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二氧化氯作为消毒剂在水处理中的应用-绥化水处理设备,绥化纯净水设备

2010-09-07 17:00:05

二氧化氯作为消毒剂在水处理中的应用-绥化水处理设备,绥化纯净水设备
1前言

氯在处理中的应用已有相当长的历史,它一 直被看作控制被处理水中致病菌的重要手段。但 近年来,发现氯化出水中产生的三卤甲烷对人身 体健康能产生较大危害,所以,推广应用新型高效 的消毒剂来控制处理水中的三卤甲烷(THM)以保 证出水水质是必要的。

二氧化氯作为一种优良的替代消毒剂,在水 处理中又重新引起人们的关注。这主要是因为二氧 化氯同水中腐殖质反应不产生三卤甲烷类致癌物 质,不与氨反应生成消毒效果差的氯氨。二氧化氯 处理系统在操作上与氯化系统极为相似,而且易于 控制和检测。此外。二氧化氯还可用于控制臭味和 藻类,有去铁除锰的功效。旨在对二氧化氯在水处 理中的应用进行机理分析,为其作为氯的一种替代 消毒剂在水处理中的应用提供必要的理论依据。

2二氧化氯在水处理中的反应

2.1二氧化氯的基本特性。二氧化氯是沸点为 11℃的深黄色气体,具有与氯气相似的刺激性气 味,易溶于水并形成黄绿色的溶液,与氯气在水中 的水解过程不同,二氧化氯在水中的水解程度很 低,主要以溶解气体的形式保留在水中。在略为酸 性的(PH约为6)的溶液中极为稳定。二氧化氯溶 液的紫外吸收光谱在360nm处有一个吸收峰,摩 尔吸收系数约为1150(mo·lcm)。一般可用紫外吸 收、电流滴定、比色和其它方法测定二氧化氯的含 量。水处理中所用的二氧化氯都用亚氯酸钠与氯 气混合反应现场制备而得:2NaClO2+Cl2=2ClO2+ 2NaCl。

二氧化氯 是一种强氧化剂,也是一种良好的 水处理消毒剂,其杀菌消毒能力约为氯的3倍。水 处理中所用二氧化氯的较佳浓度在0.1~5.0mg/l之 间,与氯相比,它有较良好的处理功能(降低处理 水中的三卤甲烷、控制嗅味等)。

2.2二氧化氯在水中的形态。如前所述,二氧 化氯在水中基本上不发生水解作用。在PH值为 2~10的范围内,以一种溶解气体的形式存在。但在 较强碱性条件和二氧化氯浓度较高(>10mg/l)时, 生成1:1的亚氯酸盐和氯酸盐:2ClO2+2OH-=ClO- 2 +ClO-3+H2O。其中亚氯酸盐离子也是一种强氧化 剂。当二氧化氯的浓度在5~10的之间和PH值为 12时,其在水中的半衰期为20分钟~3小时之间, 在水处理过程中,约有50~70%的二氧化氯以亚氯 酸盐及氧化物的形式存在,一般不存在氯酸盐。

2.3二氧化氯与无机物的反应。二氧化氯可用 于去除水中铁和锰,也可用于硫化物的氧化处理。 二氧化氯像其他强氧化剂一样,可将二价锰(Mn2+) 氧化成三价锰(Mn3+)而形成不溶性的二氧化锰 (MnO2)并产生沉淀。其氧化过程是二氧化氯经还 原产生亚氯酸盐,后者能迅速与二价锰反应而生成 沉淀:2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2(↓)+12H++2Cl-。 该反应在碱性条件下要比酸性条件下更快,效果更 好。二氧化氯同样可迅速地将亚铁氧化成三价氢氧 化铁(F(eOH)3)的形式沉淀下来。该反应在中性至 碱性条件下较易发生。此外,二氧化氯可用于防止 铸铁管中铁细菌的生长。据报道,二氧化氯的这种 作用,是二氧化氯与细菌体内多糖类物质反应的结 果。二氧化氯的另外一个功能是可将硫化氢很快氧 化,在PH值为5~9范围内,反映的最终产物仅是 硫酸铁,而其它氧化剂(臭氧、氯、氧)对硫化物的氧 化产物除硫酸铁外,还产生元素硫。

2.4二氧化氯与有机物的反应。研究表明,氯 可通过氧化及亲电子取代作用与各种有机物反应 而生成各种氯代有机物,其中以三氯甲烷(致癌 物)为主。加之氯的消毒能力不如二氧化氯强,因 而与有机物反应生成三氯甲烷的可能性较大,二 氧化氯则不同,它主要是通过氧化作用与有机物 反应,并生成少量的有机化合物。

