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臭氧應(yīng)用純凈水處理
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純凈水/礦泉泵水工藝流程
礦泉水廠生產(chǎn)工藝流程圖:
純凈水/礦泉水廠生產(chǎn)流程(圖):
a)原水泵
主要功能:系統(tǒng)供水壓力恒定，供水穩(wěn)定。
b)機械過濾器
多層過濾層過濾器主要用于去除顆粒大于20μ m的物質(zhì)，如錳、鐵重金屬、沉淀物、鐵銹、膠體物質(zhì)、懸浮物等。包含在生水中。該系統(tǒng)可以進行反沖洗和正沖洗等一系列操作。
主要作用:保證設(shè)備產(chǎn)水量，延長設(shè)備使用壽命。
c)活性炭過濾器
使用貝殼活性炭過濾器，活性炭不僅可以吸附電解質(zhì)離子，還可以進行離子交換吸附?；钚蕴课竭€可以將高錳酸鉀的耗氧量(COD)從15mg/L(O2)降低到2-7mg/L(O2)。此外，吸附可以增加被吸附和復(fù)制表面的濃度，對去除色素、異味、大量生化有機物、降低水中殘留鹵值和農(nóng)藥污染物、去除水中三鹵化物(THM)等污染物也有催化作用。該系統(tǒng)可以進行反沖洗和正沖洗等一系列操作。同時設(shè)備有自維護系統(tǒng)，運行成本很低。
主要功能:保證產(chǎn)水質(zhì)量，延長設(shè)備使用壽命。
d)軟化系統(tǒng)
為了防止CACO3、MGCO3、MGSO4、CASO4、BASO4、SRSO4和ISO4在濃水端，特別是RO單元最后一個膜組件的濃水側(cè)結(jié)晶出來，大于其平衡溶解常數(shù)，破壞膜的原有特性，在進入反滲透膜組件之前，在系統(tǒng)中使用鈉離子交換樹脂進行離子交換吸附，去除水中的主要硬度成分。吸附飽和后，樹脂失效，可用工業(yè)鹽再生樹脂。
每套軟化系統(tǒng)包括:軟化罐、控制器(或射流/鹽泵)、鹽罐和鹽閥。其主要作用是防止反滲透結(jié)垢，延長反滲透膜的使用壽命。
e)精密過濾器
精密過濾器用于保留從預(yù)處理系統(tǒng)中泄漏的少量機械雜質(zhì)。過濾器由工程塑料或SUS304制成；配有PPF濾芯。聚丙烯濾芯是一種高效低阻的深層濾芯。適用于低懸浮雜質(zhì)(濁度小于2-5度)水的進一步凈化。聚丙烯濾芯由聚丙烯纖維按照一定規(guī)律纏繞在注塑成型的聚丙烯多孔管上而成。主要作用:保證進入反滲透膜的水的粒徑小于0.1 μm
f)反滲透系統(tǒng)
反滲透裝置利用足夠的壓力通過反滲透膜(或半透膜)將溶液中的溶劑(通常是水)分離出來。因為這個過程與自然滲透相反，所以叫反滲透。
反滲透能適應(yīng)各種含鹽量的原水，特別是在高含鹽量的水處理工程中，能獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。反滲透法脫鹽率高，回收率高，運行穩(wěn)定，占地面積小，操作簡單。反滲透設(shè)備可以在脫鹽的同時去除大部分細(xì)菌、膠體和高分子量有機物。h)設(shè)備工藝流程圖:
原水→原水增壓泵→多介質(zhì)過濾器→活性炭過濾器→離子交換器→保安過濾器→多級高壓泵→RO反滲透系統(tǒng)→純水箱→桶/瓶水自動灌裝生產(chǎn)線→包裝→入庫。
一、礦泉水生產(chǎn)工藝流程圖:1422238291839463.png
臭氧和二氧化氯在水處理中的應(yīng)用比較
目前，液氯是我國供水中使用的主要氧化消毒劑。但隨著水源水污染的變化，廢水中各種有機物的含量有所增加。氯消毒會產(chǎn)生氯化有機化合物，其中一些具有致突變作用。為了滿足人們對水質(zhì)的要求
尋求一種更安全、更經(jīng)濟的可替代氯的新型氧化消毒劑是未來給水處理的一個發(fā)展方向。其中，比較有前途的是二氧化氯(ClO2)和臭氧(O3)。1.二氧化氯(ClO2) 1.1應(yīng)用二氧化氯
19世紀(jì)初，美國科學(xué)家達(dá)瑞。發(fā)現(xiàn)了二氧化氯氣體。20世紀(jì)40年代，二氧化氯開始用于食品加工、紙張漂白和水凈化。由于二氧化氯不會與有機物反應(yīng)生成THMs，因此在飲用水處理中的應(yīng)用越來越廣泛。1983年，美國國家環(huán)境保護局(EPA)提出飲用水中氯仿含量必須低于0.1mg/L，并推薦二氧化氯消毒。二氧化氯消毒的安全性被世界衛(wèi)生組織(世衛(wèi)組織)列為A1級，是公認(rèn)的含氯消毒劑最理想的替代產(chǎn)品。目前，美國和歐洲已有數(shù)千座水廠采用二氧化氯消毒；在我國多用于造紙、紡織等行業(yè)，并逐漸應(yīng)用于自來水廠。
在水處理中，ClO2不僅可以作為高效的消毒劑，還可以加入到原水中，在沉淀池或過濾池前進行預(yù)氧化或中間氧化，以控制臭氣(特別是氯酚或藻類副產(chǎn)物的臭氣)，防止微生物生長，強化混凝。
過濾器；也可用于去除水中的鐵、錳和色度。此外，一些歐洲國家已經(jīng)將ClO2、O3 (Cl2)聯(lián)用進行飲用水處理，并取得了良好的效果。1.2二氧化氯的物理性質(zhì)
二氧化氯(ClO2)在室溫(20℃)下是一種黃綠色氣體。有類似氯氣和臭氧的刺激性氣味，分子量67.45，比空氣重，熔點-59℃，沸點11℃。
二氧化氯易溶于水，但不與水反應(yīng)。22℃時，其溶解度約為氯氣的5倍，達(dá)到2.9g/L，二氧化氯在水中的溶解度隨溫度升高而降低。同時，盡管二氧化氯分子的電子結(jié)構(gòu)是不飽和的，但它在水中不以聚合狀態(tài)存在，這對
二氧化氯在水中的快速擴散是非常有益的。但二氧化氯水溶液易揮發(fā)，在高溫和光照下會產(chǎn)生二氧化氯-和三氧化氯-因此應(yīng)避光低溫保存。
據(jù)介紹，二氧化氯在常溫下可被壓縮成深紅色液體，極易揮發(fā)，不穩(wěn)定，遇光、機械碰撞或有機物會發(fā)生爆炸。當(dāng)空氣中的體積濃度超過10%或水中的濃度超過30%時，也會發(fā)生爆炸。而當(dāng)二氧化氯溶液濃度低于10g/L時，基本沒有爆炸的危險。
由于二氧化氯對壓力、溫度和光敏感，不能壓縮液化儲存和運輸，使用時只能在現(xiàn)場臨時配制。1.3二氧化氯的氧化消毒機理
ClO2作為一種強氧化劑，在酸性條件下具有很強的氧化性:自來水廠pH≈7的中性條件下，ClO2+4H++5e=Cl-+2H2O，ClO2+e=ClO2-。
ClO2-+2H2O+4e=Cl？-+4OH-
ClO2能氧化去除水中的S2-、SO32-和NO2-等少量還原性酸根，還能去除水中的Fe2+、Mn2+和重金屬離子。另外，對于水中有機物的氧化，Cl2主要是親電取代，而ClO2主要是氧化還原，可以降解腐殖酸和富里酸，降解產(chǎn)物并不以氯仿的形式存在。
二氧化氯是一種廣譜高效的消毒劑。實驗表明，它對細(xì)菌、孢子、藻類、真菌和病毒都有很好的殺滅作用。關(guān)于二氧化氯的消毒機理，一般認(rèn)為二氧化氯對微生物細(xì)胞壁有很好的吸附和滲透作用，能滲透到細(xì)胞內(nèi)與含巰基(-SH)的酶發(fā)生反應(yīng)，使其迅速失活，抑制細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，從而達(dá)到滅活微生物的目的。
因為細(xì)菌、病毒、真菌都是單細(xì)胞低級微生物，它們的酶系統(tǒng)分布在細(xì)胞膜表面，容易被ClO2攻擊而失活。而在人和動物細(xì)胞中，酶系統(tǒng)位于細(xì)胞質(zhì)中，受到系統(tǒng)的保護，所以ClO2很難與酶直接相關(guān)。
接觸，所以對人和動物的傷害較小。
1.4二氧化氯的氧化消毒特性
ClO2-是一種強氧化劑，能選擇性氧化水中的有機物。
(1)ClO2-氧化能力強，是氯氣的2.5倍，能快速殺滅水中的致病菌、病毒和藻類(包括孢子、病毒和蠕蟲)。
(2)與氯不同，ClO2-的消毒性能不受pH值的影響。這主要是因為氯消毒靠次氯酸，而二氧化氯靠自身。
(3)ClO2不與氨或氯胺反應(yīng)，在氨含量較高的水中也能起到很好的殺菌作用，而氯消毒會受到很大影響。
