加药消毒设备及优化选择与应用.doc

加药消毒设备的优化选择与应用加药消毒设备现状一、加药设备应用现状目前，国内水司使用的混凝剂及助凝剂品种较多，采用的加药设备也不尽相同。药剂投加方式有干投法和湿投法两种。各水司普遍采用湿投法，只有个别水司在投加生石灰及活性炭时采用了干投法。湿投法的工艺主要有以下两种：溶解池 提升泵或自流 溶液池 转子流量计及手动调节阀 原水溶解池 提升泵或自流 溶液池 加药泵 原水上述湿投法第一种工艺方式，被一部分中、小型水厂采用。这种方式常采用人工控制投药量，投加量控制难以掌握，不能充分发挥药剂的效能。在原水水质或水量发生变化的情况下如不能及时发现，药量的调整要滞后一段时间，给安全供水带来了不利因素。第二种方式，大中型水厂采用的较多，便于实现自动控制，可有效的根据原水水质变化控制加药量，为节能降耗、保证水质提供了保障。加药系统中，主要设备为药液制备系统及加药泵。目前使用的加药泵种类主要有计量泵、螺杆泵、普通耐酸离心泵及无泄漏磁力泵等。计量泵因其加注量精确、运行稳定可靠，应用较为广泛，是各类水司在选择加药设备时的首选。螺杆泵主要在投加高粘度大流量的PAM溶液时采用。耐酸离心泵及无泄漏磁力泵多作为药液输送泵，向原水中直接投加时需配备流量计及调节控制阀。药液制备系统用于溶解及稀释药剂，在投药系统中是必不可少的环节。在各种供水规模的水厂中，药剂溶解及稀释主要采用搅拌方式完成，目前采用的搅拌方式多数是机械搅拌机及压缩空气搅拌，运行的效果均比较稳定可靠。压缩空气搅拌由于存在搅拌死区，常会在空气布管下产生沉淀物。在加药设备控制方式上，相当一部分水厂还是采用较为简单的人工控制方式，采用自动控制（开环控制和闭环控制）方式的较少。在采用开环控制（典型的为流量比例控制）方式的加药系统中，使用效果较稳定可靠。而采用闭环控制方式的加药系统中，使用效果并不十分令人满意。由于设备质量、技术水平和使用、维护等多方面原因，一些水司选择使用的自动控制最后也变成了人工控制，没能实现原有意图。从设备来源方面，半数以上水司，特别是大中型水司采用了进口设备，使用的效果总体还是令人满意的，但存在的主要问题是进口设备品牌繁多、采购渠道混乱不畅，造成供货周期长、价格较高、技术服务不及时等问题。备品备件采购也存在同样问题。近年来，一些国际知名的主要加药泵制造商纷纷在华投资，建立独资工厂，进行本土化生产，有效的改变了目前进口设备存在的问题。与此同时，国产加药泵制造技术也有了长足进步，在手动控制方面，只要保养、使用得当，也能达到与进口设备相同使用效果的目的。另外，国产加药设备具有配件价格低、售后服务及时的优点。二、消毒设备应用现状目前国内水司使用的消毒剂有液氯、二氧化氯、氯胺、臭氧、次氯酸钠、高锰酸钾、漂白粉等，但以液氯消毒为主。二氧化氯、次氯酸钠等消毒剂使用的较少。目前各水司加氯控制方式可分为人工控制和自动控制二种。人工控制的加氯工艺流程为：室温气化氯瓶 转子加氯机或手动真空加氯机 水射器 加氯点这种消毒方式中、小水厂采用的较多。操作简单，能够满足消毒的要求。由于安全性原因，转子加氯机已很少采用。自动控制的加氯工艺流程有三种：开环比例控制、闭环负反馈控制、复合环路控制。开环比例控制的加氯工艺流程为：氯瓶正压管路切换及/或蒸发系统真空调节器自动真空加氯机水射器加氯点 工艺管路流量计闭环负反馈控制的加氯工艺流程为：氯瓶正压管路切换及/或蒸发系统真空调节器自动真空加氯机水射器加氯点 余氯取样 余氯检测仪开环+闭环的复合环路控制的加氯工艺流程为：氯瓶正压管路切换及/或蒸发系统真空调节器自动真空加氯机水射器加氯点 余氯取样 工艺管路流量计 余氯检测仪自动控制工艺方式在大中型水司采用的较多，因其自控程度高、运行效果安全可靠而越来越得到广泛应用。据不完全统计，目前国内水司使用的真空加氯机均为进口设备，进口真空加氯机的品牌集中度相对较高。但由于采购渠道的混乱也造成了供货周期长、服务不及时等问题。三、氯回收装置应用现状作为一种安全防护设施，泄氯回收装置在正常生产中使用的次数较少。许多水司的回收装置安装以后一直未运行过。本次调查发现泄氯回收装置存在的问题较多。由于许多中和装置的反应液还在使用20%的NaOH溶液，由于设备长时间不运行，易使碱液结晶，堵塞碱泵及喷头，导致工艺管道破裂等事故出现，致使整个回收系统失灵而影响正常安全保障。另外，泄氯回收装置箱体加工工艺不过关，存在着防腐层脱落，箱管结合处泄漏等。为了维持系统运行的可靠性，作为设备的使用者应定期运行泄氯回收系统，避免上述问题出现。泄氯回收装置作为安全生产重要防护措施之一，各水司应充分认识到设置的必要性，有关科研单位应加大对其研制开发力度，采用新工艺、新技术，以确保泄氯回收装置运行安全、稳定、可靠。