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刘春生:盐氯发生器消毒系统

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-07-27  浏览次数:396
核心提示:盐氯发生器消毒系统文/刘春生1. 生命之源的盐进化论认为,生命是从大海中起源的,人类是生命进化的结果。所以,我们人类的身体里

盐氯发生器消毒系统

/刘春生

1.       生命之源的盐

    进化论认为,生命是从大海中起源的,人类是生命进化的结果。所以,我们人类的身体里是由70%约4000ppm浓度的盐水构成就不足为奇了。因此,当我们在约4000ppm浓度的游泳池里游泳时,就比在没有盐分的游泳池里游泳感到舒服一些,这不光是一种盐分的平衡,更是一种回归。人体内含有一定的盐分,可以从汗水、泪水、血液的微微的咸味而得知。如果人体含盐的浓度与游泳池水的含盐浓度相近时,我们会感觉内外一致、回归自然。当我们把食盐倒入游泳池,混合成4000-6000ppm的浓度的池水,此时池水里含盐的浓度与人体含盐的浓度相近,这是有益健康的池水,也是体感爽快舒适的池水。
    
    有人做了这样的实验,当潜入普通泳池的池水里睁开眼睛时,会有涩涩的痛感,马上就要闭上眼睛;当潜入含盐量4000-6000ppm的浓度的池水里睁眼时,眼睛感到很适应、无刺痛,就是在海水里(含盐量约为35000ppm)睁开眼睛游泳时,都不会有痛感,这是什么原因呢?这是由于在无盐的池水里,盐分从浓度高向浓度低移动(弥散作用),水分子则从浓度低的一边向浓度高的一边移动(渗透作用),在无盐的池水里睁开眼睛时,眼睛里的盐分向池水中弥散作用,而水就会从眼睛中进入人体的渗透作用,在水和人体含盐量不同的两种物体上产生了“透析”,就产生了痛感。
    
    人们在无盐游泳池里游泳时,体内的盐分从浓度高的体内向浓度低的池水移动(弥散作用),同时水分子则从浓度低的池水向浓度高的人体移动(渗透作用),体液就会过多的与池水进行交换,造成游泳后电解质失却,而适当盐分的游泳池就解决了这一问题。

2.       盐解氯的优点

    食盐是与我们的生活联系最紧密的化学物质之一,它是人体健康的秘方。盐分是人体不可或缺的。如果人体中缺少了盐分,人就会头晕、全身乏力、不思饮食,长期下去就会毛发变白(白毛女效应),还会引发许多疾病。在医院里,我们经常会看到病人输液的生理盐水,就是浓度为 9000 ppm的氯化钠。
    
    经济性: 盐解氯的经济性反映在可用价廉食盐为原料,在线生成纯净氯,无需购买价格较高的化学氯,节约化学存储与投药泵等设备。它在线的“分解←→化合”作用的循环是“电解化合氯(盐NaCl)生成纯净氯--氧化消毒--生成新的化合氯--电解新生成的化合氯生成纯净氯--氧化消毒--再生成新的化合氯--电解新的化合氯生成纯净氯……”,此过程是在氧化消毒的过程中,不断往复循环再生氯化物的过程,这样就不需累加投加盐(化合氯NaCl)。当由于反冲洗、蒸发和挥发失去了少量的氯化物时,进行少量的补充即可。
    
    先进性: 在现有的氯消毒方式中,它比液氯、粒状和粉状化合氯、氯片和氯丸所含氯的纯度更高、性能更好、更加安全可靠,并且没有化合氯在池水里的残留物的累加,因为它们在不断地“分解←→化合”的动态过程,即生成纯净氯的过程就是不断分解、降解化合氯的过程。
    
    实用性: 水质消毒和水质软化同时进行,电解中释放少量氧原子,增强氧化和消毒效果,生成的纯净氯和微量的氧原子,大大减少了游泳池场馆的难闻的气味。因池水含盐量与人体生理盐量平衡,故它对眼睛、皮肤以及整个人体均无刺激。
    