(4)隨著水溫的升高，二氧化氯的失活能力增強，彌補了二氧化氯在水中溶解度的降低。(5)5)clo 2的殘留量可以在管網(wǎng)中持續(xù)較長時間，因此對病毒和細(xì)菌的滅活效果比臭氧和氯氣更有效。
(6)二氧化氯具有很強的脫色、除臭和除鐵除錳作用。
(7)二氧化氯消毒只是與一些有機物發(fā)生選擇性氧化反應(yīng)，會降解成主要含氧基團的產(chǎn)物，不會產(chǎn)生含氯有機物。所需用量小，約為氯氣用量的40%，且不受水中氨氮的影響。因此，用二氧化氯代替氯氣進行消毒，可使水中三氯甲烷的量減少90%。1.5二氧化氯的制備及經(jīng)濟比較
二氧化氯的制備方法包括化學(xué)反應(yīng)法、電解鹽法和離子交換法。其中化學(xué)法和電解法在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。
化學(xué)方法
化學(xué)反應(yīng)制備二氧化氯的方法有:(1)鹽酸與亞氯酸鈉反應(yīng)，5 naclo 2+4 HCl = 5 NaCl+4 HCl+2h2o；(2)將鹽酸與亞氯酸鈉反應(yīng)。
2naclo3+4hcl = 2ncl+2clo2+2h2o (3)液氣混合反應(yīng)2naclo2+Cl2 = 2ncl+2clo2
方法(3)中開發(fā)的二氧化氯發(fā)生器，使用時將固體亞氯酸鈉投入反應(yīng)器中，用空氣稀釋的氯氣通過反應(yīng)器，反應(yīng)過程中始終保持過量的亞氯酸鈉，所有的氯氣都能參與反應(yīng)，避免了產(chǎn)品與氯氣混合。但由于NaClO2價格昂貴，該方法的成本和運行費用較高，難以在飲用水處理中推廣。目前制備二氧化氯的一般化學(xué)方法是指方法(1)。該方法具有生產(chǎn)規(guī)模小、設(shè)備簡單、易于實現(xiàn)自動化操作等優(yōu)點，適合在水處理中生產(chǎn)應(yīng)用。但同樣的問題是NaClO2價格昂貴，這種方法的ClO2理論收率只有80%。因此，一家公司開發(fā)了一種二氧化氯發(fā)生器，利用NaClO3和H2SO4反應(yīng)制備二氧化氯。它的反應(yīng)原理是:
2 naclo 3+2 NaCl+2h2so 4 = 2clo 2+Cl2+2H2O+2na 2 so 4反應(yīng)中會產(chǎn)生氯氣，用戶根據(jù)需要對氣體進行凈化，2NaClO2+Cl2=2NaCl+2ClO2。
據(jù)說這個發(fā)生器產(chǎn)生的混合氣體70%是ClO2，剩下的30%是Cl2。使用凈化器后二氧化氯含量可達(dá)95%。該發(fā)電機價格不到同規(guī)格電解發(fā)電機的1/2，低于使用NaClO2的發(fā)電機。設(shè)備可連續(xù)或間歇運行，發(fā)電機可調(diào)范圍大。同時，NaClO3價格低廉，僅為NaClO2價格的十分之一，運行成本低，具有一定的競爭力。
電解法
電解氯化鈉溶液用于生產(chǎn)二氧化氯。以食鹽為原料，采用隔膜電解工藝。陽極室注入飽和鹽溶液，陰極室加入自來水。接通電源后，離子定向遷移，在陽極室和中性電極周圍產(chǎn)生ClO2、O3、H2O2、Cl2等混合氣體。在生產(chǎn)中，可通過降低電解溫度、控制鹽水流量和增加陽極室中三氧化氯含量來提高二氧化氯產(chǎn)量。產(chǎn)生的混合氣體ClO2只占10%左右，除O3和H2O2外，大部分是氯氣。這就避免不了液氯消毒的缺點。同時，二氧化氯含量難以準(zhǔn)確計算，設(shè)備復(fù)雜，易損件價格昂貴，操作維護困難。但目前，這種方法在中國仍被廣泛使用。
另據(jù)報道，電解可產(chǎn)生一種主要由二氧化氯(37%)、氯氣(27%)、臭氧(15%)、過氧化氫(10%)和其他(11%)組成的復(fù)合消毒劑。因為氧化速率O3 >
ClO2>Cl2，所以O(shè)3和ClO2首先氧化分解沉淀中的有機物并進行消毒，而27%的Cl2可以保證水中有足夠的余氯。這對快速氧化，殺滅水中微生物，穩(wěn)定水質(zhì)有很好的作用。
此外，液體穩(wěn)定性二氧化氯和固體穩(wěn)定性二氧化氯也有研究報道。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，投加10mg/L液氯進行消毒，成本約為0.022元/噸水；加入0.5mg/L由HCl和NaClO2制備的ClO2，每噸水的消毒成本約為0.02元。而采用液態(tài)二氧化氯和固態(tài)二氧化氯消毒時，藥劑成本分別為每噸水0.35元和0.12元(用量為0.5mg/L)，經(jīng)濟性明顯較差。1.6二氧化氯使用中的問題
二氧化氯加入水中，50% ~ 70%會轉(zhuǎn)化為二氧化氯和三氧化氯。許多實驗表明，ClO2-和ClO3-對紅細(xì)胞有害，干擾碘的吸收和代謝，增加血液中的膽固醇。EPA推薦二氧化氯消毒中殘留氧化劑的總量(ClO2+ClO2-+ClO3-)。
二氧化氯氧化分解有機物具有很強的選擇性。它能氧化去除Fe2+、Mn2+、氰化物、苯酚等。在水中；能氧化硫醇、仲胺、叔胺，消除水中的難聞氣味，但不容易氧化醇、醛、酮、伯胺等有機物，導(dǎo)致去除不徹底。
二氧化氯活性大，易爆炸，有毒。因此，使用二氧化氯時要非常注意安全。一般在二氧化氯制備系統(tǒng)中，應(yīng)嚴(yán)格控制原料的稀釋濃度，防止誤操作，并制定相應(yīng)的安全措施。二氧化氯應(yīng)低溫避光保存；ClO2車間嚴(yán)禁使用火種并配備良好的通風(fēng)設(shè)備。2.臭氧2.1臭氧的應(yīng)用
1840年，瑞士化學(xué)家Schō nbein證實了臭氧的存在。1886年，法國人梅里泰努斯發(fā)現(xiàn)臭氧具有殺菌作用。1893年，荷蘭首次將臭氧應(yīng)用于水消毒。1906年，法國尼斯在大型凈水廠使用臭氧進行水處理，至今已有近百年的歷史。
臭氧氧化能力強，殺傷力大，消毒殺菌速度快；臭氧可以氧化溶解的鐵和錳，形成高價沉淀，易于去除；能把氰化物、苯酚等有毒有害物質(zhì)氧化成無害物質(zhì)；能氧化致臭致色物質(zhì)，從而降低臭味和色度；將可生物降解的大分子有機物氧化分解成中小分子量有機物，易于生物降解；臭氧預(yù)處理還可以起到微絮凝的作用，提高出水水質(zhì)。臭氧的應(yīng)用在處理過程中不會產(chǎn)生有害的化學(xué)物質(zhì)。
目前，世界上有成千上萬的水廠使用臭氧進行處理和消毒。在歐洲主要城市，臭氧已被用作去除水污染的主要方法，用于飲用水的深度凈化。自20世紀(jì)70年代初以來，許多國家研究了臭氧在城市污水、工業(yè)廢水和循環(huán)冷卻水處理中的應(yīng)用，并有許多成功的例子。自20世紀(jì)70年代中期以來，我國也開始了臭氧氧化工藝處理受污染飲用水源的試驗研究。目前國內(nèi)已有數(shù)十家水廠應(yīng)用于實際生產(chǎn)。
2.2臭氧的物理特性
O3是一種不穩(wěn)定的氣體，有特殊的刺激性氣味，常溫下呈淺藍(lán)色，液體中呈深藍(lán)色。O3是常用的最強氧化劑。它在水中的氧化還原電位為2.07V，而氯氣為1.36V，二氧化氯為1.50V。此外，O3具有強腐蝕性。
O3在空氣中會自己慢慢分解成O2，并放出大量的熱量。當(dāng)其濃度超過25%時，容易發(fā)生爆炸。但一般來說，臭氧化空氣中O3的濃度不超過10%，所以不會發(fā)生爆炸。
在標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度下，純臭氧的溶解度比氧氣大10倍，比空氣大25倍。0℃時，純臭氧在水中的溶解度可達(dá)1.371g/L..O3在水中不穩(wěn)定，在含有雜質(zhì)的水溶液中迅速分解成O2，產(chǎn)生單原子氧(O)、羥基(OH)等具有強烈殺菌作用的物質(zhì)。羥基的氧化還原電位為2.80伏..在20℃時，自來水中O3的半衰期約為20分鐘。
2.3臭氧氧化消毒的機理
