工作原理基本相同，即以HCl与NaClO3或NaClO2溶液在一定温度和负压下反应，生成ClO2和Cl2的混合气体，再将生成的气体经水射器吸收制成一定浓度的消毒液，即可通入待处理的水中使用。制取流程示意图如图1所示。

图1 ClO2发生器工作流程示意图

NaClO3工艺和NaClO2工艺在生产成本及ClO2的转化率方面存在着不同。

（1）NaClO3工艺反应方程式为：

此工艺中ClO2的有效转化率一般只有50%左右，并且受到反应温度和HCl浓度的影响。要提高ClO2的转化率，必须保持较高的反应温度（约70℃）和加大HCl的过剩量。

（2）NaClO2工艺常见的反应原理有以下2种：

反应式（1）是自氧化还原反应，NaClO2既是氧化剂又是还原剂，HCl是酸化剂。因此，理论上有20%的NaClO2被还原成NaCl，如果以NaClO2转化为ClO2为有效转化来计，其最高有效转化率只有80%。但从产物中ClO2的实际收率来看，通常可以达到95%以上。反应式（2）中Cl2作为还原剂参与反应，使NaClO2的有效转化率理论上可达到100%，在产物中，ClO2纯度同样可达到95%以上。

由于NaClO3价格远低于NaClO2，以制取1kg ClO2来计，NaClO2法的成本约为NaClO3法的2倍左右，所以NaClO3法是目前使用比较广泛的ClO2制取工艺。

3 ClO2发生器在工业循环冷却水系统中的应用

3．1 ClO2投加浓度

为保证冷却循环水系统中ClO2的浓度，以保持杀生能力，日常控制菌藻每天ClO2可按0．5～1ppm浓度投加，每月1～2次冲击性投加ClO22～5ppm用于系统剥泥、除藻等；同时还可根据季节菌藻生长速度的不同，选择不同的投加方式。

3．2 ClO2发生器类型及投加位置选择

为不影响工业循环冷却水系统的正常运转，同时保证ClO2发生器生成的消毒液快速被循环水吸收并混合均匀，发挥作用，多采用管道投加方式，所以应选择可带压（0．3～0．4MPa）投加的ClO2发生器。对于一些循环水系统的改造项目，在考虑增加ClO2发生器时，由于空间、位置等限制，通常会选择可带压投加的ClO2发生器。

在发生量规格的选用方面，一般按保有水量每千吨投加ClO2500～1 000g，投药开机时间以2h来计算，其公式如下：

保有水量（t）×（0．5～1）（g／t）÷2（h）＝确定规格（g／h）

按此方法选用的设备在作冲击性投药的时候，可延长开机操作时间，以满足冲击性投药需要。

在投加位置的选择上一般选择投加点在进入换热器之前的管道里，这样一方面避免了ClO2的挥发损失，另一方面可使其尽快进入换热器发挥剥泥效能。

4 ClO2发生器的应用实例及经济性比较

4．1 应用实例

某企业循环水系统原采用交替投加优氯净、稳态ClO2等处理方式，由于成本高、投加不方便、药效不稳定等原因，改采用1台ClO2发生器（型号为OTH1000）来代替投药。实际运行后，对循环水系统的杀菌效果明显，对缓蚀阻垢剂无影响，规定浓度下与水中其他药剂彼此相容，具有良好的除垢和清洗剥泥效果。

4．2 经济性比较

4．2．1 ClO2发生器

ClO2发生器额定产气量为1 000g／h，平均每45min消耗NaClO32．5kg，HCl 5kg，每天运行2～3h，每月原料消耗费用为：

［（2．5kg×3．8元／kg＋5kg×0．3元／kg）／0．75h］×2．5h×30天＝1 100元

电费为：

0．75kW×2．5h／天×30天×0．55元／kW·h＝31元每月总费用为1 131元。

4．2．2 稳态ClO2消毒剂（含2%ClO2）

目前稳态ClO2消毒剂5 000元／t左右，每月使用1t，月费用5 000元。

两者比较，改造后每年节约循环水处理费用约4．6万元。使用ClO2发生器后，循环水系统运行稳定，水质得到有效保证，提高了设备的换热效率，节省了大量的清洗费用。

5 结语

ClO2发生器产生的消毒液可有效杀灭循环冷却水中的细菌和藻类，而且对缓蚀阻垢剂无影响，规定浓度下与水中其他药剂彼此相容，具有良好的除垢和清洗剥泥效果，不产生环境污染物，运行费用比投加其他杀菌剂显著减少。因此，ClO2发生器在医药、化工、电力等行业的循环冷却水处理中有很好的经济效益和环境效益，并且在饮用水／游泳池水消毒、医院废水处理等方面具有广阔的应用前景。