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次氯酸鈉發生器工作和消毒原理

訪問:時間:2017-11-25 20:31:14


次氯酸鈉發生器工作和消毒原理



    一、概 述 

    目前,從水體消毒的種類來說,有氯氣、次氯酸鈉、漂白粉、二氧化氯、三氯異氰尿酸、雙氧水、臭氧等藥劑和方式,此外還有碘水、高價氧化水、紫外線消毒等一些手段。 

    在所有的消毒劑中,盡管氯氣最為經濟,但是,由于氯氣運輸、管儲方面的不安全;而且在投加上氣體同水體的溶解性較低,氯氣瓶氣壓不斷變化,存在投加計量不夠準確的問題;加之,氯氣等氣體的極強擴散性對環境存在毒害作用,游離氯的高活性同許多有機物容易形成諸如三氯甲烷、四氯化碳、二惡因等一類致癌的氯代有機化合物,造成環境的第二次污染,故而,取消液氯的主張越來越多,也日益受到人們的關注。 

    在國外,諸如美國、德國、日本等發達國家就相當限制氯氣的使用,尤其是公用場所和自來水廠主要以使用次氯酸鈉液體來進行消毒。氯氣主要用于大型污水處理中最后的尾水排放消毒。 

    眾所周知,次氯酸鈉液是一種非天然存在的強氧化劑。它的殺菌效力同氯氣相當,屬于真正高效、廣譜、安全的強力滅菌、殺病毒藥劑。已經廣泛用于包括自來水、中水、工業循環水、游泳池水、醫院污水等各種水體的消毒和防疫消殺。 

    同其他消毒劑相比較,次氯酸鈉液非常具有優勢。它清澈透明,互溶于水,徹底解決了象氯氣、二氧化氯、臭氧等氣體消毒劑所存在的難溶于水而不易做到準確投加的技術困難,消除了液氯、二氧化氯、臭氧等藥劑時常具有的跑、泄、漏、毒等安全隱患,消毒中不產生有害健康和損害環境的副反應物,也沒有漂白粉使用中帶來的許多沉淀物。正因為有這些特性,所以,它消毒效果好,投加準確,操作安全,使用方便,易于儲存,對環境無毒害、不產生第二次污染,還可以任意環境工作狀況下投加。 

    但是,由于次氯酸鈉液不易久存(有效時間大約為一年),加之從工廠采購需大量容器,運輸繁瑣不便,而且工業品存在一些雜質,溶液濃度高也更容易揮發,因此,次氯酸鈉多以發生器現場制備的方式來生產,以便滿足配比投加的需要。 

    單就次氯酸鈉發生器來說,國家已于1990年1月12日發布了GB 12176-1990 國家標準。是一種已經認可、技術非常成熟、工作十分穩定、并有權威資料可查詢的產品。諸多實際應用已經證明,次氯酸鈉發生器是一種運行成本很低、藥物投加準確、消毒效果極佳的設備。目前,次氯酸鈉發生器作為一種安全實效的常規水處理設備已引起全社會各個部門的高度重.

    二、次氯酸鈉發生器原理 

    1、工作原理 

    次氯酸鈉發生器是一套由低濃度食鹽水通過通電電極發生電化學反應以后生成次氯酸鈉溶液的裝置。其總反應表達如下:

NaCl + H2O → NaClO + H2↑

        電極反應:

        陽極:2Cl- - 2e → Cl2 

        陰極:2H+ + 2e → H2 

        溶液反應: 2NaOH + Cl2 → NaCl + NaClO + H2O 

    2、組成結構 

   次氯酸鈉發生器一般由化鹽裝置、科雄電源電解裝置、電解整流設備、配兌水系統、自控裝置和儲藥液箱等幾大部分組成。其中核心部分——電解裝置,是由一組涂有鉑、釕、銥、銠等稀有金屬納米涂層的特種金屬材料做陽極,耐腐蝕的特種金屬材料做陰極,組成密閉的電解槽容器。并且,其電解槽內部設有反沖洗系統和冷卻系統。 

化鹽裝置、儲藥液箱、配水系統、酸洗裝置等各個分體設備采用特定制作的FRP等高強度復合材料制造,極不同于易于老化的 一般性PVC材料制作;大型次氯酸鈉生成器(電解槽)為包裹有特種材料的合金外殼,內貼高級復合材料。   

設備具有人工電鈕控制和工業計算機控制兩種系統可選。工業計算機控制設備具備高度自動化功能,觸摸屏設置,完全將設備運行中產生的水垢酸洗過程和藥物投加系統等全部納入電腦自動化控制。設備具有自檢自測功能,全自動加藥,24小時無故障運行,還可實現遠程監控,達到國際一流技術水平。 