O3溶于水，會有兩種反應(yīng):一種是直接氧化，反應(yīng)速度慢，選擇性高，容易與酚、乙醇、胺等芳香族化合物反應(yīng)。另一種是O3分解產(chǎn)生羥基自由基引起的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。這個反應(yīng)還會產(chǎn)生非?；钴S的單原子氧(O)，氧化能力強，能瞬間分解水中的有機物、細(xì)菌、微生物。O3→O2+(O) (O)+H2O→2OH
羥基是一種強氧化劑和催化劑，其引起的連鎖反應(yīng)可以充分降解水中的有機物。
溶液pH值高于7時，O3自分解加劇，以自由基反應(yīng)為主，速度快，選擇性低。
根據(jù)上述機理，O3可以氧化水中的大部分有機物使其降解，可以氧化酚類、氨氮、鐵、錳等無機還原性物質(zhì)。此外，O3具有較高的氧化還原電位，可以破壞或分解細(xì)菌的細(xì)胞壁。
容易通過微生物細(xì)胞膜迅速擴散到細(xì)胞內(nèi)，氧化酶等有機物；或者蛋白質(zhì)、核糖核酸等。，破壞其細(xì)胞膜和組織結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。所以O(shè)3除藻殺菌，對病毒、孢子等生命力強的微生物也能起到很好的滅活作用。
2.4臭氧的氧化消毒特性
(1)O3作為一種無二次污染的高效氧化劑，在常用氧化劑中氧化能力最強。
(O3>ClO2>Cl2>NH2Cl)，其氧化能力是氯氣的兩倍，殺菌能力是氯氣的幾百倍。它能氧化分解水中的有機物并氧化
去除無機還原性物質(zhì)可以非常迅速地殺死水中的細(xì)菌、藻類和病原體。
(2)O3消毒受pH值、水溫、水中氨含量的影響較小，但也具有一定的選擇性。比如綠霉和青霉菌對O3有抗性，所以需要很長時間才能殺死。O3用于飲用水消毒時，水的濁度和色度對消毒殺菌有影響，相當(dāng)一部分O3會用于無機和有機物質(zhì)的氧化分解。
(3)O3可以去除微生物、水生植物、藻類等有機物產(chǎn)生的氣味和味道，效果良好。其脫色能力比Cl2和ClO2更有效和快速。
(4)O3的加入可以改變小顆粒表面電荷的性質(zhì)和大小，使帶電小顆粒聚集；同時，O3氧化溶解性有機物過程中存在“微絮凝”，對提高混凝效果有一定作用。
(5)O3消毒效果好，用量小，作用快，不含氯仿等有害物質(zhì)，水的感官指標(biāo)好。O3對一些頑固病毒的滅活效果遠(yuǎn)高于氯，但O3在水中分解速度快，無法在管網(wǎng)中保持一定的消毒劑殘留水平。因此，通常在O3消毒后的水中加入少量的含氯消毒劑。
(6)O3能將水中不可降解的大分子有機物氧化分解為小分子有機物，并向水中增氧，增加水中溶解氧，為后續(xù)處理(尤其是生物處理)提供更好的條件。但從經(jīng)濟角度考慮，O3的用量不能太高，這樣氧化不完全。如果后續(xù)工藝處理不當(dāng)，還會產(chǎn)生三鹵甲烷等有害物質(zhì)。
(7)在水處理過程中，盡量不要生成新的三鹵甲烷，因為三鹵甲烷一旦生成，O3很難氧化去除。
2.5使用臭氧的問題
O3具有很強的氧化能力，但并不完美。O3的應(yīng)用存在一些問題，O3會帶來副產(chǎn)物。微污染水源中含有多種有機物，O3-能與有機物反應(yīng)生成一系列中間產(chǎn)物。很難檢測出所有的問題。因此，世界衛(wèi)生組織(世衛(wèi)組織)使用溴酸鹽和甲醛作為臭氧副產(chǎn)品的指標(biāo)。由于經(jīng)濟原因，O3的用量不能大到無機所有大分子有機物。另外，即使過量加入O3，也會出現(xiàn)其他物質(zhì)，無法完全礦化有機物，因為O3氧化大部分有機物產(chǎn)生的不完全氧化產(chǎn)物可能會阻礙O3的進一步分解，使O3無法完全氧化這些中間產(chǎn)物，如甘油、乙醇、乙酸等。同時，O3不能有效地去除氨氮，對水中的有機氯化物沒有氧化作用。
O3處理時與有機物反應(yīng)生成不飽和醛類、環(huán)氧化合物等有毒物質(zhì)，對人體健康有不良影響。如果水中含有更多的溴離子，O3會將其氧化為次溴酸。次溴酸與鹵代消毒副產(chǎn)物前體反應(yīng)，會產(chǎn)生溴仿等溴代消毒副產(chǎn)物。溴離子可以被進一步氧化成溴酸根離子，產(chǎn)生誘變陽性流出物。臭氧化后，水中的可同化有機碳(AOC)上升，這可能導(dǎo)致水中細(xì)菌的繁殖。為了在管網(wǎng)中保持足夠的殘留消毒劑，臭氧處理后投加氯氣或氯胺，會分別生成三氯硝基甲烷和氯化氰，成為新的消毒副產(chǎn)物，其毒性尚不清楚。對于某些農(nóng)藥來說，O3氧化的產(chǎn)物可能更有害。
2.6臭氧的制備和經(jīng)濟分析
產(chǎn)生臭氧的方法包括無聲放電、輻射、紫外線和電解。在實際的凈水廠中使用無聲放電法。
為了將氧氣(O2-)轉(zhuǎn)化為O3，首先需要大量的能量將O-O鍵裂解成氧原子。無聲放電是利用高速電子轟擊氧氣，分解成氧原子:O2 = 2O。部分氧原子離解后合成臭氧:3O = O3。
有的重新合成為氧氣，有的與氧氣合成為O3: O+O2 = O3。
以上反應(yīng)都是可逆的，生成的O3也會分解成氧原子和活性氧。所以通過放電區(qū)的氧氣只有一部分可以變成O3，所以產(chǎn)生的O3通常是指含有一定濃度O3的空氣，稱為臭氧化空氣，而不是單純的臭氧氣體。
理論上需要0.836 kw·h；產(chǎn)生1千克臭氧。而用空氣生產(chǎn)O3時，只有4 ~ 6%的電能做有效功，每公斤O3的實際電耗為15 ~ 20kW·h，用純氧生產(chǎn)O3的電耗可減少一半左右。根據(jù)目前的技術(shù)水平，生產(chǎn)O3的原料分為空氣、純氧和液氧。
液氧的使用一般適合中小規(guī)模(臭氧量為50kg/h)。用干燥空氣制備O3，臭氧濃度一般為1 ~ 3%；而純氧或液氧產(chǎn)生臭氧的濃度可以達(dá)到10%左右，空氣產(chǎn)生O3的耗電量是另外兩種方法的兩倍左右。據(jù)相關(guān)報道，使用干燥空氣、現(xiàn)場制純氧和購買液氧，每公斤O3的生產(chǎn)成本分別約為16.0元、12.0元和17.3元?？梢姮F(xiàn)場制備純氧的方法成本最低。如果投加量為5mg/L，則每噸水的O3處理成本為0.06元。
在實踐中，O3并不單獨使用，常與顆?；钚蕴柯?lián)用進行飲用水深度處理，即臭氧-活性炭水處理工藝，效果良好。對其生產(chǎn)成本分析表明，水廠規(guī)模為50 ~ 40萬噸/日。
臭氧-活性炭工藝增加的制水成本在0.10-0.15元/噸之間。根據(jù)我國自來水廠的供水情況，從提高水質(zhì)和人民生活水平來看，該工藝是完全可以接受的。
總的來說，雖然在施加O3時會產(chǎn)生副產(chǎn)物，但濃度一般不高，毒性問題也不嚴(yán)重。根據(jù)目前的研究，就副產(chǎn)物的數(shù)量和毒性以及出水的誘變活性而言，O3優(yōu)于Cl2和ClO2。
結(jié)論
1.ClO2和O3都是高效氧化消毒劑，其氧化消毒能力受水中pH值和氨氮的影響較小，消毒時不會產(chǎn)生氯仿，是液氯消毒的理想替代產(chǎn)品。
2.ClO2比O3具有更高的穩(wěn)定性，同時比氯氣具有更強的消毒能力；但氧化能力比O3差。然而，當(dāng)臭氧用于消毒時，氯、氯胺、二氧化氯等。需要作為輔助消毒劑，以維持管網(wǎng)中的持續(xù)消毒能力。
3.為了避免三鹵甲烷難以去除，建議在原水中腐殖質(zhì)、藻類和苯酚含量較高的水廠中使用ClO2或O3進行預(yù)處理。
4.在水處理中使用O3的成本略高于使用ClO2，但在水質(zhì)方面，使用臭氧-活性炭工藝優(yōu)于使用ClO2。就經(jīng)濟水平而言，這兩種改善水質(zhì)的方法都是可以接受的，各水廠可以根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的措施。
5.由于二氧化氯和臭氧具有很強的氧化能力，且都具有毒性和腐蝕性，在使用時應(yīng)采取安全防護措施。
各種水處理中臭氧用量的計算
臭氧的輸送量需要根據(jù)客戶每小時處理的水量(多少立方米)來配置。
所以，你需要先了解客戶的情況，再和客戶溝通(1。處理什么水；2.每小時處理的水量是多少)
計算方法:水量(立方小時)*臭氧產(chǎn)量=臭氧產(chǎn)量。