加药消毒设备技术发展趋势随着供水行业的不断发展，加药、消毒设备在供水系统中所占的地位越来越重要，其发展过程是伴随供水行业的扩大和社会、科学、技术的进步而发展的，过去净水厂的加药、消毒工作主要以简单机械的体力劳动和人工操作为主，设备简单、计量不准确、控制手段不健全、水质合格率低，影响了安全生产、正常的生活使用要求和身体健康。现今的加药、消毒工作，在投加、检测、控制、计量等方面正向着自动化发展；在降耗、节能、保证水质合格率方面有了很大提高，在新建的部分水厂中，已经达到了国际先进水平。由于我国各地区的经济发展水平不同，存在地区差别、城乡差别和新、老水厂差别，在加药、消毒设备的采用和控制水平方面不能一概而论，应逐步、全面、均衡的发展。21世纪净水厂的加药、消毒工作目标应在保证出厂水和管网水达到国家生活饮用水水质标准的前提下：降低运行成本、提高劳动生产率及自动化生产控制水平，控制和消除处理水中对人生体有害的微量污染物和副产物，确保人民的生活水平的提高和身体健康为前提。I.加药设备技术发展状况加药系统设备的构成与所处理的原水类别、水质质量、加药方法、加药方式和选用药品种类有直接关系。一、干式投加法 药剂的干式投加方法，就是直接向水中投加固体状（一般为粉末）药剂的过程，除投加石灰及活性碳等可不必再制成水溶液的药剂外，一般不再采用这种投加技术。 干式投加法的工艺设备一般由药剂破碎设备和干粉投加机组成。二、湿式投加法投加的药剂是液体状态，液体药剂可以是固体药剂的溶解溶液，也可以是药剂的成品溶液，一般成品药液的浓度较高，需要稀释投加。药品的湿式投加，是目前国内净水厂普遍采用的一种药品投加方式。湿式投加方法可分为重力投加方式和压力投加方式。目前采用的湿式投加方法的工艺一般包括：药品的搬运、调制（溶解）、提升或自流、储液、投加、计量等过程。工艺如下：药剂(固体)溶解池储液池溶液池投加计量控制投加点 （加水、搅拌、排渣） （加水配制、搅拌）药剂（液体）储液池溶液池投加计量控制投加点 （加水配制、搅拌）三、加药设备技术发展1.干式加药设备尽管在一般加药工艺过程中很少采用干式投加，但对于一些特殊药剂（不易于制备成水溶液或适于干投的药剂），仍可采用干式投加。在制备PAM溶液时，由于PAM的难溶性，也需干投机作为溶液制备的关键设备。干式投加的关键是干粉定量投加机。先进的干粉投加设备具有如下技术特征：1)投加精度0.53%之间（取决于所投药剂的物性）；2)投加量的调解范围10%100% ；3)对流动性较差的药剂可选择料斗震荡系统，并带有隔振胶座，以防止震动传递到输送器上，引起药剂自流；4)带有特殊设计叶片的内置搅拌混合器，混合药剂辅助流动；5)输送器料斗不存在死区，投加输送器可达到最大排净；6)为防止粉料受潮结块，在干投机螺旋投加管上装有电加热器；成套的干粉投加机可选择下列主要部件以适应不同药剂及自动化控制要求，如：自动加料器、料斗/振荡器、料位开关、储料仓等。2.湿式加药设备目前普遍采用的湿式加药工艺，主要有三部分组成：1)药液制备、储存2)药液投加计量3)加药系统设备控制2.1 药液制备、储存设备根据药剂的来源，有固态及液态两种。2.1.1药液制备的搅拌技术对于固态药剂及浓缩液态药剂，目前普遍的制备工艺流程如前所述。由于压缩空气搅拌存在搅拌混合死区及沉淀死角，更有效的搅拌采用机械搅拌机，这种制备技术的关键在于高效均匀的同水进行溶解混合。搅拌设备的技术水平对搅拌混合效果至关重要。先进的搅拌设备应具有如下技术特征：1)不产生搅拌混合死区，无沉淀死角2)高效：低功率、大排液量产生充分的紊流和扰动3)搅拌设备的技术先进性以达到同样搅拌混合效果（排液量相同），所需功率最小为佳，实现节能、降耗的目的。新型高效搅拌设备的出现，为达到降低运行成本提供了手段，下面为国际上新型高效搅拌机同传统搅拌机的效率比较：搅拌机效率比较搅拌桨叶类型Sabre桨叶45折板平桨叶螺旋推进式桨叶排 液 量 Q3000m/h3000m/h3000m/h桨叶直径D1m1m1m转 速n58rpm88rpm125rpm吸收功率 W0.9kW3.3kW3.7kW2.1.2全自动连续溶液制备技术由于目前采用的药液制备、储存工艺占地面积大、土建成本高，近年来新的药液制备、储存技术已开始使用。这种方法采用全自动连续溶液制备技术，具有自动化程度高、占地面积小、溶液配置精度高的特点，尤其是对新型的聚合絮凝剂采用传统制备方法很困难时，这种方法将是选择方向。2.2 药液投加、计量、控制药剂湿式投加目前普遍采用的投加技术有重力式投加和压力式投加两种。2.2.1 重力式投加方式重力式投加方式，是依靠药液自重完成投加、计量和控制。虽然具有操作简单、可靠性高、管理方便等优点，但由于建高位药液池成本高、投加点及投药量受限制等缺点，在新建水厂已很少采用。但在已采用这种投加方式的老水厂可采用现代高精度流量计（带电信号输出）、调节阀及PID调节技术进行自动化改造，也可达到准确自动调节投加量的目的。