    可靠性:人体含有盐分,人类食用盐类,盐解氯消毒系统是最自然、最安全、最简便的自动消毒方式,它省去了化合氯消毒剂的生产、包装、运输和存储,也省去了人工对消毒剂的操作处理和与人体的接触,在线的盐解氯更具可靠性。

3.       盐解氯的原理

3.1 电解循环的盐水

盐解氯消毒系统就是通过安全电压电解含盐量3000-6000ppm浓度的池水,生成纯净的游离氯来杀灭池水中的细菌、藻类和污染物。

1 盐氯发生器流程图 

      盐氯发生器消毒系统由电解单元在线系统和面板控制系统构成。中小型游泳池也可全流安装,对于大型游泳池是旁路分流安装,盐氯发生器必须与过滤循环系统联动互锁。当过滤后的池水经过电解单元的极板时,电解食盐水就生成了大量的活性氯和微量的活性氧,它们都具有较强的消毒性,由于它的高纯度和适当浓度的高效性,它就氧化和杀灭细菌、病毒、藻类、有机污染物等。化学消毒后立即生成了氯的化合物,当第二次循环经过电解单元的极板时,这些氯的化合物又被电解,再次生成活性氯,它继续氧化和杀灭细菌、病毒、藻类、有机污染物等。循环过滤不断进行,分解氯化物并生成活性氯就不会停止,周而复始的氧化和杀灭细菌、病毒、藻类、有机污染物等。
    
      当电解不饱和食盐水时,它还与电解水同时进行,产生少量的活性氧,同样具有强氧化性,杀毒、灭菌、防藻、降解有机污染。氯消毒与氯的化合物的降解同时进行,大大降低了游泳场所的氯仿、三氯甲烷等刺鼻的气味。

 

2 各种功能的盐氯发生器

3.2电解水实验

3 电解水制取氧气实验原理图


阳极:4 OH- - 4e = O2 + H2O
阴极:4 H+ + 4e = 2H2
 
  霍夫曼电解器:水中有氢氧根离子和氢离子,有电流通过的时候,氢氧根离子市电子,生成氧气和水;氢离子得电子,生成氢气。
  实践表明,当电解净水(含电解质)时,会释放出2份的氢气和1份的氧气,但是当电解被污染的水时,氢气和氧气生成的比例与水质污染情况有关, 水中污染较严重时,有可能没有氧气释放。电解出的活性氧还来不及相互结合成氧分子时,就与污染发生氧化反应了。

3.3.电解食盐水实验

4 电解食盐水制取氯气实验原理图 

通电前:NaCl = Na++Cl-

        H2O = H++OH-

通电后:阴极: Na+H+ 移向阴极

            2H++2e = H2 ­    (还原反应)

        阳极:Cl-.OH-   移向阴极

            2Cl-+2e = Cl2 ­    (氧化反应,电解饱和浓度食盐水时,产生氯气)

            或:2Cl-+H2O = HCl+HClO (电解浓度低的食盐水时,产生次氯酸)

在阴极:由于2H++2e = H2­, H+不断被消耗,促进H2O = H++OH-  向右移动,破坏了水的电离平衡, [OH-]的浓度相对的增大了, 因此, 在阴极附近形成了氢氧化钠溶液

电解饱和浓度食盐水,总的电解方程式

2NaCl+2H2O = Cl2H2 ↑+2NaOH

当电解不饱和食盐水时,还会有氧气生成,因为它与电解水同时进行,化学反应方程见电解水。电解的盐水有污染物时,氯气和氧气都不会释放出来。因为电解出的活性氯和活性氧还来不及各自相互结合成氯分子和氧分子时,就与其它污染物发生氧化反应了。

3.4 盐解氯系统: 游泳池水放入4000-6000 ppm最低盐度3000ppm)的盐,在池水循环过滤系统中进行电解

    (1)人体含盐量 4000 ppm,泳池池水含盐量与人体含盐量平衡。隐形眼镜护理液的浓度(氯化钾) 6000 ppm,这是对眼睛无刺激的含盐量,而医院输液盐水的浓度 9000 ppm,是由静脉输液到血管里的含盐量。由此可见,泳池水中所放入的4000-6000 ppm的食盐后的池水含盐量与人体的含盐量是平衡的,而且实践表明,人在游泳时感觉舒适,且游泳后补充生理盐的量极少。
    
    (2)电解电压是安全电压下可控硅直流电电源。
    
    (3)盐的投加量4000-6000ppm.新池水中的盐量为零,每1立方米的水中加入4-6千克食盐。
    
    (4)100m3游泳池,一年投加的次氯酸钠或强氯精约为120-180kg.如果忽略经济性,从健康和环保的角度来说,400-600kg的食盐比120-180kg强氯精的可接受性更大!