純化水:5 G臭氧(國家嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)是氧源)，或者空氣源。
礦泉水:3-5G臭氧(國家嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)是氧源)或空氣源。
純凈水/礦泉水的臭氧投加方式:
1.純凈水的常規(guī)生產(chǎn)流程是:水源-增壓泵-多介質(zhì)過濾器-活性炭過濾器-離子交換器-精密過濾器-高壓泵-一級反滲透-二級反滲透-臭氧消毒-儲水罐-灌裝機-包裝車間。
2.礦泉水的常規(guī)生產(chǎn)流程是:水源-增壓泵-石英砂過濾器-活性炭過濾器-精密過濾器-超濾主機-臭氧消毒-儲水罐-灌裝機-包裝車間。
對于純凈水/礦泉水的臭氧消毒，建議使用氧氣氣源。通常，在常規(guī)過濾后加入臭氧，并配備臭氧反應(yīng)罐。為保證消毒滅菌效果，水中臭氧濃度應(yīng)高于0.4mg/l，接觸4分鐘以上。有以下三種添加方式:
1.傳統(tǒng)曝氣方法——曝氣頭和曝氣盤
1.運行方式——曝氣法是將臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧氣體通過管道引入臭氧反應(yīng)池底部，通過曝氣頭和曝氣盤發(fā)出微氣泡，氣泡在上升過程中溶解水中的臭氧。曝氣的臭氧混合效率一般為20-30%；
反應(yīng)罐通常由不銹鋼制成。
反應(yīng)槽B裝有防回流裝置，防止回流到臭氧發(fā)生器。
c氣體分布在反應(yīng)池底部，曝氣過濾器的孔徑要小，以產(chǎn)生微氣泡。
d .反應(yīng)罐上側(cè)進水，反應(yīng)罐下側(cè)出水，與臭氧氣泡形成逆流，提高混合效率。
e、中上部應(yīng)配有液位顯示器，便于觀察氧化塔內(nèi)的水位。
2.優(yōu)點和缺點:
優(yōu)點:方便，能耗低。
缺點:噴嘴容易堵塞，氣液混合率低，水中臭氧濃度難以達(dá)到0.4 mg/L。
二:文丘里噴射混合法
1.操作方式——射流法是在高速水流的作用下，在射流裝置的氣腔內(nèi)形成負(fù)壓，吸入臭氧氣體，然后被高速水流擊碎臭氧氣體，形成微氣泡，與水充分接觸混合。噴射法混合臭氧的效率一般為25-40%。
2.如下圖:
2.注意事項:
a .安裝止回閥，并確保臭氧輸送管的最高點高于反應(yīng)罐頂部50厘米以上，以防止回水。
jet B的最佳應(yīng)用模式是與反應(yīng)罐一起使用。增壓泵將水從反應(yīng)池的下側(cè)送入射流，射流的出水從反應(yīng)池的下段進入反應(yīng)池。臭氧循環(huán)加入，帶臭氧氣泡的水流在反應(yīng)池中盤旋上升，提高了混合效率。
c給水管道應(yīng)采用PVC、不銹鋼等抗氧化材料，增壓泵應(yīng)采用不銹鋼材料。
優(yōu)點:投資少，混合好，接觸時間短，混合速度是曝氣法的幾倍，是主流的混合方式。
三。氣液混合泵
1.混合泵:一般為旋渦式，泵內(nèi)形成負(fù)壓，氣體(或液體)被吸入進氣口，通過多個葉輪的攪拌進行氣液、液液混合。使用混合泵溶解臭氧的效率較高，一般為40-70%。
2.安裝方法:將氣液混合泵連接到水路管道上，然后接入比例臭氧氣體，泵入容器內(nèi)，直接測量臭氧水的濃度。如果需要更高的濃度，可以直接循環(huán)，反復(fù)向水中加入臭氧，從而增加水中的臭氧濃度。
3.優(yōu)點和缺點:
優(yōu)點:使用方便，更美觀，比上述設(shè)備混合效率更高。
缺點:氣液比在規(guī)定范圍內(nèi)過于苛刻，導(dǎo)致小泵的臭氧發(fā)生器無法作用于大氣體積，導(dǎo)致使用成本隨著氣體流量的增加而增加。
4.注意事項:
當(dāng)氣液比為1: 9時，混合泵的混合效率最佳。
混合泵B的實際出水量為額定出水量與進氣量之差。當(dāng)混合泵的進氣量增加時，泵的出水量相應(yīng)減少。
c .安裝混合泵時，應(yīng)在入口和出口段增加調(diào)節(jié)閥和壓力表，以便調(diào)節(jié)最佳吸入量。
d .混合泵的水排出后，應(yīng)增加排氣罐或反應(yīng)罐，以排出水溶性微氣泡。
e混泵不宜接在主干道上，使混泵承擔(dān)供水和攪拌兩項責(zé)任，難以保證兩種效果。
四:臭氧混合塔
1.臭氧通過管道進入混合塔底部，經(jīng)過曝氣器，再通過微孔鼓泡器放出另一個微氣泡，在上升過程中將臭氧充分溶解在水中。水是從臭氧塔頂散出的，現(xiàn)在自然是從臭氧塔頂流走的。確保有足夠的時間將臭氧與水混合。底部可以測量殺菌效果，頂部配有尾氣排放和溢流口，保證多余的臭氧不會留在室內(nèi)。影響員工的生產(chǎn)。溢流確?；旌纤?nèi)部充滿水后，水不會回流到臭氧發(fā)生器而損壞臭氧發(fā)生器。
2優(yōu)缺點:
優(yōu)點:高混合比噴射器高，臭氧塔本質(zhì)上是一次性投資。省去了使用射流裝置增加增壓泵和使用氣液混合泵浪費電力的成本，整體形象美觀大方。
缺點:一次性投入成本高。水底壓力越高，臭氧入口壓力驅(qū)動的曝氣壓力越強。一般大型制水工程很少使用，或者將部分水混合后加入主管水中。然而，除非給出有效的接觸時間，否則臭氧混合塔在一定接觸時間內(nèi)的混合速率仍然較低。
水處理用臭氧發(fā)生器
(圖為高濃度氧源YT-018-100 a)Description.jpg。
(YT-016-30A氧源高濃度臭氧發(fā)生器)
產(chǎn)品特點:
1.采用寬電壓高頻技術(shù)，能耗低，O3濃度高，殺菌快，整機壽命長，適用于任何地區(qū)的家用電壓。
2.該設(shè)備體積小，易于安裝和操作。
3.內(nèi)部空氣供應(yīng)被清潔和干燥，以滿足清潔和干燥空氣供應(yīng)的要求。
4.設(shè)備內(nèi)置PSA制氧系統(tǒng)，氧氣純度高，臭氧輸出濃度高。
5.臭氧濃度可以調(diào)節(jié)，方便不同地區(qū)對臭氧濃度的要求。
產(chǎn)品特點:
1.臭氧是一種強氧化劑、消毒劑和殺菌劑。不僅對消毒、脫色、除臭、分解有毒化學(xué)物質(zhì)特別有效，而且不會產(chǎn)生二次污染。因此越來越受到人們的重視，并在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。
2.主要用途:用于自來水、飲用水、礦泉水、循環(huán)冷卻水、游泳循環(huán)水、醫(yī)院污水等工業(yè)用水的消毒、殺菌、除臭、除臭；含酚、硫、磷、鐵、錳等金屬離子的廢水處理；特別是用于生物毒性和難降解污染物的處理，提高其生物活性，具有特殊效果。
3.用于飲用水，除殺菌消毒外，還具有脫色、除臭、除鐵除錳、去除余氯、氧化分解有機物、控制藻類、改善水質(zhì)和口感、環(huán)保、無殘留、避免二氧化氯造成的二次污染。
4.游泳池水:消毒殺菌，分解水中的腐殖質(zhì)；改善水質(zhì)，使水呈現(xiàn)美麗的藍(lán)色；PH值穩(wěn)定；分解水中有機物，消除氯副作用:有效預(yù)防和消除氯處理引起的眼部不適，刺激皮膚，泳池上方空氣的刺激性氣味；減少化學(xué)試劑的使用。
5.醫(yī)院污水:高效快速消毒，殺滅各種微生物，去除污水的色、臭、氰等污染物，增加水中溶解氧改善水質(zhì)，分解難生物降解的有機物和三向物質(zhì)，提高污水的可生化性，易分解，不造成二次污染。
6.中水回用:殺菌、消毒、消毒、脫色、除臭，無二次污染。
7.工業(yè)廢水:依靠試工業(yè)，廢水中的氰化物、苯酚等有機燃料能迅速分解，達(dá)到脫色除臭、去除有害物質(zhì)、降低COD的目的。
應(yīng)用領(lǐng)域:
飲用(瓶裝)、管道直飲水處理游泳池、桑拿水處理。食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)的水處理和航天電器表面的消毒滅菌。工業(yè)用水、中水和污水的臭氧殺菌、脫色和COD降低處理。制作高濃度臭氧水，沖洗噴灑原輔材料，清洗蔬菜水果，達(dá)到表面消毒殺菌的目的。其他需要水處理、室內(nèi)空氣殺菌、消除異味、防霉保鮮的行業(yè)，都可以用臭氧消毒器處理。醫(yī)療用水、純凈水、礦泉水、二次供水、生活污水處理、工業(yè)污水處理、游泳池水處理、食品飲料行業(yè)，以及化工、造紙行業(yè)的脫脂、脫色、漂白。