2.2.2 压力式投加方式是采用水射器或加药泵来完成药剂投加、计量和控制。2.2.2.1水射器投加水射器具有结构简单、使用方便的优点，但存在效率低、能耗大、易堵塞、受工作水压影响、稳定性差等缺点。目前在自来水厂已很少采用。但国外已开发出水射器技术和真空加氯机技术结合的新型药液投加控制设备，具有可动部件少、控制准确、无脉动流、易实现自动控制等特点。目前已知的最大投加量只有1000L/h左右。2.2.2.2加药泵投加技术这是目前应用最为广泛的药液投加方式。常用的加药泵有：容积泵和离心泵。1)容积泵投加技术在水厂加药过程中，容积泵主要有两种：计量泵和螺杆泵。当药液的粘度较高（典型的是PAM溶液）、且投加量较大时（典型投加量2000L/h以上），采用计量泵投加，设备成本将会大幅度提高。螺杆泵的应用适应了这种需求。它具有适用于高粘度介质、投加量大、无脉动、管路简单等特点。但其精度较低、耐腐蚀性有限且不能干运转。近十几年来，在水厂加药过程中，应用最为普遍的加药设备是计量泵，它取代了许多传统加药设备。其投加精度高、可干运转、耐腐蚀、易实现自动控制、功能齐全、适用性广泛等特点成为水厂药液投加的主流设备。计量泵是一种往复式运动的容积泵。自1936年美国人Milton Roy父子发明了世界第一台计量泵起至今已有近70年历史，其技术已很成熟。计量泵的原型机为柱塞式计量泵。由于柱塞式计量泵存在耐腐蚀性不够、易泄漏等缺点，除非在特殊场合，现已很少在水厂加药中使用。在水厂加药中使用的计量泵主要是隔膜计量泵。隔膜计量泵又分为机械隔膜计量泵和液压隔膜计量泵。近十几年来，计量泵驱动技术得到了长足发展，除了传统的电机驱动方式外，新型的计量泵还有电磁驱动和气动马达驱动。气动马达驱动的方式在水厂很少使用。近年来，电磁驱动方式的计量泵（简称电磁计量泵）在我国小型水处理加药过程中得到了非常广泛的应用，它采用电磁铁吸合产生往复运动的原理。大多数电磁计量泵均为机械隔膜式，具有如下技术特征：投加量范围：0.895L/hl流量调解范围：可高达1000：1l过压自动保护：无须外装安全泄压阀l外部自动控制：自动型可直接接收外部420mA或脉冲数字信号控制、l 便于同PLC控制系统地联接运动部件简单、无需润滑、无传动减速部件，可靠性高l全密封的外壳：外壳材质为玻璃纤维增强PP材质，防护等级可达IP65以上l节能低功耗，一般功率在22W87Wl 泵头结构为机械隔膜式，多种应用方式（高粘度介质、浆料介质均可适用），多种泵头材质可选l投加精度可达2%l高性价比，特别适用于中小型水厂。可实现数字化控制。l对于电机驱动的隔膜计量泵，机械隔膜计量泵和液压隔膜计量泵在各种类型水厂均有应用。机械隔膜计量泵：由于受隔膜的机械强度所制约，输出压力一般1.2MPa.单头最大投加量世界先进水平不大于4000L/h，隔膜寿命指标为8000h以上，投加精度一般在12%。为保证计量泵运行的安全性和可靠性，在应用中要求在计量泵出口处安装安全泄压阀。液压隔膜计量泵：采用了液力平衡原理，隔膜不承受剪切力。输出压力可达几十兆帕，单头最大投加量可达近16m/h，隔膜寿命指标20000h以上，投加精度可达0.51%。并设有内置安全泄压阀，大大提高了计量泵运行的安全性和可靠性。计量泵控制技术：电磁计量泵无需电动冲程控制器和变频器即可直接接受外部420mA或脉冲数字信号进行自动控制。使用方便，在中小水处理加药过程中得到了广泛应用。电机驱动的计量泵控制可采用冲程控制器对计量泵冲程在0100%范围内无级调节。接受外部420mA或15V控制信号。同时电动冲程控制器可输出冲程位置信号。在不使用变频器和对计量泵进行现场标定情况下，这个位置信号可代表计量泵的输出流量。目前国内计量泵制造技术在电动冲程控制方面同世界先进水平还有较大距离。随着电机变频技术的发展，近年来水厂加药过程较普遍的采用变频器控制计量泵驱动电机，以实现对计量泵流量输出的自动控制。由于国产计量泵电动冲程控制技术较落后，因而采用变频器控制计量泵的方式较多。但受普通电机的变频特性限制，一般的调解范围在2：13：1，在控制要求较高的场合有很大局限性。为了提高变频控制调解范围，近年来强制风冷型变频电机技术得到了越来越广泛的应用，其变频调节范围可达到10:15:1，有效的提高了计量泵自动调节范围。在复杂的加药控制过程中采用电控冲程控制和变频控制相结合，可达到双调控制。这种控制方式在一些大、中型水厂中的应用越来越广泛。计量泵泵头结构及材质：随着各种新型药剂的应用，计量泵为适应药液的物理性质和化学性质，在泵头结构改进和材质使用上近年来有了较大发展。泵头结构：高粘度泵头、浆料泵头、专用聚合电解质泵头、浓硫酸泵头、防虹吸泵头、卫生级泵头，可选用以适应不同药液的性能。泵头材质：PVC、PP、PVDF、不锈钢、20号合金、哈氏合金等，可选用以适应不同药液的腐蚀性。