二氧化氯在合成氨廠循環冷卻水中的應用

更新時間：2008-11-27 10:24 來源：作者: 閱讀：2253

1 二氧化氯作為一種強氧化型殺菌劑，與氯相比，具有如下的優點：

        （1）在堿性環境中使用殺菌效果交好；

        （2）不與氨反應生成殺菌效率低的氯胺，特別適于合成氨廠循環水系統使用；

        （3）與水中有機物反應性低，不易被水中有機物消耗，不會生成致癌的有機氯化合物；

        （4）由原來的加氯消毒系統改為二氧化氯消毒系統簡便易行。

        有人對比研究了用二氧化氯與氯控制306不銹鋼熱交換上管生物膜的附著，結果表明二氧化氯可更有效地抑制生物生物膜的附著。一些化肥廠循環水系統應用二氧化氯消毒的實驗也表明，二氧化氯是一種效果良好的消毒劑。因此應推廣二氧化氯消毒技術在循環冷卻水中的應用，特別是在水質較差、菌藻繁殖嚴重、采用堿性處理方案的合成氨廠循環冷卻水系統，更有推廣應用的價值。

2 二氧化氯

　　二氧化氯最初用于處理飲用水，以控制飲用水中異味。70年代中期，工業上開始采用二氧化氯處理堿性水，特別在合成氨廠用二氧化氯來代替氯進行殺菌滅藻處理，能大大改善冷卻水系統粘泥沉積和腐蝕情況。

　　二氧化氯具有良好的殺菌和消毒性能，在城市飲用水和污水處理中，二氧化氯是一種較為理想的產品。與氯氣相比，二氧化氯不會與水中有機物產生三鹵甲烷，不會與氨氯反應，也不會產生氯化銨，卻能破壞酚、氰化物、硫化物和其它許多有機物。與臭氧相比，二氧化氯投資少、產率高，在水中的殺菌持續時間長，能夠有效殺除和控制各種細菌。同時，二氧化氯不會與水中的溴化物、次溴酸反應生成對人體有害的物質。

　　二氧化氯在室溫下以氣體形式存在，低溫下也可誠液態。氣體在水中的溶解度為2.9g/L(22℃)。二氧化氯中的氯以正四價態存在，其活性為氯的2.63倍，及氯氣的有效氯含量為100%，而二氧化氯的有效氯含量為263%。理論上要將ClO₂完全還原為Cl^-，每分子二氧化氯需轉移5個電子，然而在與水中大部分物質的反應中，只能使二氧化氯還原為亞氯酸根，在典型的冷卻水處理中，二氧化氯不必全部利用5個電子轉移，就是一個非常有效的殺菌劑。與氯和溴不同，二氧化氯使一個有選擇性很強的氧化劑，不會發生鹵代反應。這些性質使它作為微生物抑制劑對細菌和藻類有極好的選擇性。

　　盡管二氧化氯及易溶于水，但它并不和水反應或水解，這一性質使得二氧化氯特別使用于處理高pH的水消毒。不管pH如何變化，二氧化氯分子都能保持其完整性，在工業水處理領域的pH范圍內，它的效果都能保持穩定。與等量的自由氯或剩余氯相比，二氧化氯剩余物的殺菌和殺病毒性更強。

3 二氧化氯在氨廠堿性循環水中的應用

　　對于非堿性水及無氨存在時，氯是很有效的殺菌劑。但實際上，氨廠循環水常為堿性，并含氨-氯，需大量的氯以維持良好的微生物控制，由于氯需求量很大，常使得經濟有效的微生物控制過程變為無效無用的高腐蝕過程。

　　由于二氧化氯不和氨氯反應，殺菌效果不受pH影響，且用量比氯少得多，并明顯減少了潛在的腐蝕性。因此對含氮污染物、堿性pH、粘泥問題得冷卻水的微生物控制應優先選擇二氧化氯。

　　美國西海岸一生產無水氨的合成廠，當水中含氨量高時，細菌數常在2.0×105～5.0×105個/ml，采用氯/MBT殺菌，因沒有剩余氯，殘余菌數為6.6×10⁴個/ml，而使用二氧化氯，起始劑量為2mg/L，間隔4小時加藥，殘余菌數為1.5×10³～2.0×10³個/ml。

　　美國海灣合成氨廠，過去循環水中氨一般為30～50mg/L，這需要很多氯，而且要求有剩余氯以維持殺菌效果，采用氯殺菌劑，即使加氯量大大過量，也檢測不到剩余有效氯，尚需采用非氧化性殺菌劑，再每天加氯或每周加氯，系統方可調至清潔良好狀態。而改用二氧化氯，開始投加2mg/L(4小時補償水)，隔4小時投加一次，不久即可檢測到剩余有效氯（即二氧化氯，DPD法），細菌總數由1.5×10⁴個/ml降至于1～5個/ml，隨后減少二氧化氯投加量，比以前用Cl₂殺菌效果有效得多，同時也不用非氧化性殺菌劑，系統腐蝕率僅為0.5mm/a，氨產量創歷史記錄。

　　聶光遠等報導柳州化肥廠用穩定性二氧化氯替代氯進行循環冷卻水殺菌滅藻，工業試驗表明，穩定性二氧化氯殺菌能力強，不與氨反應，對異養菌的殺生能力較強，加藥后4小時，殺菌率達到92.9%，加藥后24小時后，仍有83.3%以上的殺菌力，與該廠現用磷系水穩定劑相容性好，對緩濁阻垢效果基本無干擾，對粘泥有一定的剝離效果，對環境無污染。改氯氣為二氧化氯處理冷卻水時，加藥系統和分析測試系統都無需作很大的改動。

　　魯南化肥廠8萬噸合成氨、13萬噸尿素擴建工程于1992年建成投產，與之相配套的循環水系統設計水流量為5500m³/h，換熱器材質為碳鋼和不銹鋼，補水水質為結垢型，設計處理藥劑為堿性有機磷系配方，主要殺菌劑為活性氯、1227及異噻唑啉酮。平時以活性氯為主，后兩者為每周加一次（主要為沖擊性殺菌，冬季為兩周一次），從1995年初至96年10月，出現循環水濁度大，水質指標變化異常，如菌藻生長迅速、pH值降低，堿度下降等，明顯出現腐蝕現象。大修時檢查發現有兩臺凈化水冷器分別出現數十初漏點，合成壓縮機輔機水冷器出現大量粘泥及腐蝕現象。直接影響全廠生產的安全、穩定、長周期運行。由于愿水中含氨濃度較大，原加入的活性氯（次氯酸鈉）受氨的影響殺菌能力大大下降，隨每周采用二氧化氯沖擊性殺菌兩次，并用潔爾滅配合二硫氰基甲烷及異噻唑啉酮每周各沖擊殺菌一次，從大修后運行至今水質比較正常，未發生嚴重的結垢及腐蝕現象，使生產基本安全穩定正常運行。

4 結語

　　綜上所述，二氧化氯在很寬的pH范圍內是有效的殺菌劑，且不與氨及許多與氯反應的有機物反應。因此，在含氨水中使用很少量的二氧化氯即可達到良好的微生物控制，使循環冷卻水水質穩定，可不用氯或減少氯用量，同時使工廠相關危害減少。只要二氧化氯應用合理，是可以以低費用獲取安全有效的微生物控制的。