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二氧化氯在水处理中的作用

1、氯气与二氧化氯的对比

1、氯会与水中腐殖酸类物反应形成致癌的卤代炔;

2、氯会与分类反应形成具有怪味的氯酚

3、氯与水中的氨反应形成消毒效力低氯胺,而且排入水体对鱼类有危害

4、氯在PH值较高时消毒效力大幅度下降;

5、氯长期使用会引起某些微生物的抗药性。有鉴于此,人们对其他的时代用消毒剂产生了很大的兴趣并进行了广泛的研究,其中二氧化氯在最近几年更是引起了人们的极大关注。

二氧化氯与1811年首先由humphrey  davey制得。于1921年用于纸浆的漂白。在水处理中的应用始自1944年。当时美国niaharafalls水厂为控制水中由于藻类繁殖与酚污染所产生的气味,率先使用二氧化氯获得成功。到目前仅在美国就有400多家水厂应用二氧化氯。在欧洲,二氧化氯的使用更为普遍,已有数千家水厂在应用。使用二氧化氯的目的包括除臭除味、脱色、消毒、除铁除锰、控制卤代炔的形成等。

2、二氧化氯的性质与制备

二氧化氯是一种黄绿色气体,具有与氯相似的刺激性气味,沸点11摄氏度,凝固点59摄氏度。二氧化氯的液体与气体极不稳定,在空气中浓度为10%时就可能爆炸。到目前为止,将二氧化氯液化储存的种种努力都没有成功,只能在使用现场临时制备。

二氧化氯易溶于水,溶解度约为氯的5倍。与氯不同,二氧化氯在水中以纯粹的溶解气体的形式存在,不易发生水解反应。二氧化氯的水溶液在较高温度与光照下,会生成clo2与clo3,因此应在阴凉避光处存放。二氧化氯溶液浓度在10g/L以下时,基本没有爆炸的危险。

制备二氧化氯的起始原料有氯酸钠与亚氯酸钠,在水处理领域,二氧化氯的使用量一般不大,几乎全都以亚氯酸钠为原料,与氯反应以制备二氧化氯。

为使亚氯酸钠反应完全,获得高的转化率,一般要使用过量的氯气(但过量倍数应尽量小,以减少产品中的残余氯)和较高浓度的亚氯酸钠,并在酸性条件下反应。二氧化氯发生器厂家根据上述工艺设计了20KG/H二氧化氯发生器,经在某化肥厂实际运转,表面二氧化氯产率达90%以上,产量达设计要求。

为了尽可能提高产物中二氧化氯纯度,已有报道采用电解亚氯酸钠液的办法,同时用空气对二氧化氯吹脱出来,然后再加入水中。除此之外,将二氧化氯溶解于含碳酸钠、硼酸钠及过氧化物的水溶液中,浓度在百分之几时可稳定存在,此即所谓稳定二氧化氯溶液,国内已有生产。这是一种性能良好的广谱消毒剂,为获得更好的杀菌效果。一般需加酸活化之后再用。国内市场上有通过电解食盐水以制备二氧化氯的装置,据称可同时产生含clo2、o3、h2o2的复合消毒剂。但该类装置内部的电化学反应为何,尚未见到研究报道。

3、二氧化氯的分析测试方法

对二氧化氯的分析测试主要基于它的颜色与氧化作用。二氧化氯在360nm处具有一吸收峰。氯的其他成分在360nm处吸光度很低,因此可用分光光度计直接测量其浓度,用于监测二氧化氯发生器的运行情况极为方便。

二氧化氯的氧化作用会使某些有色物质(如氧化还原指示剂)颜色发生变化,通过有色物质色度的变化可测量二氧化氯。该法比较灵敏,可测量较低浓度的二氧化氯。曾被研究过的发色物质有酸性铬紫K、h-二乙基对苯二胺是美国《水与废水标准检验法》推荐的分析试剂。

常用的碘量法也可用于分析测定。aieta用碘量法在不同行的ph值下分布滴定,可同时测定水中clo2、cl2、clo3.灵敏度与准确度均令人满意。可用于水中各种成分的氯的残余量。