2)离心泵投加离心泵在水厂主要应用于药液提升和输送，但随着流量仪表和调节控制技术的发展，在大流量药液投加中将会得到广泛应用。以往水厂使用的主要是耐腐蚀的机械密封离心泵，主要类型有普通耐腐蚀离心泵、自吸式耐腐蚀离心泵、液下耐腐蚀离心泵。这些机械密封式离心泵具有一个共同的缺点，即机械密封的泄漏造成环境污染和腐蚀。针对腐蚀性、有毒有害液体的输送，新型的无泄漏磁力驱动离心泵（简称磁力泵）将会得到越来越广泛的应用。磁力泵采用磁力耦合技术，无机械密封联接，在输送过程中保证绝对无药液的泄漏。自1946年胜达因-HMD公司发明世界上第一台无泄漏磁力泵至今已有近60年历史，该项技术日臻成熟。在腐蚀性、有毒、有害化学溶液输送应用中将逐步取代传统的机械密封耐腐蚀离心泵。目前国内外均有许多厂商在生产制造磁力泵，从水厂应用的磁力泵技术水平看，国产磁力泵的差距主要表现在：磁性材料不过关，易产生退磁现象，泵头材质及结构选择范围较小。磁力泵亦有自吸式、液下式等多种结构规格供选择。采用耐腐蚀离心泵或磁力泵进行药液投加的工艺流程如下：控制器 外 外部控制设定溶液池（药液） 离心泵/磁力泵 流量计 调节阀 投加点 这种投加控制适用于大流量药液投加，系统精度可达12%，具有可动部件少、可靠性高、自动化程度高、性价比高、运行成本低等特点。药液投加量越大，其性价比越具有优势。随着水厂自动化水平及人员素质的提高，这种投加技术将越来越受到重视。3)一体式加药装置随着水处理加药设备的发展，为便于投加量较小的药液投加，一体式加药装置应运而生。这种设备将溶液搅拌制备、计量泵投加和控制集成于一体。具有安装方便、占地空间小、集成度高、造价低、投产快等特点。其主要技术特征：药桶：l 容积最大可达3000L，材质为PE投加计量泵：l 一般采用电磁计量泵或机械隔膜计量泵电动搅拌机l高/低液位控制开关l可配置排污阀、固定件、接头、控制箱等附件l投加量范围：0.02L/h至1200L/hl2.2.2.3 加药系统设备的控制加药系统设备的控制分为两大类：一是开环控制；二是闭环控制。影响药液投加单耗的因素很多，情况较复杂；适合不同地区、不同水质的药品也不同，因此，国内完全采用闭环控制方法加药的净水厂很少，大多数净水厂还是采用开环控制、半自动控制或完全人工控制方法。无论是闭环控制、开环控制，半自动控制还是完全人工控制加药，其最终目的都要达到以下几点：1)加药连续、及时、安全、可靠；2)加药量准确，水处理效果好；3)药液消耗适当、合理、节能、降耗；4)运行管理方便、操作简单、改善劳动强度、提高生产效率。药剂注入的自动控制，真正实现药剂的准确、及时的自动投加是国内外供水行业亟待解决的问题，目前，我国水处理控制加药方式主要有：人工控制投加、人工设定投加率、流量比例控制、计算机按比例投加控制、前馈数学模型计算机自动控制、模拟自动控制单元控制、SCD游动电流自动控制、前馈和后馈数学模型计算机优化自动控制等。2.3.1 人工控制投加这种控制方式的主要做法是通过长期工作积累经验或经小型模拟试验总结原水水质、流量与加药量之间的关系，按照人工控制设备的工作状况来实现调节加药量，是完全人工操作的控制方式，是比较原始、简单的一种控制加药方式，也是目前中、小净水厂普遍采用的方法之一。2.3.2 人工设定加药单耗，流量比例或按比例投加这种方式较完全人工操作控制先进了一步，计算机参与了控制，人工设定加药单耗，由于加药单耗的设定只考虑了源水水量、浊度与加药量的线性关系，属于半自动控制方式。这种方法是目前普遍采用的方法之一，特别是八十年代初期进行改造的老水厂采用的较多。流量比例控制作为一种经典、可靠简单的控制方法将会长期存在。2.3.3 前馈数学模型计算机自动控制方式80年代末90年代初，随着连续检测仪器、仪表的出现，国内一些新建水厂开始采用这种方法进行加药量的控制，该方法将源水的一些影响混凝效果的水质参数（如：水量、浊度、前加氯量、水温、溶解氧、PH值、氨氮等），有选择的作为前馈值，建立前馈数学模型；沉淀后水浊度或滤后水浊度作为后馈参数，由计算机自动调节、控制加药量。其特点是能根据源水水质和水量的变化及时地改变加药量，对提高水质的保证率和降低药耗起到了一定的作用，但是这种方式没有考虑到后续工艺的各种参数变化对混合、反映效果的影响，加药存在滞后问题，在实际应用中要参考混合、反映效果情况和出厂水浊度进行人工调整加药量。由于数学模型建立较复杂，其应用受到了制约。2.3.4 模拟自动控制单元控制这种方式是在“前馈数学模型计算机自动控制方式”的基础上，借助实际工作经验和小型试验数据，做出几种理想状态的加药模式，如利用季节、水温、浊度等条件划分，这种方式虽然解决了一些加药滞后问题，但适应性不好，在季节变化或水温、浊度变化比较大的情况下，水质合格率降低，需要借助其他检测反馈系统进行调整，不是一个很理想的加药控制方式。