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            二氧化氯在自來水消毒中的應用

            來源:http://www.madelainejordan.com/ 作者:余氯檢測儀 時間:2019-08-14

              摘 要:主要針對二氧化氯在自來水消毒中的應用展開了探討,對二氧化氯的特性、消毒原理和優點作了說明,詳細闡述了二氧化氯的制備方法,并分析了二氧化氯在水廠應用中自動化控制的問題,以期能為有關方面提供參考和借鑒。

              關鍵詞:二氧化氯;自來水消毒;氯酸鈉法;亞氯酸鈉法

              二氧化氯消毒在凈化自來水中已得到了廣泛的使用,但在使用過程中卻存在著一定的問題,影響著二氧化氯的實際應用。因此,我們需要認真了解二氧化氯的全方位特點,采取有效的措施做好自來水的消毒工作?;诖?,本文就二氧化氯在自來水消毒中的應用進行探討,相信對有關方面有一定的幫助。

              1 二氧化氯的特性、消毒原理和優點

              1.1 二氧化氯的特性

              在常溫常壓下,二氧化氯是一種帶有辛辣氣味的黃綠色刺激性氣體,易溶于水,易揮發。ClO2是很強的氧化劑,其氧化能力約為氯的2.5倍,漂白能力約為氯的2.63倍,與水中雜質的反應速度也比氯快。

              1.2 二氧化氯的消毒原理

              二氧化氯與水中的有機物主要發生氧化還原反應,其產物主要有酸、醇、環氧化物等無毒的以含羧基為主的產物。研究認為,投加二氧化氯后能減少三鹵甲烷的生成。由于二氧化氯的擴散速度比氯快,滲透能力比氯強,對細菌的細胞壁有較強的吸附和穿透能力,因此能滲透到細胞內部,有效地氧化細菌內含巰基的酶,使微生物蛋白質中的氨基酸和核酸氧化分解,導致氨基酸鏈斷裂,蛋白質合成被抑制、破壞并失去功能。在氨基酸中,芳香族和含硫氨基酸最容易被二氧化氯破壞。微生物被殺滅以后,其殘留的細胞結構也會被二氧化氯分解。

              1.3 二氧化氯消毒的優點

              運用二氧化氯消毒具有以下多個優點:①殺菌能力強,消毒快而耐久;②能有效控制色度和臭味,高效地消滅和控制原生動物、藻類、真菌和生物膜;③應用pH范圍廣,殺菌性能基本保持不變;④適用的水質范圍廣,不與氨發生反應;⑤氧化有機物能力強,能有效去除水中的酚類及亞硝酸等有害物質;⑥消毒副產物少。

              2 二氧化氯的制備

              ClO2的制備方法可以分為化學法、電解法和穩定性二氧化氯活化法3大類。目前,自來水凈化中均采用化學反應的原理制備。根據采用的原料不同,國內主要有氯酸鈉法和亞氯酸鈉法2種。

              2.1 氯酸鈉法

              氯酸鈉工藝采用氯酸鈉和鹽酸為原料進行反應,反應式如下:

              NaClO3+2HCl=ClO2+1/2Cl2+NaCl+H2O.

              由上式可以看出,在二氧化氯產生的同時還有約占二氧化氯產量一半的氯氣產生。本工藝中,二氧化氯的有效轉化率一般只有50%左右,并且受到反應溫度和鹽酸濃度的影響,必須保持一定的反應溫度(約70 ℃)和加大鹽酸的富余量。由于副反應的存在,Cl2的產率提高,使反應物中Cl2的含量增大,甚至超過ClO2的含量,產出物變成以Cl2為主。這個矛盾在穩定態二氧化氯的工業化大規模生產中,可以通過多級加溫、空氣逆向逐級吹脫的方式來富集二氧化氯,但在水廠應用的小型二氧化氯設備上,則很難解決。

              2.2 亞氯酸鈉法

              亞氯酸鈉工藝主要有2種,即亞氯酸鈉加氯氣工藝和亞氯酸鈉加鹽酸工藝。

              2.2.1 亞氯酸鈉加氯氣工藝

              該工藝合成反應有2個階段,分別為氯氣溶于水生成次氯酸,次氯酸與亞氯酸鈉反應生成二氧化氯。反應式如下:

              2NaClO2+Cl2=2ClO2+2NaCl.

              2.2.2 亞氯酸鈉加鹽酸工藝

              本單位采用化學氧化法,以亞氯酸鈉加鹽酸為原料制取。制取方法:首先在2個溶液槽中分別配制一定質量分數的鹽酸和亞氯酸鈉溶液,亞氯酸鈉溶液的質量分數為7.5%,鹽酸與水混合后的質量分數為10%.配制溶液時,需佩戴防毒面具和橡膠手套,避免2種藥劑相互接觸,將配制好的2種藥劑分別經過連接管線加入各自的貯藥罐,經相應的進口計量泵準確計量后打入ClO2發生器。約反應20 min后,便形成ClO2溶液,由出口管道投加到工藝消毒點。與水接觸的時間為15~30 min,出廠水中游離的余氯不少于0.1 mg/L。夏季應增加投加量,使出廠水中游離的余氯到達0.3 mg/L。管網末梢水中的余量不少0.02 mg/L。此外,還應根據凈化構筑物凈化水的數量,四季各不相同進行投加。經消毒,最終達到《生活自來水衛生標準》(GB 5749―2006)。

              2.2.3 亞氯酸鈉加鹽酸制取

              亞氯酸鈉加鹽酸制取,反應式如下:

              5NaClO2+4HCl=4ClO2+5NaCl+2H2O.

              亞氯酸鈉既是氧化劑又是還原劑,鹽酸是酸化劑,因此,理論上有20%的亞氯酸被還原成氯化鈉(NaCl)。如果以亞氯酸鈉轉化為二氧化氯為有效轉化來計,其最高有效轉化率只有80%.但從產物中二氧化氯的實際產率來看,通??梢赃_到95%以上。

              該工藝具有工藝簡單,不需要加溫,設備容易操作及維護,產物中二氧化氯純度高等優點,并且ClO2余量能在管網中保持很長時間,消毒效果受水的pH值影響極小,還能有效地去除或降低水的色、嗅及鐵、錳等物質。不過,作為消毒劑,一般ClO2投量約在1.0~2.0 mg/L范圍內時不會產生副作用,但作為氧化劑,ClO2投加量變化較大,應注意水中剩余ClO2和ClO2-的副作用。

              3 有害副產物的生成抑制和消除

              二氧化氯凈化自來水時,產生的有機副產物很少,主要集中在對無機副產物的抑制和消除上。雖然二氧化氯的制備方法有很多,但都不能產生100%純的二氧化氯,都不可避免地會產生亞氯酸鹽和氯酸鹽等副產物。而且二氧化氯凈化水的過程中,也會有50%~70%轉化為亞氯酸鹽。亞氯酸鹽和氯酸鹽對人體會產生不利影響。二氧化氯的制備方法、發生裝置都在不斷改進,二氧化氯的純度也越來越高。這樣既提高了二氧化氯的殺菌率和三氯甲烷類化合物的去除率,又降低了亞氯酸鹽及氯酸鹽的生成量,從而減少了有害副產物的量。

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