    3、基本操作過程 

    工作時,首先接通電源,將普通工業用鹽(每公斤0.35元左右)加入化鹽裝置溶解成10%左右的鹽水,打開閥門讓鹽水通過過濾沉淀進入儲鹽液箱;然后,啟動自配水開關,設備自動勾配鹽水到濃度為3—3.5%左右的稀鹽水;再打開閥門調節好流量計,讓經配兌好的鹽水按設定流量通過一組陰陽極管組成的夾層式電解槽或板結構組成的電解槽;最后,啟動整流電流開關,同時打開冷卻水閥門通過冷卻裝置冷卻電解槽,次氯酸鈉生成器開始工作。這樣,整個設備就生產出了標準的次氯酸鈉液體(濃度為1%左右);最后,藥液自動流入儲藥液箱,便于儲藏備用和隨時投加。

    三、次氯酸鈉的消毒及氧化原理 

    次氯酸鈉的滅菌殺病毒原理大致有如下三種作用方式: 

    大家都知道,次氯酸鈉消殺最主要的作用方式是通過它的水解形成次氯酸,次氯酸再進一步分解形成新生態氧[O],新生態氧的極強氧化性使菌體和病毒上的蛋白質等物質變性,從而致死病源微生物。其實,氯氣消毒的原理也主要是以產生出次氯酸,然后釋放出新生態氧[O]的方式。 

    根據化學測定,PPM級濃度的次氯酸鈉在水里幾乎是完全水解成次氯酸,其效率高于99.99%。其過程可用化學方程式簡單表示如下: 

NaClO + H2O = HClO + NaOH 

HClO → HCl + [O] 

    其次,次氯酸在殺菌、殺病毒過程中,不僅可作用于細胞壁、病毒外殼,而且因次氯酸分子小,不帶電荷,還可滲透入菌(病毒)體內,與菌(病毒)體蛋白、核酸、和酶等有機高分子發生氧化反應,從而殺死病原微生物。

R-NH-R + HClO → R2NCl + H2O 

    同時,次氯酸產生出的氯離子還能顯著改變細菌和病毒體的滲透壓,使其細胞喪失活性而死亡。 

    此外,次氯酸鈉還能夠分解蔬菜、水果等農副產品上所殘存的微量農藥。絕大多數農藥都是由有機物組成的,次氯酸鈉所釋放出來的新態氧能氧化分解掉這些物質。這無疑對現代農業、果蔬包裝業的發展具有重大推動作用。 

    還有值得肯定的是,由于次氯酸鈉發生器所生產的消毒液中不象氯氣、二氧化氯等消毒劑在水中產生游離氯,所以一般難以形成因存在游離氯而生成不利于人體健康的致癌物質;也不象臭氧那樣只要空氣中存在很微弱的量(0.001mg/m3)便會對生命造成損傷和毒害;而且,還不會象氯氣同水反應會最后形成鹽酸那樣,對金屬管道造成嚴重腐蝕.

    四、設備運行成本 

    1、運行成本 

    大概每生產1公斤有效氯(即折合為該1%濃度的次氯酸鈉消毒液為100公斤)一般需要4公斤鹽、4度電(包括上水、化鹽電耗)、水110公斤。一套產有效氯量為300克/小時的次氯酸鈉發生器,其最大耗費電力一項尚不及一臺2千瓦的電機。通常情況下,設備正常運行時,生產1公斤有效氯量的次氯酸鈉液其運行成本費用計算如下: 

       鹽(工業級):4 × 0.35 = 1.40 (元) 

       電費:4 × 1.00 = 4.00 (元) 

       水費:0.11 × 3.00 = 0.33(元) 

       小 計:1.40 + 4.00 + 0.33 = 5.73(元) 

    按25%的人工、損耗、折舊,每生產1公斤有效氯耗費為: 

       5.73 + 5.73×20% = 6.88 (元) 

    以上成本為最高限額,實際成本應根據各地電力實際價格來計算。通常情況下,1Kg有效氯的成本在全國大部分地區都大約為4.5元人民幣。

    2、游泳池水消毒

    根據國家對游泳池水質的規定,余氯量必須達到PPM0.3-1.0,這樣,游泳池按每噸水4—5克有效氯投加,因此,1公斤有效氯可消毒1000/4.5 = 222噸游泳池水。 

    水量在2000噸的游泳館,需選用一套產有效氯量為1000克/小時的中型次氯酸鈉發生器(如人流量大的場館需選用產有效氯量為1500克/小時型號)。設備按全年運行320天計算,每年運行成本費用大約為一萬五千元左右。 

    3、自來水消毒 

    采用次氯酸鈉發生器生產的消毒液消毒,運行費用和氯氣不相上下。改造自來水液氯消毒為次氯酸鈉發生器產生次氯酸鈉液消毒,在運行成本并不上漲的情況下,其不僅安全實用,而且也省去了購置和運輸氯氣等繁雜工序。 

    從具體實踐中得出的成本考核來看,含1公斤有效氯的次氯酸鈉可投加1000/1 = 1000噸水(自來水常加藥量按有效氯1克/噸左右,最大投加量按有效氯1.5克/噸)。如此,則每噸水的投資為:

       6.88 ÷ 1000 = 0.0069元

    使用一套產有效氯量為1000克/小時的中型次氯酸鈉發生器,如果按每天工作8小時計算,每天可處理自來水量為8×1000=8000噸,每天運行成本費用為: 