4. 盐解氯消毒系统的应用条件和蓝氏饱和系数

4.1 盐解氯消毒系统的应用条件是水质平衡。

1 水质平衡五大指标的理想值

项目

理想数据

pH

7.2-7.8

总碱度(TA

60-180 mg/l

钙硬度 (CH)

200-450 mg/l

总固溶(TDS)

不大于水源总固溶(TDS)1000 mg/l

温度

20~30

 4. 2. 蓝氏饱和系数(Langelier Saturation Index

蓝氏饱和系数可以方便地用于确定池水水质是否平衡

蓝氏饱和系数公式: SI = pH + TF + CF + AF – TDSF

公式表述:蓝氏饱和系数SI等于pH值加温度系数TF、加钙硬系数CF、加总碱度系数AF,减总固溶系数TDSF。如果氰尿酸含量很大(超过150ppm),要把氰尿酸含量除以3后所得的值,用总碱度减去这个值,再查表计算蓝氏饱和系数。

式中: SI 蓝氏饱和系数

 pH: 表示 pH

TF: Temperature Factor 温度系数

CF: Calcium Hardness Factor 钙硬系数

AF: Total Alkalinity Factor 总碱度系数

TDSF: 总固溶系数

-0.3≤SI≤0.3时,水质平衡;

   SI 大于0.3时是过饱和状态,即结垢状态;

   SI 小于-0.3时是欠饱和状态,即腐蚀状态。

2 蓝氏饱和系数公式数值表

温度系数 TF

钙硬系数 CF

总碱度系数 AF

总固溶系数TDSF

0

0.0

5 ppm

0.3

5 ppm

0.7

小于1000 ppm

12.1

2.8

0.1

25

1.0

25

1.4

7.8

0.2

50

1.3

50

1.7

11.7

0.3

75

1.5

75

1.9

15.6

0.4

100

1.6

100

2.0

18.9

0.5

150

1.8

150

2.2

大于1000 ppm

12.2

24.4

0.6

200

1.9

200

2.3

28.9

0.7

300

2.1

300

2.5

34.4

0.8

400

2.2

400

2.6

40.5

0.9

800

2.5

800

2.9

53.3

1.0

1000

2.6

1000

3.0

 说明:表中温度是摄氏温度,它们从华氏温度换算而来,故有小数。

5. 泳池和SPA电解法消毒的两个研究

    低盐量池水在线电解消毒的研究和应用已有十多年的历史,在1999年美国泳池浴池协会(NSPI)的第四届泳池浴池水化学技术研讨会的9篇论文集就有两篇涉及电解法消毒。
   
    5.1 由Dean Adams博士等五人的论文《电解法去除拟似Spa池水中氨和尿素的评定》,揭示了氯、溴和电解方法对拟似Spa池水中氨和尿素去除的评定。

5 氨去除统计图

6 尿素去除统计图 

    由上述两图可知,对于氨和尿素的降解,电解法的效果最好。
    
    5.2 John A. Wojtowicz在《泳池浴池消毒剂和消毒系统的比较》中详细论述和比较了泳池浴池消毒剂的氧化和消毒性能,氯消毒、溴消毒、臭氧消毒、过硫酸氢钾、铜银离子消毒、紫外线消毒和电解消毒,得出了很多数据、化学反应方程式和消毒、氧化、净化和除藻机理,但是对当时刚刚兴起的电解法消毒,他没有任何数据,只用如下的文字对电解法消毒给予了说明:“在电解过程中,电能在极板上就将水转换成氢和氧,氢原子立刻转换成了氢分子和羟基,而氧原子立刻形成了氧分子,然而,这些极易起化学反应的基团只有极短的暂留,不会大量进入水体,它们有在极板表面迅速结合,因此它们与水中污染物起反应的可能性甚乎其所微。”在今天的盐解氯消毒系统中,由于泳池和Spa采用了大流量低盐度的循环消毒方式,在电解槽里只会放出氢气,没有氧气和氯气逸出,说明了在反应过程中产生的羟基、氧原子和氯原子都在氧化消毒中起化学反应时生成了相应的化合物。