礦泉水廠生產(chǎn)工藝流程圖:
純凈水/礦泉水廠生產(chǎn)流程(圖):
a)原水泵
主要功能:系統(tǒng)供水壓力恒定，供水穩(wěn)定。
b)機械過濾器
多層過濾層過濾器主要用于去除顆粒大于20μ m的物質(zhì)，如錳、鐵重金屬、沉淀物、鐵銹、膠體物質(zhì)、懸浮物等。包含在生水中。該系統(tǒng)可以進行反沖洗和正沖洗等一系列操作。
主要作用:保證設(shè)備產(chǎn)水量，延長設(shè)備使用壽命。
c)活性炭過濾器
使用貝殼活性炭過濾器，活性炭不僅可以吸附電解質(zhì)離子，還可以進行離子交換吸附?；钚蕴课竭€可以將高錳酸鉀的耗氧量(COD)從15mg/L(O2)降低到2-7mg/L(O2)。此外，吸附可以增加被吸附和復(fù)制表面的濃度，對去除色素、異味、大量生化有機物、降低水中殘留鹵值和農(nóng)藥污染物、去除水中三鹵化物(THM)等污染物也有催化作用。該系統(tǒng)可以進行反沖洗和正沖洗等一系列操作。同時設(shè)備有自維護系統(tǒng)，運行成本很低。
主要功能:保證產(chǎn)水質(zhì)量，延長設(shè)備使用壽命。
d)軟化系統(tǒng)
為了防止CACO3、MGCO3、MGSO4、CASO4、BASO4、SRSO4和ISO4在濃水端，特別是RO單元最后一個膜組件的濃水側(cè)結(jié)晶出來，大于其平衡溶解常數(shù)，破壞膜的原有特性，在進入反滲透膜組件之前，在系統(tǒng)中使用鈉離子交換樹脂進行離子交換吸附，去除水中的主要硬度成分。吸附飽和后，樹脂失效，可用工業(yè)鹽再生樹脂。
每套軟化系統(tǒng)包括:軟化罐、控制器(或射流/鹽泵)、鹽罐和鹽閥。其主要作用是防止反滲透結(jié)垢，延長反滲透膜的使用壽命。
e)精密過濾器
精密過濾器用于保留從預(yù)處理系統(tǒng)中泄漏的少量機械雜質(zhì)。過濾器由工程塑料或SUS304制成；配有PPF濾芯。聚丙烯濾芯是一種高效低阻的深層濾芯。適用于低懸浮雜質(zhì)(濁度小于2-5度)水的進一步凈化。聚丙烯濾芯由聚丙烯纖維按照一定規(guī)律纏繞在注塑成型的聚丙烯多孔管上而成。主要作用:保證進入反滲透膜的水的粒徑小于0.1 μm
f)反滲透系統(tǒng)
反滲透裝置利用足夠的壓力通過反滲透膜(或半透膜)將溶液中的溶劑(通常是水)分離出來。因為這個過程與自然滲透相反，所以叫反滲透。
反滲透能適應(yīng)各種含鹽量的原水，特別是在高含鹽量的水處理工程中，能獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。反滲透法脫鹽率高，回收率高，運行穩(wěn)定，占地面積小，操作簡單。反滲透設(shè)備可以在脫鹽的同時去除大部分細(xì)菌、膠體和高分子量有機物。h)設(shè)備工藝流程圖:
原水→原水增壓泵→多介質(zhì)過濾器→活性炭過濾器→離子交換器→保安過濾器→多級高壓泵→RO反滲透系統(tǒng)→純水箱→桶/瓶水自動灌裝生產(chǎn)線→包裝→入庫。
一、礦泉水生產(chǎn)工藝流程圖:1422238291839463.png
臭氧和二氧化氯在水處理中的應(yīng)用比較
目前，液氯是我國供水中使用的主要氧化消毒劑。但隨著水源水污染的變化，廢水中各種有機物的含量有所增加。氯消毒會產(chǎn)生氯化有機化合物，其中一些具有致突變作用。為了滿足人們對水質(zhì)的要求
尋求一種更安全、更經(jīng)濟的可替代氯的新型氧化消毒劑是未來給水處理的一個發(fā)展方向。其中，比較有前途的是二氧化氯(ClO2)和臭氧(O3)。1.二氧化氯(ClO2) 1.1應(yīng)用二氧化氯
19世紀(jì)初，美國科學(xué)家達(dá)瑞。發(fā)現(xiàn)了二氧化氯氣體。20世紀(jì)40年代，二氧化氯開始用于食品加工、紙張漂白和水凈化。由于二氧化氯不會與有機物反應(yīng)生成THMs，因此在飲用水處理中的應(yīng)用越來越廣泛。1983年，美國國家環(huán)境保護局(EPA)提出飲用水中氯仿含量必須低于0.1mg/L，并推薦二氧化氯消毒。二氧化氯消毒的安全性被世界衛(wèi)生組織(世衛(wèi)組織)列為A1級，是公認(rèn)的含氯消毒劑最理想的替代產(chǎn)品。目前，美國和歐洲已有數(shù)千座水廠采用二氧化氯消毒；在我國多用于造紙、紡織等行業(yè)，并逐漸應(yīng)用于自來水廠。
在水處理中，ClO2不僅可以作為高效的消毒劑，還可以加入到原水中，在沉淀池或過濾池前進行預(yù)氧化或中間氧化，以控制臭氣(特別是氯酚或藻類副產(chǎn)物的臭氣)，防止微生物生長，強化混凝。
過濾器；也可用于去除水中的鐵、錳和色度。此外，一些歐洲國家已經(jīng)將ClO2、O3 (Cl2)聯(lián)用進行飲用水處理，并取得了良好的效果。1.2二氧化氯的物理性質(zhì)
二氧化氯(ClO2)在室溫(20℃)下是一種黃綠色氣體。有類似氯氣和臭氧的刺激性氣味，分子量67.45，比空氣重，熔點-59℃，沸點11℃。
二氧化氯易溶于水，但不與水反應(yīng)。22℃時，其溶解度約為氯氣的5倍，達(dá)到2.9g/L，二氧化氯在水中的溶解度隨溫度升高而降低。同時，盡管二氧化氯分子的電子結(jié)構(gòu)是不飽和的，但它在水中不以聚合狀態(tài)存在，這對
二氧化氯在水中的快速擴散是非常有益的。但二氧化氯水溶液易揮發(fā)，在高溫和光照下會產(chǎn)生二氧化氯-和三氧化氯-因此應(yīng)避光低溫保存。
據(jù)介紹，二氧化氯在常溫下可被壓縮成深紅色液體，極易揮發(fā)，不穩(wěn)定，遇光、機械碰撞或有機物會發(fā)生爆炸。當(dāng)空氣中的體積濃度超過10%或水中的濃度超過30%時，也會發(fā)生爆炸。而當(dāng)二氧化氯溶液濃度低于10g/L時，基本沒有爆炸的危險。
由于二氧化氯對壓力、溫度和光敏感，不能壓縮液化儲存和運輸，使用時只能在現(xiàn)場臨時配制。1.3二氧化氯的氧化消毒機理
ClO2作為一種強氧化劑，在酸性條件下具有很強的氧化性:自來水廠pH≈7的中性條件下，ClO2+4H++5e=Cl-+2H2O，ClO2+e=ClO2-。
ClO2-+2H2O+4e=Cl？-+4OH-
ClO2能氧化去除水中的S2-、SO32-和NO2-等少量還原性酸根，還能去除水中的Fe2+、Mn2+和重金屬離子。另外，對于水中有機物的氧化，Cl2主要是親電取代，而ClO2主要是氧化還原，可以降解腐殖酸和富里酸，降解產(chǎn)物并不以氯仿的形式存在。
二氧化氯是一種廣譜高效的消毒劑。實驗表明，它對細(xì)菌、孢子、藻類、真菌和病毒都有很好的殺滅作用。關(guān)于二氧化氯的消毒機理，一般認(rèn)為二氧化氯對微生物細(xì)胞壁有很好的吸附和滲透作用，能滲透到細(xì)胞內(nèi)與含巰基(-SH)的酶發(fā)生反應(yīng)，使其迅速失活，抑制細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，從而達(dá)到滅活微生物的目的。
因為細(xì)菌、病毒、真菌都是單細(xì)胞低級微生物，它們的酶系統(tǒng)分布在細(xì)胞膜表面，容易被ClO2攻擊而失活。而在人和動物細(xì)胞中，酶系統(tǒng)位于細(xì)胞質(zhì)中，受到系統(tǒng)的保護，所以ClO2很難與酶直接相關(guān)。
接觸，所以對人和動物的傷害較小。
1.4二氧化氯的氧化消毒特性
ClO2-是一種強氧化劑，能選擇性氧化水中的有機物。
(1)ClO2-氧化能力強，是氯氣的2.5倍，能快速殺滅水中的致病菌、病毒和藻類(包括孢子、病毒和蠕蟲)。
(2)與氯不同，ClO2-的消毒性能不受pH值的影響。這主要是因為氯消毒靠次氯酸，而二氧化氯靠自身。
(3)ClO2不與氨或氯胺反應(yīng)，在氨含量較高的水中也能起到很好的殺菌作用，而氯消毒會受到很大影響。
(4)隨著水溫的升高，二氧化氯的失活能力增強，彌補了二氧化氯在水中溶解度的降低。(5)5)clo 2的殘留量可以在管網(wǎng)中持續(xù)較長時間，因此對病毒和細(xì)菌的滅活效果比臭氧和氯氣更有效。