2.3.5 SCD游动电流自动控制这种控制方式是在取得类似于“前馈数学模型计算机自动控制方式”的基础上，找出理想絮凝效果状态下的游动电流大小与加药量的规律，通过对游动电流情况进行检测，反馈给计算机自动控制系统进行自动加药。目前，国内有几例净水厂将该技术应用到了实际生产运行中，由于各地区的水质、温度、工艺条件不同，各地区应用的效果也不同。2.3.6 前馈和后馈数学模型计算机优化自动控制这种控制方式是前几种控制方式的综合，利用检测仪器、仪表设备对源水混合前的水量、浊度、PH值、水温、溶解氧、氨氮、前加氯量等一些对混凝效果有影响的参数有选择的作为前馈值，建立数学模型；将沉淀后水浊度或滤后水浊度、矾花形成效果等一些其他工艺参数作为后馈值，建立数学模型计算机自动控制系统，完成加药的自动控制，可进行开环或闭环控制，是一种较理想的控制加药方式。这种控制方式的关键是相关参数的连续检测。对混合、反应效果的连续检测是当前亟待解决的问题。目前，国内外水处理技术及相应的仪器、仪表连续检测手段，对源水的水量、水质、水温等参数的连续检测已经很成熟，而对混合反应效果及其他工艺因素参数的检测和利用还不成熟，还有待于进一步的开发。混凝效果及其他工艺因素参数的检测和利用，这一课题国内外采取了很多办法，主要是从两个方面考虑，一方面是利用电化学原理，检测混合反应的游动电流及电位；另一方面是利用光学原理，检测混合反应后矾花形成过程的光学效果，反馈到计算机，进行自动加药。也有通过其他手段，如：通过检测混合反应后矾花形成过程中矾花的单位面积数量，判定混合反应的效果。由于一些相关水质和工艺参数因素参数对混凝效果的影响很大，建立多因素的数学模型来控制自动加药，是自动控制加药的新课题，有待于进一步开发研究出适应性更强、加药更准确、加药更及时的数学模型。II. 消毒设备技术发展状况生活饮用水必须经过消毒，消毒系统的构成及选择一般是根据原水的水质、出厂和管网末梢水质要求、消毒处理工艺要求、消毒方法、消毒剂的种类等因素综合决定。一、消毒处理工艺的发展净水厂给水消毒处理工艺的目的是杀灭水中致病的病原体，切断病原体通过水传播。过去我们常说病从口入，日常生活用水是对人体传入有毒有害物质和致病病原体的主要原因之一，因此控制和消除饮用水中有毒有害物质和致病病原体是非常重要的。 消毒不是杀灭水中全部的微生物，也不是将病原微生物100%的杀灭，是将水中的病原微生物控制到以满足生活饮用水水质标准指标范围内。以各种形式消毒方式对水的消毒，已有数千年的时间历史，其中最常见的方法是将水煮沸。采用氧化消毒剂消毒是从有了集中供水设施开始的，19世纪初期氯化消毒技术已经应用到饮用水消毒方面，首先使用了氯化物消毒；19世纪末期到20世纪初期，氯化消毒得到了进一步发展，液氯消毒技术被使用在净水厂消毒中；到20世纪中期，臭氧和紫外线以其特有的氧化消毒原理和特性被应用到饮用水消毒中。回顾消毒技术的发展，消毒技术每一次的飞跃发展，都是伴随着对致病病原体有新的发现或侵入人群产生较大后果而诞生的。氯化消毒作为一种最原始、最有效的消毒方式，在慢长的使用过程中，经历了几百年的历史，逐渐的被人们认识和掌握，在20世纪70年代人们发现氯化消毒可以产生氯化消毒的副产物，氯化消毒的副产物被国际公认为是致癌物，因而出现了使用氯氨消毒和二氧化氯消毒。随着工业生产的不断发展，地表水和地下水的污染越来越严重，导致生活饮用水水源遭到不同程度的污染，20世纪90年代，人们在饮用水中发现了新的病原体微生物因子和抗氯型微生物，同时饮用水中的化学成分的数量也急剧增加。面对日益严重的水污染形势，常规的水处理工艺和消毒方法，很难解决饮用水中的有毒有害物质和致病微生物问题，世界各国纷纷推出各种水处理新技术，在工艺方面，将活性炭吸附和膜过滤技术应用到饮用水处理方面；在氧化消毒方面，出现了复合消毒方法，充分利用了各种氧化消毒剂的优势。我国对生活饮用水的水质问题非常重视，1959年首次颁布了第一个生活饮用水水质标准，这个标准包括16项指标；1976年对标准进行了修订，将生活饮用水标准指标增加到23项；我们目前执行的胜过饮用水标准是1985年颁布的生活饮用水水质标准GB574685，标准中规定的限量参数共35项；根据我国各地区水质污染、经济发展和各地区水司的实际情况，中国城镇供水协会于1993年和2000年分别制定了“供水行业技术进步发展规划”，规划中规定了各类水司对生活饮用水水质的控制标准，很多控制标准是针对消毒副产物而增设的，其中在2000年规划中，要求一类水司的控制水质标准为88项，相当于80年代欧共体（EC）66项和世界卫生组织（WHO）49项的国际水平。对于消毒过程产生的副产物，在很长一段时间内众说纷纭，国内外专家做了许多研究和报道，在常用的几种消毒剂中，大多数都有副产物产生，如氯化消毒会产生三卤甲烷（THMS）、卤乙酸和氯酚；二氧化氯消毒会产生氯酸盐和亚氯酸盐；臭氧消毒会产生溴酸盐和甲醛盐等。