对于clo2、clo3,现在已有研究者用fia(流动注射分析)与ic(离子色谱法)来进行分析。

5、二氧化氯的消毒作用

实验研究表明,二氧化氯对大肠杆菌、脊髓灰质炎病毒、甲肝病毒、蓝伯氏贾弟虫包囊、尖刺贾第虫胞囊等均有很好的杀灭作用,效果优于自由氯。对消毒剂能力的评价,通常用达到一定杀灭率时所需的浓度与实践的乘积为指标,值越低,消毒效果越好。

对消毒的评价要综合考虑到杀生能力与水中的稳定性。对水处理常用的4种消毒剂(氯、二氧化氯、臭氧、氯胺)而言,从杀生能力看,臭氧>二氧化氯>氯>氯胺;从稳定性看,氯胺>二氧化氯>氯>臭氧。综合而言,二氧化氯是其中较好的一种消毒剂。

与氯不同,二氧化氯的一个重要特点是在碱性PH条件下仍具有良好的杀菌能力。由于二氧化氯不会与氨反应,因此在高PH值的含氨的系统中可发挥极好的杀菌作用。而且二氧化氯对藻类也具有很好的杀灭作用。

关于二氧化氯的杀菌机理,有很多解释。有人认为二氧化氯会附着在细胞壁上,然后穿过细胞壁与含硫基的酶反应而使细菌死亡。二氧化氯会很快地抑制蛋白质的合成,在与二氧化氯接触的几秒钟之后,细胞就不能将用c14标记的氨基酸合称为蛋白质。

6、二氧化氯在水处理中的应用

1、给水处理

二氧化氯是强氧化剂,它不会与水中有机物发生取代反应。对于受污染的含酚的源水,以二氧化氯代替氯气消毒,不会产生具有怪味的氯酚。二氧化氯与水中腐殖反应,不会生成三氯甲烷。通常在水厂入水口投加二氧化氯代替预氯化,通过其后的凝聚、沉淀、过滤去除腐殖酸或使腐殖酸改性,可大幅度降低三氯甲烷的形成量,然后再出厂前加氯以维持网消毒剂残余量。笔者的研究也表明,应用二氧化氯消毒时,不会形成量随投氯量、ph值、cod值的升高而升高。而且二氧化氯与氯复配使用也会抑制三氯甲烷的形成量,结果与此类似。

2、排水处理

城市污水经二级处理排放水体是,往往需要消毒以杀灭肠道传染病致病菌。由于污水中氨的存在,会消耗大量的氯形成氯氨。氯氨消毒作用缓慢,在水体中比较稳定,会对鱼类造成危害。改用二氧化氯消毒,则可避免这些弊端,而且可减少向水体排放的卤代炔的量。对于某些氯有耐性的病毒,二氧化氯也具有很好的杀灭效果,这对于医院污水的消毒处理具有特别的意义。对工业废水,利用二氧化氯的强氧化性,可有效去除氰、酚、硫化物等污染物。

3、工业循环冷却水处理

为控制循环冷却水系统的菌藻繁殖,通常需投加氯气。目前循环冷却水系统倾向于采用碱性磷系配方,在ph8以上运行。而且由于工艺介质的泄露、水质稳定剂的使用(磷系水质稳定剂本身即是菌藻的养料),循环水水质往往较差,此时氯气杀生效果大大降低。若改用二氧化氯则可取得较好的消毒效果。mayack对比研究了用二氧化氯与氯控制306不锈钢热交换管上生物膜的附着,结果表明二氧化氯可更有效地抑制生物膜的附着。在循环水系统应用二氧化氯消毒的实验表明,二氧化氯是一种效果良好的消毒剂。

4、油田注井水处理

油田采油时,多采用注水开采方式,此时往往伴随采出大量的水,为保护环境、节约水资源,这些水不能任意排放,需经除浊、除油等工艺处理后再回灌井内。为控制硫酸还原菌、铁细菌等有害菌的繁衍对输水管线的腐蚀以及阻塞,需要进行杀菌处理。farquhar对16种杀生剂的研究表明,二氧化氯在10mg/L时即可有效抑制脱硫弧菌,而且可有效地清楚生长在试片上的生物膜。而其他杀生剂(如丙烯醛、戊二醛等)要在30mg/L以上时才有效。

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