(6)二氧化氯具有很強的脫色、除臭和除鐵除錳作用。
(7)二氧化氯消毒只是與一些有機物發(fā)生選擇性氧化反應(yīng)，會降解成主要含氧基團的產(chǎn)物，不會產(chǎn)生含氯有機物。所需用量小，約為氯氣用量的40%，且不受水中氨氮的影響。因此，用二氧化氯代替氯氣進行消毒，可使水中三氯甲烷的量減少90%。1.5二氧化氯的制備及經(jīng)濟比較
二氧化氯的制備方法包括化學(xué)反應(yīng)法、電解鹽法和離子交換法。其中化學(xué)法和電解法在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。
化學(xué)方法
化學(xué)反應(yīng)制備二氧化氯的方法有:(1)鹽酸與亞氯酸鈉反應(yīng)，5 naclo 2+4 HCl = 5 NaCl+4 HCl+2h2o；(2)將鹽酸與亞氯酸鈉反應(yīng)。
2naclo3+4hcl = 2ncl+2clo2+2h2o (3)液氣混合反應(yīng)2naclo2+Cl2 = 2ncl+2clo2
方法(3)中開發(fā)的二氧化氯發(fā)生器，使用時將固體亞氯酸鈉投入反應(yīng)器中，用空氣稀釋的氯氣通過反應(yīng)器，反應(yīng)過程中始終保持過量的亞氯酸鈉，所有的氯氣都能參與反應(yīng)，避免了產(chǎn)品與氯氣混合。但由于NaClO2價格昂貴，該方法的成本和運行費用較高，難以在飲用水處理中推廣。目前制備二氧化氯的一般化學(xué)方法是指方法(1)。該方法具有生產(chǎn)規(guī)模小、設(shè)備簡單、易于實現(xiàn)自動化操作等優(yōu)點，適合在水處理中生產(chǎn)應(yīng)用。但同樣的問題是NaClO2價格昂貴，這種方法的ClO2理論收率只有80%。因此，一家公司開發(fā)了一種二氧化氯發(fā)生器，利用NaClO3和H2SO4反應(yīng)制備二氧化氯。它的反應(yīng)原理是:
2 naclo 3+2 NaCl+2h2so 4 = 2clo 2+Cl2+2H2O+2na 2 so 4反應(yīng)中會產(chǎn)生氯氣，用戶根據(jù)需要對氣體進行凈化，2NaClO2+Cl2=2NaCl+2ClO2。
據(jù)說這個發(fā)生器產(chǎn)生的混合氣體70%是ClO2，剩下的30%是Cl2。使用凈化器后二氧化氯含量可達(dá)95%。該發(fā)電機價格不到同規(guī)格電解發(fā)電機的1/2，低于使用NaClO2的發(fā)電機。設(shè)備可連續(xù)或間歇運行，發(fā)電機可調(diào)范圍大。同時，NaClO3價格低廉，僅為NaClO2價格的十分之一，運行成本低，具有一定的競爭力。
電解法
電解氯化鈉溶液用于生產(chǎn)二氧化氯。以食鹽為原料，采用隔膜電解工藝。陽極室注入飽和鹽溶液，陰極室加入自來水。接通電源后，離子定向遷移，在陽極室和中性電極周圍產(chǎn)生ClO2、O3、H2O2、Cl2等混合氣體。在生產(chǎn)中，可通過降低電解溫度、控制鹽水流量和增加陽極室中三氧化氯含量來提高二氧化氯產(chǎn)量。產(chǎn)生的混合氣體ClO2只占10%左右，除O3和H2O2外，大部分是氯氣。這就避免不了液氯消毒的缺點。同時，二氧化氯含量難以準(zhǔn)確計算，設(shè)備復(fù)雜，易損件價格昂貴，操作維護困難。但目前，這種方法在中國仍被廣泛使用。
另據(jù)報道，電解可產(chǎn)生一種主要由二氧化氯(37%)、氯氣(27%)、臭氧(15%)、過氧化氫(10%)和其他(11%)組成的復(fù)合消毒劑。因為氧化速率O3 >
ClO2>Cl2，所以O(shè)3和ClO2首先氧化分解沉淀中的有機物并進行消毒，而27%的Cl2可以保證水中有足夠的余氯。這對快速氧化，殺滅水中微生物，穩(wěn)定水質(zhì)有很好的作用。
此外，液體穩(wěn)定性二氧化氯和固體穩(wěn)定性二氧化氯也有研究報道。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，投加10mg/L液氯進行消毒，成本約為0.022元/噸水；加入0.5mg/L由HCl和NaClO2制備的ClO2，每噸水的消毒成本約為0.02元。而采用液態(tài)二氧化氯和固態(tài)二氧化氯消毒時，藥劑成本分別為每噸水0.35元和0.12元(用量為0.5mg/L)，經(jīng)濟性明顯較差。1.6二氧化氯使用中的問題
二氧化氯加入水中，50% ~ 70%會轉(zhuǎn)化為二氧化氯和三氧化氯。許多實驗表明，ClO2-和ClO3-對紅細(xì)胞有害，干擾碘的吸收和代謝，增加血液中的膽固醇。EPA推薦二氧化氯消毒中殘留氧化劑的總量(ClO2+ClO2-+ClO3-)。
二氧化氯氧化分解有機物具有很強的選擇性。它能氧化去除Fe2+、Mn2+、氰化物、苯酚等。在水中；能氧化硫醇、仲胺、叔胺，消除水中的難聞氣味，但不容易氧化醇、醛、酮、伯胺等有機物，導(dǎo)致去除不徹底。
二氧化氯活性大，易爆炸，有毒。因此，使用二氧化氯時要非常注意安全。一般在二氧化氯制備系統(tǒng)中，應(yīng)嚴(yán)格控制原料的稀釋濃度，防止誤操作，并制定相應(yīng)的安全措施。二氧化氯應(yīng)低溫避光保存；ClO2車間嚴(yán)禁使用火種并配備良好的通風(fēng)設(shè)備。2.臭氧2.1臭氧的應(yīng)用
1840年，瑞士化學(xué)家Schō nbein證實了臭氧的存在。1886年，法國人梅里泰努斯發(fā)現(xiàn)臭氧具有殺菌作用。1893年，荷蘭首次將臭氧應(yīng)用于水消毒。1906年，法國尼斯在大型凈水廠使用臭氧進行水處理，至今已有近百年的歷史。
臭氧氧化能力強，殺傷力大，消毒殺菌速度快；臭氧可以氧化溶解的鐵和錳，形成高價沉淀，易于去除；能把氰化物、苯酚等有毒有害物質(zhì)氧化成無害物質(zhì)；能氧化致臭致色物質(zhì)，從而降低臭味和色度；將可生物降解的大分子有機物氧化分解成中小分子量有機物，易于生物降解；臭氧預(yù)處理還可以起到微絮凝的作用，提高出水水質(zhì)。臭氧的應(yīng)用在處理過程中不會產(chǎn)生有害的化學(xué)物質(zhì)。
目前，世界上有成千上萬的水廠使用臭氧進行處理和消毒。在歐洲主要城市，臭氧已被用作去除水污染的主要方法，用于飲用水的深度凈化。自20世紀(jì)70年代初以來，許多國家研究了臭氧在城市污水、工業(yè)廢水和循環(huán)冷卻水處理中的應(yīng)用，并有許多成功的例子。自20世紀(jì)70年代中期以來，我國也開始了臭氧氧化工藝處理受污染飲用水源的試驗研究。目前國內(nèi)已有數(shù)十家水廠應(yīng)用于實際生產(chǎn)。
2.2臭氧的物理特性
O3是一種不穩(wěn)定的氣體，有特殊的刺激性氣味，常溫下呈淺藍(lán)色，液體中呈深藍(lán)色。O3是常用的最強氧化劑。它在水中的氧化還原電位為2.07V，而氯氣為1.36V，二氧化氯為1.50V。此外，O3具有強腐蝕性。
O3在空氣中會自己慢慢分解成O2，并放出大量的熱量。當(dāng)其濃度超過25%時，容易發(fā)生爆炸。但一般來說，臭氧化空氣中O3的濃度不超過10%，所以不會發(fā)生爆炸。
在標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度下，純臭氧的溶解度比氧氣大10倍，比空氣大25倍。0℃時，純臭氧在水中的溶解度可達(dá)1.371g/L..O3在水中不穩(wěn)定，在含有雜質(zhì)的水溶液中迅速分解成O2，產(chǎn)生單原子氧(O)、羥基(OH)等具有強烈殺菌作用的物質(zhì)。羥基的氧化還原電位為2.80伏..在20℃時，自來水中O3的半衰期約為20分鐘。
2.3臭氧氧化消毒的機理
O3溶于水，會有兩種反應(yīng):一種是直接氧化，反應(yīng)速度慢，選擇性高，容易與酚、乙醇、胺等芳香族化合物反應(yīng)。另一種是O3分解產(chǎn)生羥基自由基引起的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。這個反應(yīng)還會產(chǎn)生非?；钴S的單原子氧(O)，氧化能力強，能瞬間分解水中的有機物、細(xì)菌、微生物。O3→O2+(O) (O)+H2O→2OH