上述消毒过程副产物，在一定的浓度下，都不同程度的表现一定的病理和毒理性能，多数都被公认为是致癌物质。但是消毒副产物的产生，是需要一定的条件的，如氯化消毒产生三卤甲烷（THMS）、卤乙酸和氯酚副产物的前体物质是水中的大分子有机酸类物质；二氧化氯消毒产生亚氯酸盐副产物的前体物质是二氧化氯在消毒过程中与水反应生成的亚氯酸根（HClO）和氯酸根（HClO2）,有关二氧化氯副产物对人身体的危害，由于没有长时间的资料积累，目前仍在探索之中；臭氧消毒产生溴酸盐和甲醛盐副产物的前体物质是水中含有含溴化合物和甲醛类化合物，因此，在选择合理氧化消毒方法时，不但要看它对病原微生物的消毒能力，更重要的是要根据水质情况分析判断选用的消毒方法是否可以产生副产物。由于消毒副产物的出现，对常用的消毒方法的使用带来了挑战，如何正确选用消毒方法，即可达到饮用水消毒目的，又可以抑制消毒过程产生副产物是目前净化工艺消毒过程的课题。新的消毒方法有两种方式，一种是复合消毒方法，是消毒过程不是选用单一的消毒剂或方法，常用的复合消毒方法是利用臭氧或紫外线的强氧化消毒性能对滤后水进行消毒处理，然后再用氯气或氯胺保持管网水剩余消毒性能；一种方法是对滤后水进行预吸附过滤处理，然后在使用复合消毒方法，采取这些方法的其目的就是控制和杀灭病原微生物和消毒副产物，提高水质质量。 全面评价一种消毒剂的效果，不但要看它的氧化消毒能力、水中残留浓度的保留时间和副产物的影响等因素；还要考虑其使用要求、货源供应、消毒成本的诸多因素。每一种消毒剂都有其各自的特点，对不同的水体、不同水质有不同的消毒效果。对于化学消毒剂，其功能应按杀灭微生物的有效性和稳定性两个方面来衡量，有效性即在PH=69范围内对细菌、病毒、原生物的杀灭率，一般有效性臭氧二氧化氯氯氯胺；稳定性指消毒消毒剂在管网中持久性，一般稳定性氯胺二氧化氯氯臭氧。消毒工作不应以满足生活饮用水标准要求为前提，应尽可能的消除和控制饮用水中，对人身体有毒有害物质的存在和发生，各水司尤其是一类水司应率先对现有的消毒设备、设施和消毒方法进行改造，根据源水的水质、污染等情况和净水水质、副产物的生成残留消毒效果及工艺等情况，合理选择消毒系统、消毒方法。二、常用消毒技术和消毒设备常用的消毒方法有：液氯；氯氨；漂白粉；漂白精；次氯酸钠；二氧化氯；臭氧；紫外线等，选用消毒方法不同，消毒系统选择的设备也不相同。消毒工艺设备的选择，要根据当地的水质情况、自然资源和交通运输情况综合决定。给水的氯化消毒已有近百年的历史，从使用次氯酸钙消毒到使用液氯消毒，氯化消毒得到了飞跃的发展，随着化工产业的发展和副产品的增加，氯化消毒增加了许多新型的可供不同需要选用的消毒剂产品如：液氯、氯胺、漂白粉、漂白精、次氯酸钠等，这些产品都是以氯消毒、氧化作用为原理，氯化消毒由于消毒效果可靠成熟、成本低，在国内外得到了广泛的应用。随着科学技术的发展，在给水消毒领域中，又出现了许多新的消毒剂和消毒方法如：二氧化氯、紫外线、臭氧方法等，近几年研究发现活性炭吸附和膜过滤技术也能起到一定的消毒作用，相信将来会有更多更好的消毒剂和消毒方法出现。三、液氯消毒及消毒设备1液氯消毒的作用原理液氯消毒是将液相氯气气化后变成气相氯气，通过加氯机投入处理水中, 主要是以次氯酸、次氯酸离子和氯离子状态存在，形成的次氯酸和次氯酸根统称为游离性有效氯，游离性有效氯有杀菌及氧化作用，是目前普遍采用的一种消毒方法。Cl2 + H2O HClO + HCl ； HCl H+ + Cl ； HOCl H+ + ClO2氯气消毒设备目前从欧美地区及我国各水司加氯设备使用情况看，主要采用的是真空式加氯系统设备。相对于过去使用过的正压式加氯设备及转子加氯机，真空式加氯机具有更高的安全性，成为各类水厂加氯设备的首选。根据水厂规模及所处理水耗氯量不同，主要有两种形式的加氯系统设备的配置构成。2.1中小型加氯系统设备（一般氯气总投加量60kg/h）（吊装设备） （称重） （压力检测） （压力水系统） 氯瓶储存 氯瓶供氯正压管路及切换系统真空调节器真空式加氯机 水射器 投加点 （室温自然蒸发） （调节加氯） （余氯检测）该系统设备构成可大可小、配置灵活，根据投加量不同可单瓶供气，也可多瓶并联供气。对自动化程度较高、较复杂的系统设备配置需要专业技术人员或专业供货商提供设计。2.2 大型加氯系统设备（一般氯气总投加量60kg/h）（吊装设备） （称重） （压力检测） 氯瓶储存 氯瓶供氯正压管路及切换系统蒸发器及自动减压系统真空调节器真空加氯机 水射器 投加点 （调节加氯） （压力水系统） （余氯测量）该系统适用于大型水厂加氯，系统设备配置需要专业技术人员或专业供货商提供设计。3加氯系统设备技术发展3.1氯瓶使用氯瓶是氯气消毒剂的供给源，也是危险来源。安全正确的使用氯瓶及构成加氯系统，是加氯系统设备安全运行的前提。