6 盐解氯设备应有的功能

    在盐解制氯系统运行的时候,在极板上产生了大量的氢气,所以要求在安装设备时要按照说明书要求的方向和位置,以便排出氢气;对于大型的盐解制氯系统还要有氢气探头,检测它的气量,使之不得超过安全数值。
    
    最低盐度3000ppm.最低盐度报警装置。
    
    安全工作电压,不超过24伏。
    
    氢气从水流中逸出要可靠,并有安全控制设计,管道设计要合理。
    
    反冲洗时,水泵在运行,水泵与盐解氯互锁的供电系统还处于通电工作状态,所以要有在反冲洗时停止电解工作的控制装置。
    
    极板自动清洗功能,还要有极板防结垢的自动反转极性的功能。
    
    极板腐蚀老化显示,确保及时更换极板,保证正常的产氯量。
    
    产氯量可调设计,以满足不同的季节、不同的游泳负荷和不同的污染状态的有效消毒。
    
    泳池和水疗不同功能选择系统,满足不同的功能要求。
    
    水流探头在线探测,确保足够的流量。
    
    折点加氯(超氯处理)控制功能。
    
    室外游泳池要配备氰尿酸作为稳定剂,定期定量投放稳定剂。

7. 含盐量和产氯量自动控制系统

      对于盐氯发生器进行自动监控其含盐量和产氯量,是对传统盐氯发生器提出的新要求。下图是珠海长隆海洋王国在大水体的游乐池里采用盐氯发生器消毒系统的成功案例的示意图。

 

7含盐量和产氯量自动控制系统示意图

8 结论

在电解过程中所产生的活性氧和活性氯,在还没有结合成氧气和氯气分子之前就已经与池水里的污染物反应了,在杀灭细菌、病毒的氧化过程中,生成了新的化合物,这就是氯加微量臭氧消毒的过程。形成的新的氯的化合物后,当到下一个过滤循环过程时,在电极板处,又重新分解成了活性氯和活性氧。当这些活性氯、活性氧到化合氯等化合物的不断生成的循环往复的过程中,就是一个持续氧化和消毒的动态过程,使化合氯不断分解和降解,又不断的形成新的化合氯,再分解和降解,再生成新的化合氯。它比不断投加化学消毒剂的消毒方式有很大的优越性,不断投加化合氯消毒剂的过程,就是不断积累化合物的过程。

参考文献:

1.       Waterco’s Manual of Salt Water Chlorination

2.       Pentair’s Manual of Salt Chlorine Generator

3.       Hayward’s Manual of Electronic Chlorine Generator

4.       AstralPool’s Manual of Salt Chlorinator

5.       Research in Pool and Spa Water ChemistryThe 4th Annual NSPI Water Chemistry Technical Symposium 1999

6.       Queensland Health Swimming and Spa Pool Water Quality and Operational Guidelines 2004

7.       Pool Standards for the Swimming Pool, Wading Pool and Water Spray Park Regulation Alberta  Canada, 2006

8.       Swimming Pool Rules, Amended July 8, 2009

9.       游泳池水质标准 CJ244-2010

10.   Laswim(威浪仕)盐氯发生器产品技术资料

11.   Oregon Administrative Rules, Chapter 333 – Division 60, Public Swimming Pools 2010

12.   Ohio Public Swimming Pool Rules, 2011

13.   B.C. Guideline for Pool Design, 2014  

14.   B.C. Guideline for Pool Operations, 2014

 

作者:刘春生:《易商资讯》特聘技术专家

联系地址:易商杂志社

 
 
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