羥基是一種強氧化劑和催化劑，其引起的連鎖反應(yīng)可以充分降解水中的有機物。
溶液pH值高于7時，O3自分解加劇，以自由基反應(yīng)為主，速度快，選擇性低。
根據(jù)上述機理，O3可以氧化水中的大部分有機物使其降解，可以氧化酚類、氨氮、鐵、錳等無機還原性物質(zhì)。此外，O3具有較高的氧化還原電位，可以破壞或分解細(xì)菌的細(xì)胞壁。
容易通過微生物細(xì)胞膜迅速擴散到細(xì)胞內(nèi)，氧化酶等有機物；或者蛋白質(zhì)、核糖核酸等。，破壞其細(xì)胞膜和組織結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。所以O(shè)3除藻殺菌，對病毒、孢子等生命力強的微生物也能起到很好的滅活作用。
2.4臭氧的氧化消毒特性
(1)O3作為一種無二次污染的高效氧化劑，在常用氧化劑中氧化能力最強。
(O3>ClO2>Cl2>NH2Cl)，其氧化能力是氯氣的兩倍，殺菌能力是氯氣的幾百倍。它能氧化分解水中的有機物并氧化
去除無機還原性物質(zhì)可以非常迅速地殺死水中的細(xì)菌、藻類和病原體。
(2)O3消毒受pH值、水溫、水中氨含量的影響較小，但也具有一定的選擇性。比如綠霉和青霉菌對O3有抗性，所以需要很長時間才能殺死。O3用于飲用水消毒時，水的濁度和色度對消毒殺菌有影響，相當(dāng)一部分O3會用于無機和有機物質(zhì)的氧化分解。
(3)O3可以去除微生物、水生植物、藻類等有機物產(chǎn)生的氣味和味道，效果良好。其脫色能力比Cl2和ClO2更有效和快速。
(4)O3的加入可以改變小顆粒表面電荷的性質(zhì)和大小，使帶電小顆粒聚集；同時，O3氧化溶解性有機物過程中存在“微絮凝”，對提高混凝效果有一定作用。
(5)O3消毒效果好，用量小，作用快，不含氯仿等有害物質(zhì)，水的感官指標(biāo)好。O3對一些頑固病毒的滅活效果遠(yuǎn)高于氯，但O3在水中分解速度快，無法在管網(wǎng)中保持一定的消毒劑殘留水平。因此，通常在O3消毒后的水中加入少量的含氯消毒劑。
(6)O3能將水中不可降解的大分子有機物氧化分解為小分子有機物，并向水中增氧，增加水中溶解氧，為后續(xù)處理(尤其是生物處理)提供更好的條件。但從經(jīng)濟角度考慮，O3的用量不能太高，這樣氧化不完全。如果后續(xù)工藝處理不當(dāng)，還會產(chǎn)生三鹵甲烷等有害物質(zhì)。
(7)在水處理過程中，盡量不要生成新的三鹵甲烷，因為三鹵甲烷一旦生成，O3很難氧化去除。
2.5使用臭氧的問題
O3具有很強的氧化能力，但并不完美。O3的應(yīng)用存在一些問題，O3會帶來副產(chǎn)物。微污染水源中含有多種有機物，O3-能與有機物反應(yīng)生成一系列中間產(chǎn)物。很難檢測出所有的問題。因此，世界衛(wèi)生組織(世衛(wèi)組織)使用溴酸鹽和甲醛作為臭氧副產(chǎn)品的指標(biāo)。由于經(jīng)濟原因，O3的用量不能大到無機所有大分子有機物。另外，即使過量加入O3，也會出現(xiàn)其他物質(zhì)，無法完全礦化有機物，因為O3氧化大部分有機物產(chǎn)生的不完全氧化產(chǎn)物可能會阻礙O3的進一步分解，使O3無法完全氧化這些中間產(chǎn)物，如甘油、乙醇、乙酸等。同時，O3不能有效地去除氨氮，對水中的有機氯化物沒有氧化作用。
O3處理時與有機物反應(yīng)生成不飽和醛類、環(huán)氧化合物等有毒物質(zhì)，對人體健康有不良影響。如果水中含有更多的溴離子，O3會將其氧化為次溴酸。次溴酸與鹵代消毒副產(chǎn)物前體反應(yīng)，會產(chǎn)生溴仿等溴代消毒副產(chǎn)物。溴離子可以被進一步氧化成溴酸根離子，產(chǎn)生誘變陽性流出物。臭氧化后，水中的可同化有機碳(AOC)上升，這可能導(dǎo)致水中細(xì)菌的繁殖。為了在管網(wǎng)中保持足夠的殘留消毒劑，臭氧處理后投加氯氣或氯胺，會分別生成三氯硝基甲烷和氯化氰，成為新的消毒副產(chǎn)物，其毒性尚不清楚。對于某些農(nóng)藥來說，O3氧化的產(chǎn)物可能更有害。
2.6臭氧的制備和經(jīng)濟分析
產(chǎn)生臭氧的方法包括無聲放電、輻射、紫外線和電解。在實際的凈水廠中使用無聲放電法。
為了將氧氣(O2-)轉(zhuǎn)化為O3，首先需要大量的能量將O-O鍵裂解成氧原子。無聲放電是利用高速電子轟擊氧氣，分解成氧原子:O2 = 2O。部分氧原子離解后合成臭氧:3O = O3。
有的重新合成為氧氣，有的與氧氣合成為O3: O+O2 = O3。
以上反應(yīng)都是可逆的，生成的O3也會分解成氧原子和活性氧。所以通過放電區(qū)的氧氣只有一部分可以變成O3，所以產(chǎn)生的O3通常是指含有一定濃度O3的空氣，稱為臭氧化空氣，而不是單純的臭氧氣體。
理論上需要0.836 kw·h；產(chǎn)生1千克臭氧。而用空氣生產(chǎn)O3時，只有4 ~ 6%的電能做有效功，每公斤O3的實際電耗為15 ~ 20kW·h，用純氧生產(chǎn)O3的電耗可減少一半左右。根據(jù)目前的技術(shù)水平，生產(chǎn)O3的原料分為空氣、純氧和液氧。
液氧的使用一般適合中小規(guī)模(臭氧量為50kg/h)。用干燥空氣制備O3，臭氧濃度一般為1 ~ 3%；而純氧或液氧產(chǎn)生臭氧的濃度可以達(dá)到10%左右，空氣產(chǎn)生O3的耗電量是另外兩種方法的兩倍左右。據(jù)相關(guān)報道，使用干燥空氣、現(xiàn)場制純氧和購買液氧，每公斤O3的生產(chǎn)成本分別約為16.0元、12.0元和17.3元?？梢姮F(xiàn)場制備純氧的方法成本最低。如果投加量為5mg/L，則每噸水的O3處理成本為0.06元。
在實踐中，O3并不單獨使用，常與顆?；钚蕴柯?lián)用進行飲用水深度處理，即臭氧-活性炭水處理工藝，效果良好。對其生產(chǎn)成本分析表明，水廠規(guī)模為50 ~ 40萬噸/日。
臭氧-活性炭工藝增加的制水成本在0.10-0.15元/噸之間。根據(jù)我國自來水廠的供水情況，從提高水質(zhì)和人民生活水平來看，該工藝是完全可以接受的。
總的來說，雖然在施加O3時會產(chǎn)生副產(chǎn)物，但濃度一般不高，毒性問題也不嚴(yán)重。根據(jù)目前的研究，就副產(chǎn)物的數(shù)量和毒性以及出水的誘變活性而言，O3優(yōu)于Cl2和ClO2。
結(jié)論
1.ClO2和O3都是高效氧化消毒劑，其氧化消毒能力受水中pH值和氨氮的影響較小，消毒時不會產(chǎn)生氯仿，是液氯消毒的理想替代產(chǎn)品。
2.ClO2比O3具有更高的穩(wěn)定性，同時比氯氣具有更強的消毒能力；但氧化能力比O3差。然而，當(dāng)臭氧用于消毒時，氯、氯胺、二氧化氯等。需要作為輔助消毒劑，以維持管網(wǎng)中的持續(xù)消毒能力。
3.為了避免三鹵甲烷難以去除，建議在原水中腐殖質(zhì)、藻類和苯酚含量較高的水廠中使用ClO2或O3進行預(yù)處理。
4.在水處理中使用O3的成本略高于使用ClO2，但在水質(zhì)方面，使用臭氧-活性炭工藝優(yōu)于使用ClO2。就經(jīng)濟水平而言，這兩種改善水質(zhì)的方法都是可以接受的，各水廠可以根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的措施。
5.由于二氧化氯和臭氧具有很強的氧化能力，且都具有毒性和腐蝕性，在使用時應(yīng)采取安全防護措施。
各種水處理中臭氧用量的計算
臭氧的輸送量需要根據(jù)客戶每小時處理的水量(多少立方米)來配置。
所以，你需要先了解客戶的情況，再和客戶溝通(1。處理什么水；2.每小時處理的水量是多少)
計算方法:水量(立方小時)*臭氧產(chǎn)量=臭氧產(chǎn)量。
純化水:5 G臭氧(國家嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)是氧源)，或者空氣源。
礦泉水:3-5G臭氧(國家嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)是氧源)或空氣源。