氯瓶储存：根据加氯量的大小储存一定量的瓶装液氯，瓶装液氯一般有吨级氯瓶和立式小氯瓶两类，吨级氯瓶规格有500kg/瓶和1000kg/瓶两种。立式小氯瓶有50kg/瓶和70kg/瓶两种。在使用中要空瓶和满瓶分别堆放，并且设有吊装设备。氯瓶供氯：为保证加氯的连续供气，一般需要配备两组氯瓶（一用一备），两组氯瓶用专用轭钳（带隔离阀）及柔性铜管连接汇流排至加氯机部分。根据加氯量的大小可采用单瓶供气或多瓶并联供气。为了安全起见，多瓶并联供气时，并联的氯瓶个数不宜太多，并严禁对氯瓶进行外部强制性加热。在选择并联氯瓶进行供气时，单个氯瓶的氯气自然持续抽出率是确定氯瓶数量的重要依据。典型氯瓶自然持续抽出率：1000kg/瓶的抽出率8kg/h 氯气 70kg/瓶的抽出率1kg/h 氯气达到这个抽出率的条件：温度 20； 出气背压0.24Mpa在大型加氯系统中，一般采用单只氯瓶向蒸发器供给液氯。氯瓶中氯气残量计量与控制：最准确和可靠的技术手段是采用称重法。国内现在可生产达到世界先进水平的氯瓶电子秤，准确度可达到国家计量等级级，在称重2000kg时，分度值为1.0kg, 并且有电信号远传功能。3.2正压管路及切换系统现代真空加氯技术的发展，极大的提高了氯气流量调节控制环节的安全性。但是从氯瓶出气至加氯机真空调节器之间的正压管路及正压切换系统仍存在许多可能的泄漏点，是目前氯气使用中的主要安全隐患。解决和降低这种安全风险的主要技术措施有：严格按氯气使用标准选择、安装、维护正压管路的管道、接头及阀门；尽可能的简化正压管路及切换系统，将正压连接点的数量降至最少，最大限度的减少可能的泄漏点。3.2.1 氯气正压管路、接头、阀门基本技术条件管路及接头口径： DN20(3/4) 用于气相管路 DN25(1)用于液相管路 材质：管路10#或20#优质碳素无缝钢管，执行标准为GB8163-87或等同。壁厚3.5mm(DN20)或4.5mm(DN25)；接头（直通、弯头、三通、四通）锻钢，材质标准为ASTM105或等同；耐压3000LB(20.7MPa)，耐压标准为API 602 或等同；管路阀门 在干氯气（液相或气相）管路上仅采用两种阀门：GLOBE型截止阀和球阀。由于GLOBE型截止阀在开/关两个方向上均不会容留液氯，经多次旋转操作才能全开/闭，可防止意外快速开/关阀门，提供了非常重要的安全特性。为干氯气（液相和气相）管路上首选之截止阀。球阀为干氯气管路上的一种选择应用，特别注意在液相使用时，普通结构的球阀会在关阀时容留液氯，造成安全隐患。故在液相管路上使用球阀时，要选择特殊结构的阀球。自动切换阀门一般选用球阀。材质：GLOBE截止阀阀体为锻钢。材质标准为ASTM 105或等同；阀杆、阀头及阀座为蒙耐尔（Monel）合金或哈氏C合金（HC）。球阀阀体为锻钢。材质标准为ASTM 105或等同。阀球及阀杆为蒙耐尔（Monel）合金，阀座及密封为PTFE。耐压：GLOBE截止阀1800LB(12.4MPa) ；球阀2000LB(13.8MPa)目前国内阀门制造水平还不能满足上述要求，需进口。但进口阀门供货周期长、成本较高。如果选择国产阀门替代，要特别慎重。如从成本考虑并兼顾安全性，国产有两种结构的阀门可用于气相氯气，但必须定期维护和更换，且球阀不用于自动切换。GLOBE型截止阀阀体、阀杆、阀头为锻钢，材质标准为ASTM105或等同。阀座为304SS, 密封为石墨；耐压800LB(5.5MPa)球阀三段式浮动球结构。阀体材质为1Cr18Ni9Ti;，阀球/阀杆材质1Cr18Ni12Mo2Ti阀座及密封为PTFE，耐压4.0MPa 。3.2.2 切换系统切换系统是保证连续供气的控制装置，有手动切换和自动切换两种。目前各水司采用的切换系统大多数是正压切换，即在正压管路上对两路气源进行手动或自动切换。这种切换方法的缺点是：正压管路较复杂、联接点过多、安全隐患大。但采用蒸发器的液相氯气管路由于供气方式决定只能采用正压切换。近几年来，一些水司采用了负压切换技术。这种切换技术的最大优点就是大大简化了正压管路，因而提高了系统的安全性。其缺点是必须有两台真空调节器循环使用。负压切换技术有三种：真空调节器直接负压切换这种方式是采用两台带切换功能的真空调节器（国际上已有厂商提供这种产品）相互切换。无需另外增加任何切换装置，结构最为简单，安装方便；其缺点是：在氯瓶出口的正压管路上必须安装压力检测及节流装置，否则存在将氯瓶放空的可能。目前最大切换量可达60kg/h。真空调节器+真空式自动切换控制器这种方式是在两台真空调节器出口处联接一台真空式自动切换控制器。这种真空式自动切换器是机械式，结构简单、安装方便、造价低；缺点是：无电信号输出。若需要电信号指示切换状态，必须在压力管路上安装压力检测开关。目前最大切换量可达80kg/h。负压管路电动球阀切换在两台真空调节出口负压管路上设置一个三通塑料电动球阀或两只二通塑料球阀。