(1)与酚类物质的反应。二氧化氯与酚及其化 合物(如间本二酚和氢醌)反应,可有效地防止因 氯化处理时氯酚嗅味的产生。但目前尚不能肯定 二氧化氯与酚反应不产生氯代酚。氯代酚在二氧 化氯氧化酚的过程中所形成产物(对苯醌、马来酸 和草酸)中的含量取决于二氧化氯与原水中酚类 化合物的浓度比值。当二氧化氯含量较高时,基本 不产生氯代酚,而主要以对苯醌(45%~65%)为主, 其余为马来酸和草酸。有研究表明,当PH值为中 性且二氧化氯过量时,二氧化氯与酚的反应在2s 内即可将酚全部氧化。在一般水处理过程中,原水 中的含酚量一般在几个微克每升的范围内,所以 二氧化氯的含量总是过量的。因此,它不易产生氯 代酚,故不产生嗅味。

(2)与嗅味物质的反应。二氧化氯可用于控 制被处理水中的腥臭味、土味及霉烂味,并有很 好的去除效果。值得指出的是,为有效的去除土 腥味(主要由波斯菊帖和2-甲基异冰片MIB产 生),二氧化氯的投量应适当加大,同时,反应时 间也应延长。绥化水处理设备,绥化纯净水设备

(3)与腐殖质的反应。目前,对于二氧化氯作 为水处理药剂在实际使用中,能否与腐殖质反应 生成三卤甲烷类物质尚在深入研究之中,这与实 际使用中的二氧化氯中是否含有氯有关,当有氯 存在时,由于氯化作用,有可能生成少量的三卤甲 烷类物质。但理论表明,不含氯时,二氧化氯与腐 殖质反应不生成三卤甲烷或极少量的三卤甲烷 (如图所示)。有关研究表明,二氧化氯形成的总有 机卤化物的含量仅为氯的1%~25%。当二氧化氯 中含有氯时,则上述含量将显著增加。

目前,采用二氧化氯控制处理出水中三卤甲 烷的常用途径是,用二氧化氯对原水进行氧化以 去除三卤甲烷母体物并起到初步的消毒作用,然 后用氯对经过混凝沉淀、过滤及其它方法处理后 的出水进行处理,二氧化氯的投量一般为氯化投 量的30%~50%。这种处理工艺可使出水中THM 的含量降低50%~70%。

3二氧化氯的生物学特性

3.1对微生物的灭活效率。二氧化氯是一种有 效的消毒剂,其杀菌效率为氯的3倍以上,仅次于 臭氧。当投量为1~5mg/l时就可有效地杀灭大肠杆 菌,类炭疽杆菌等。此外,对病毒、原生动物和藻类 也有很好的灭火作用。

二氧化氯的消毒效果不受一般水中(PH值 6~8.5)的影响,灭菌速度非常快。二氧化氯为2mg/l 时,可在30s内完全杀灭大肠杆菌且出水中有 1.1mg/l的剩余二氧化氯量。

二氧化氯也是一种有效的病菌灭活剂。在 15℃、PH值为7.0的水中,投加1.0mg/l的二氧化 氯,1分钟即可使脊髓灰质炎病毒Ⅰ型灭活99%。 实际上,PH值对ClO2的分子结构无明显影响,只 是在较高PH值时病毒带有更多的负电荷,利于与 ClO2反应。这一点与氯的消毒作用不同。大多数城 市供水的PH值都在偏碱性的范围内,因而对用二 氧化氯消毒有利。

此外,二氧化氯在控制藻类及生物膜生长方 面也有良好的功效。用二氧化氯处理水库或湖泊 中藻类时,在相近的处理成本下,比硫酸铜更为有 效。供水设备中生物膜生长一方面产生供水中的 嗅味,另一方面会严重影响处理工艺(如离子交 换、膜渗析及热处理)的正常运行。

3.2对微生物的灭活途径。迄今为止的研究尚 未发现二氧化氯对微生物的表面特性产生多大的 胜利破坏作用。二氧化氯对微生物的灭活途径主 要有两种观点:一是人为二氧化氯同氨基酸、半胱 氨酸、色氨酸及酪氨酸反应而使微生物灭活,但未 同病菌的核糖核酸(RNA)反应。这种观点尚有待 深入研究,因为二氧化氯与微生物反应时,是破坏 其周围的结构还是破坏其核糖核酸,或是兼而有 之,尚不十分清楚。二是认为二氧化氯对细胞的生 理功能产生破坏作用而使之失活,如阻止其蛋白 质的合成、破坏其细胞外层膜的渗透性、抑制其呼 吸作用等。

3.3反应副产物及毒性。前已述及,二氧化氯 在水中可通过氧化还原反应而以亚硝酸盐和氯酸 盐存在。这两种物质均可氧化血红蛋白,引起溶血 性贫血症。但有待进一步研究。在欧洲很多城市自 来水用二氧化氯作为消毒剂,未见有关危害健康 的报道。但应对此加以考虑。为此,有必要对处理 出水中剩余ClO2的量考虑去除措施或限制ClO2 的投量。如德国的最大投量为0.3mg/l,俄罗斯为 0.40~0.45mg/l,美国则规定出水中剩余ClO2量不 超过1mg/l。

4结论

基于氯化出水中存在三卤甲烷等有害物质这 一严峻事实,二氧化氯作为一种良好的替代消毒和氧化剂,已越来越引起人们的重视。二氧化氯不 仅消毒功效好,而且也有良好的去除效果。

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