純凈水/礦泉水的臭氧投加方式:
1.純凈水的常規(guī)生產(chǎn)流程是:水源-增壓泵-多介質(zhì)過濾器-活性炭過濾器-離子交換器-精密過濾器-高壓泵-一級反滲透-二級反滲透-臭氧消毒-儲水罐-灌裝機-包裝車間。
2.礦泉水的常規(guī)生產(chǎn)流程是:水源-增壓泵-石英砂過濾器-活性炭過濾器-精密過濾器-超濾主機-臭氧消毒-儲水罐-灌裝機-包裝車間。
對于純凈水/礦泉水的臭氧消毒，建議使用氧氣氣源。通常，在常規(guī)過濾后加入臭氧，并配備臭氧反應(yīng)罐。為保證消毒滅菌效果，水中臭氧濃度應(yīng)高于0.4mg/l，接觸4分鐘以上。有以下三種添加方式:
1.傳統(tǒng)曝氣方法——曝氣頭和曝氣盤
1.運行方式——曝氣法是將臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧氣體通過管道引入臭氧反應(yīng)池底部，通過曝氣頭和曝氣盤發(fā)出微氣泡，氣泡在上升過程中溶解水中的臭氧。曝氣的臭氧混合效率一般為20-30%；
反應(yīng)罐通常由不銹鋼制成。
反應(yīng)槽B裝有防回流裝置，防止回流到臭氧發(fā)生器。
c氣體分布在反應(yīng)池底部，曝氣過濾器的孔徑要小，以產(chǎn)生微氣泡。
d .反應(yīng)罐上側(cè)進水，反應(yīng)罐下側(cè)出水，與臭氧氣泡形成逆流，提高混合效率。
e、中上部應(yīng)配有液位顯示器，便于觀察氧化塔內(nèi)的水位。
2.優(yōu)點和缺點:
優(yōu)點:方便，能耗低。
缺點:噴嘴容易堵塞，氣液混合率低，水中臭氧濃度難以達(dá)到0.4 mg/L。
二:文丘里噴射混合法
1.操作方式——射流法是在高速水流的作用下，在射流裝置的氣腔內(nèi)形成負(fù)壓，吸入臭氧氣體，然后被高速水流擊碎臭氧氣體，形成微氣泡，與水充分接觸混合。噴射法混合臭氧的效率一般為25-40%。
2.如下圖:
2.注意事項:
a .安裝止回閥，并確保臭氧輸送管的最高點高于反應(yīng)罐頂部50厘米以上，以防止回水。
jet B的最佳應(yīng)用模式是與反應(yīng)罐一起使用。增壓泵將水從反應(yīng)池的下側(cè)送入射流，射流的出水從反應(yīng)池的下段進入反應(yīng)池。臭氧循環(huán)加入，帶臭氧氣泡的水流在反應(yīng)池中盤旋上升，提高了混合效率。
c給水管道應(yīng)采用PVC、不銹鋼等抗氧化材料，增壓泵應(yīng)采用不銹鋼材料。
優(yōu)點:投資少，混合好，接觸時間短，混合速度是曝氣法的幾倍，是主流的混合方式。
三。氣液混合泵
1.混合泵:一般為旋渦式，泵內(nèi)形成負(fù)壓，氣體(或液體)被吸入進氣口，通過多個葉輪的攪拌進行氣液、液液混合。使用混合泵溶解臭氧的效率較高，一般為40-70%。
2.安裝方法:將氣液混合泵連接到水路管道上，然后接入比例臭氧氣體，泵入容器內(nèi)，直接測量臭氧水的濃度。如果需要更高的濃度，可以直接循環(huán)，反復(fù)向水中加入臭氧，從而增加水中的臭氧濃度。
3.優(yōu)點和缺點:
優(yōu)點:使用方便，更美觀，比上述設(shè)備混合效率更高。
缺點:氣液比在規(guī)定范圍內(nèi)過于苛刻，導(dǎo)致小泵的臭氧發(fā)生器無法作用于大氣體積，導(dǎo)致使用成本隨著氣體流量的增加而增加。
4.注意事項:
當(dāng)氣液比為1: 9時，混合泵的混合效率最佳。
混合泵B的實際出水量為額定出水量與進氣量之差。當(dāng)混合泵的進氣量增加時，泵的出水量相應(yīng)減少。
c .安裝混合泵時，應(yīng)在入口和出口段增加調(diào)節(jié)閥和壓力表，以便調(diào)節(jié)最佳吸入量。
d .混合泵的水排出后，應(yīng)增加排氣罐或反應(yīng)罐，以排出水溶性微氣泡。
e混泵不宜接在主干道上，使混泵承擔(dān)供水和攪拌兩項責(zé)任，難以保證兩種效果。
四:臭氧混合塔
1.臭氧通過管道進入混合塔底部，經(jīng)過曝氣器，再通過微孔鼓泡器放出另一個微氣泡，在上升過程中將臭氧充分溶解在水中。水是從臭氧塔頂散出的，現(xiàn)在自然是從臭氧塔頂流走的。確保有足夠的時間將臭氧與水混合。底部可以測量殺菌效果，頂部配有尾氣排放和溢流口，保證多余的臭氧不會留在室內(nèi)。影響員工的生產(chǎn)。溢流確?；旌纤?nèi)部充滿水后，水不會回流到臭氧發(fā)生器而損壞臭氧發(fā)生器。
2優(yōu)缺點:
優(yōu)點:高混合比噴射器高，臭氧塔本質(zhì)上是一次性投資。省去了使用射流裝置增加增壓泵和使用氣液混合泵浪費電力的成本，整體形象美觀大方。
缺點:一次性投入成本高。水底壓力越高，臭氧入口壓力驅(qū)動的曝氣壓力越強。一般大型制水工程很少使用，或者將部分水混合后加入主管水中。然而，除非給出有效的接觸時間，否則臭氧混合塔在一定接觸時間內(nèi)的混合速率仍然較低。
水處理用臭氧發(fā)生器
(圖為高濃度氧源YT-018-100 a)Description.jpg。
(YT-016-30A氧源高濃度臭氧發(fā)生器)
產(chǎn)品特點:
1.采用寬電壓高頻技術(shù)，能耗低，O3濃度高，殺菌快，整機壽命長，適用于任何地區(qū)的家用電壓。
2.該設(shè)備體積小，易于安裝和操作。
3.內(nèi)部空氣供應(yīng)被清潔和干燥，以滿足清潔和干燥空氣供應(yīng)的要求。
4.設(shè)備內(nèi)置PSA制氧系統(tǒng)，氧氣純度高，臭氧輸出濃度高。
5.臭氧濃度可以調(diào)節(jié)，方便不同地區(qū)對臭氧濃度的要求。
產(chǎn)品特點:
1.臭氧是一種強氧化劑、消毒劑和殺菌劑。不僅對消毒、脫色、除臭、分解有毒化學(xué)物質(zhì)特別有效，而且不會產(chǎn)生二次污染。因此越來越受到人們的重視，并在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。
2.主要用途:用于自來水、飲用水、礦泉水、循環(huán)冷卻水、游泳循環(huán)水、醫(yī)院污水等工業(yè)用水的消毒、殺菌、除臭、除臭；含酚、硫、磷、鐵、錳等金屬離子的廢水處理；特別是用于生物毒性和難降解污染物的處理，提高其生物活性，具有特殊效果。
3.用于飲用水，除殺菌消毒外，還具有脫色、除臭、除鐵除錳、去除余氯、氧化分解有機物、控制藻類、改善水質(zhì)和口感、環(huán)保、無殘留、避免二氧化氯造成的二次污染。
4.游泳池水:消毒殺菌，分解水中的腐殖質(zhì)；改善水質(zhì)，使水呈現(xiàn)美麗的藍(lán)色；PH值穩(wěn)定；分解水中有機物，消除氯副作用:有效預(yù)防和消除氯處理引起的眼部不適，刺激皮膚，泳池上方空氣的刺激性氣味；減少化學(xué)試劑的使用。
5.醫(yī)院污水:高效快速消毒，殺滅各種微生物，去除污水的色、臭、氰等污染物，增加水中溶解氧改善水質(zhì)，分解難生物降解的有機物和三向物質(zhì)，提高污水的可生化性，易分解，不造成二次污染。
6.中水回用:殺菌、消毒、消毒、脫色、除臭，無二次污染。
7.工業(yè)廢水:依靠試工業(yè)，廢水中的氰化物、苯酚等有機燃料能迅速分解，達(dá)到脫色除臭、去除有害物質(zhì)、降低COD的目的。
應(yīng)用領(lǐng)域:
飲用(瓶裝)、管道直飲水處理游泳池、桑拿水處理。食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)的水處理和航天電器表面的消毒滅菌。工業(yè)用水、中水和污水的臭氧殺菌、脫色和COD降低處理。制作高濃度臭氧水，沖洗噴灑原輔材料，清洗蔬菜水果，達(dá)到表面消毒殺菌的目的。其他需要水處理、室內(nèi)空氣殺菌、消除異味、防霉保鮮的行業(yè)，都可以用臭氧消毒器處理。醫(yī)療用水、純凈水、礦泉水、二次供水、生活污水處理、工業(yè)污水處理、游泳池水處理、食品飲料行業(yè)，以及化工、造紙行業(yè)的脫脂、脫色、漂白。
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