根据正压管路上压力开关信号和/或氯瓶电子秤输出信号，对两台真空调节器出口负压氯气进行切换，以保证连续供气。切换能力取决于真空调节器容量，其切换控制器部分的功能类似传统式的正压切换。3.2.3 全真空加氯系统由于正压管路及切换系统中存在接头泄漏点的安全隐患，在小型加氯系统中，采用全真空加氯的概念，可极大提高系统安全性，特别适用于小型水厂。在投加量小于2Kg/h时，最可靠的办法是将加氯机的真空调节器直接安装在立式小氯瓶的脚阀上，省去了所有正压管路。在小型加氯系统中，发达国家普遍采用这种方式，国内主要问题是立式小氯瓶的充气存在问题，许多化工厂不愿接受立式小氯瓶的充气业务。3.3 电热蒸发器在大型加氯系统中，由于需氯量较大，在采用多氯瓶并联自然蒸发方式已不能满足供氯需求时，可用电热蒸发器对液相氯气进行强制加热，使之蒸发成气相氯气以满足加氯机的投加量要求。由于是对有毒气体的蒸发，为防止蒸发器爆炸事故，蒸发器的设计及制造技术的安全性及对我国氯气品质的适用性是必须优先考虑的。3.3.1 液氯蒸发技术近年来，国际上液氯蒸发器技术有了长足进步。从国际上有代表性的加氯机制造商提供的液氯蒸发技术看，主要有两类：油浴式：采用油作为热媒对液氯蒸发腔进行加热。优点：体积小，油的热容积大，加热效率高，对蒸发腔无腐蚀。缺点：由于油温较高，出现温控故障时会引发严重后果。在干氯气系统中主要采用的耐腐蚀结构材料是：钢、铁、铜、镍、银、钽等，这些材料耐腐蚀的条件是：氯气温度121。当氯气温度达到251时，碳钢会在氯气中燃烧。油浴式潜在的危险性非常大。水浴式：采用水作为热媒，对液氯蒸发腔进行加热。优点：最高加热温度100，本质安全。缺点：体积大，需增加阴极防腐措施，制造成本高。3.3.2 水浴式加热循环技术由于水浴式的安全可靠性高，国内各水司大多采用的是水浴式。但水浴式的加热循环技术是水浴式蒸发器安全可靠运行的重要保障。目前国际上主要加氯机制造商提供的蒸发器加热循环技术有两种：直热内循环式：这种技术通过良好的水加热自然对流循环设计，即可达到均匀加热目的。无需额外强制循环设备，效率高、可动部件少、故障率低、可靠性高，不会产生“热点”而引起安全隐患。强制外循环式：这种技术在加热过程中需要通过外界热循环泵或搅拌装置进行强制热循环才能达到均匀加热目的。由于可动部件的存在，其结构较为复杂，故障时会产生“热点”引起安全问题，可靠性及安全性不如直热内循环式。3.3.3 蒸发器的技术安全指标水浴式的安全性是众所周知的，但由于我国氯气的纯度不高，选择适合我国氯气品质的蒸发器才能达到真正安全可靠运行的目的，低压低温型更适合杂质含量高的氯气（特别是含有NCl3）。电热蒸发器的设计、制造及出厂检测必须严格遵照美国ASME法规（锅炉及压力容器法规Section VIII，DIV.1）的要求。过去各水司在引进蒸发器时未考虑到ASME法规的要求，也未要求供货商提供相应的认证及检测，这样为蒸发器运行留下了安全隐患。低压低温性蒸发器的主要技术安全指标蒸发腔设计压力 3.8MPa安全释放压力 1.7MPa最高蒸汽温度 60 低压低温型（相对于安全释放压为3.9MPa,最高蒸汽温度接近100的蒸发器而言），可有效防止氯气中所含其他杂质成分在较高温度时产生的意外事故。蒸发器设计/制造/出厂检测指标及标准蒸发器必须提供一个l “L” 标记（证书），满足ASME法规UW-2部分及美国氯气研究所的各项推荐标准，并指明提供了下列认证：W-L: 焊接满足致命性毒气要求S-L: 制造采用无缝钢管用于致命性毒气HT: 整个蒸发腔进行了焊后热处理RT-1: 蒸发腔接触致命气体的所有焊点100%进行X射线探伤按照ASME法规U-1A要求，出厂的蒸发器必须进行第三方压力容器检测认证，如美国权威的”YORKl INTERNATIONAL”认证。所取得的第三方检测认证必须以金属标牌形式焊接在蒸发器上。3.4 真空加氯机加氯机是净水厂普遍采用的一种加氯消毒设备，用于氯气投加已有近百年的历史，经历了由正压式、转子式、到真空式的发展历程。自上个世纪60年代初美国Capital Controls公司首次推出全真空式加氯机起，真空式加氯机已有40多年的发展过程。国内外一些专业厂商所生产的产品已经系列化，能满足各类水司的需求。但国产加氯机同国际先进水平比较还有较大差距。所谓真空加氯机其本质是氯气的压力及流量调节控制系统；狭义的加氯机是指加氯流量调节控制部分，而广义的加氯机则由真空调节器部分、加氯流量调节控制部分及水射器部分组成。这三部分往往并非组合在一起成为单元设备供货，而多数是要在生产现场进行组合、安装、调试后才能成为一个完整的加氯系统进行使用。3.4.1 真空调节器部分真空调节器是将正压气体调节成负压气体，其基本结构是弹簧加载隔膜式。真空调节器的动作原理同减压阀不同，不是由进入真空调节器的上