       8 × 1 × 6.88 = 55.04 元 

    設備每年運行成本費用為: 

       55.04 × 365 = 20089.6 元 

    4、專業養殖、餐飲業等防疫消殺 

    每小時生產100公斤含有效氯1%的次氯酸鈉消毒液可選產有效氯量1000克/小時的設備。設備可以隨用隨開,根據用藥量自定設備的使用時間。 

    拿200至5000平方米面積的小型規模養殖場為例,僅每小時產有效氯500克/小時以下型號的次氯酸鈉發生器設備就足夠使用。例如,環境消殺中使用1公斤消毒液(有效氯含量為1%)尚需配兌50—100倍量的清水,可消毒100平方米以上,成本僅為1公斤有效氯生成成本(5.5元)的1%,即6分錢左右。產有效氯為500克/小時的設備工作1小時可消毒面積為1000平方米。多年來,一直沿用該設備產生的藥液依照1:600配比清水,用于禽畜等飲水消毒方面;并視環境情況可按1:100或150左右配比清水用于帶禽噴霧畜消毒。 

    5、醫院和畜禽加工廠污水處理 

    根據污水水量,國家規定按照每噸污水25—30克有效氯進行投加。一般每天100至150噸流量的污水,需要選擇設備每小時生產有效氯量為500克的次氯酸鈉發生器一臺。設備運行過程中,每噸污水的處理費用為:5.5 × 4.5 ÷ 150 = 0.165元。如果污水水量較大,則可選用更高產藥量的設備。 

    6、工業污水高級氧化處理 

    次氯酸鈉發生器生產的次氯酸鈉液可用于工業廢水高級氧化處理,并具有非常好的效果。能有效分解含氰廢水、高氮氨廢水、各種高色度廢水、印染制革廢水、電鍍廢水等難以通過生物氧化處理的廢水中的各種有害物質。在催化劑的作用下,可以迅速破壞幾乎所有有機物分子的穩定結構,使之轉變為完全無害的無機物或是易于生化的有機物質。一般來講,次氯酸鈉投放量需要根據污水中COD含量的大小確定。同濕式氧化法處理相比較,節省成本費用十分顯著。僅是濕式氧化法處理成本的20—30%。 

    就管理而言,由于設備具有使用安全、運行穩定、操作方便的特點,一套中小型的設備一人管理,但無需專門照看即可。

    五、藥液投加 

    除小范圍防疫消毒可按一定比例簡易辦法配兌清水以后直接噴灑或擦拭以外,對于自來水、游泳池等設備連續運行的水體,以及大面積防疫消殺所需用勾配出大量定量藥液噴灑來講,藥液的配比投加方式是消毒過程中極為重要的環節。眾所周知,由于氯氣、二氧化氯等氣體消毒劑存在難溶解于水的缺陷,因而需要大量的水加以溶解調節,在投加上還往往存在不夠準確的技術困難,但是,次氯酸鈉液就完全沒有了這些缺陷。 

    對于任何水體消毒改造或擴建工程,任何防疫消殺所需,都能夠依據用戶實際要求,設計可共用戶選用的如下三種藥物同步定比投加方式進行配兌: 

    (一)虹吸投加系統 

    該投加系統主要依據虹吸原理,按每一臺泵的流量進行設定,以負壓為參考,做到同步投加。 

    當水泵啟動時,采自儲液箱的次氯酸鈉液流經轉子計量器、回止閥到水射器,因水射器中存在負壓,于是藥液便隨水通過泵一起加到了系統中。由于加藥通過泵,所以泵的啟動、停止決定了加藥的進行與否。回止閥可以防止高位水回流到次氯酸鈉儲液箱中。藥液投加量根據國家標準,按泵的流量具體設定。所以加藥系統同整個供水系統完全同步。 

    此種投加系統的突出特點是投資較少,管理較方便,其投加精度比較高,有國家標準可查詢,完全能滿足衛生標準和要求。 

    (二)泵式投加系統 

    該系統從載有信號輸出的流量計上采集信號,直接同電動投加泵配套,該設備上有微電子芯片處理系統,能根據流量的大小進行同步投加。 

    首先,在供水總路上安裝一套信號采集式流量計,采集流量數據;然后,將信號輸入附設電子芯片進行信號處理的電磁投加泵,投加泵的入口接次氯酸鈉儲液箱,出口接入供水總管;這樣,通過對投加所需濃度的設定,投加就可以根據流量的大小自動進行了。 

    此種投加系統突出特點是投加精度很高,管理方便,但需要一定動力,投資也相對地比上一種要高一些。 

    (三)氯分析儀自動投加 

    該系統工作原理是,通過余氯探頭采集信號,然后輸入到余氯分析儀,通過對余氯分析儀設置投加點后,實現低點啟動投加,高點停止投加,達到完全實現自動化。 

    此種投加方式是在藥物投加泵基礎上增加了一套自動余氯分析儀等自動化控制儀表。 


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