二氧化氯在自来水消毒中的应用

来源:http://www.shuizhifenxi.com/ 作者:余氯检测仪 时间:2019-08-14

  摘 要:主要针对二氧化氯在自来水消毒中的应用展开了探讨,对二氧化氯的特性、消毒原理和优点作了说明,详细阐述了二氧化氯的制备方法,并分析了二氧化氯在水厂应用中自动化控制的问题,以期能为有关方面提供参考和借鉴。

  关键词:二氧化氯;自来水消毒;氯酸钠法;亚氯酸钠法

  二氧化氯消毒在净化自来水中已得到了广泛的使用,但在使用过程中却存在着一定的问题,影响着二氧化氯的实际应用。因此,我们需要认真了解二氧化氯的全方位特点,采取有效的措施做好自来水的消毒工作。基于此,本文就二氧化氯在自来水消毒中的应用进行探讨,相信对有关方面有一定的帮助。

  1 二氧化氯的特性、消毒原理和优点

  1.1 二氧化氯的特性

  在常温常压下,二氧化氯是一种带有辛辣气味的黄绿色刺激性气体,易溶于水,易挥发。ClO2是很强的氧化剂,其氧化能力约为氯的2.5倍,漂白能力约为氯的2.63倍,与水中杂质的反应速度也比氯快。

  1.2 二氧化氯的消毒原理

  二氧化氯与水中的有机物主要发生氧化还原反应,其产物主要有酸、醇、环氧化物等无毒的以含羧基为主的产物。研究认为,投加二氧化氯后能减少三卤甲烷的生成。由于二氧化氯的扩散速度比氯快,渗透能力比氯强,对细菌的细胞壁有较强的吸附和穿透能力,因此能渗透到细胞内部,有效地氧化细菌内含巯基的酶,使微生物蛋白质中的氨基酸和核酸氧化分解,导致氨基酸链断裂,蛋白质合成被抑制、破坏并失去功能。在氨基酸中,芳香族和含硫氨基酸最容易被二氧化氯破坏。微生物被杀灭以后,其残留的细胞结构也会被二氧化氯分解。

  1.3 二氧化氯消毒的优点

  运用二氧化氯消毒具有以下多个优点:①杀菌能力强,消毒快而耐久;②能有效控制色度和臭味,高效地消灭和控制原生动物、藻类、真菌和生物膜;③应用pH范围广,杀菌性能基本保持不变;④适用的水质范围广,不与氨发生反应;⑤氧化有机物能力强,能有效去除水中的酚类及亚硝酸等有害物质;⑥消毒副产物少。

  2 二氧化氯的制备

  ClO2的制备方法可以分为化学法、电解法和稳定性二氧化氯活化法3大类。目前,自来水净化中均采用化学反应的原理制备。根据采用的原料不同,国内主要有氯酸钠法和亚氯酸钠法2种。

  2.1 氯酸钠法

  氯酸钠工艺采用氯酸钠和盐酸为原料进行反应,反应式如下:

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

  由上式可以看出,在二氧化氯产生的同时还有约占二氧化氯产量一半的氯气产生。本工艺中,二氧化氯的有效转化率一般只有50%左右,并且受到反应温度和盐酸浓度的影响,必须保持一定的反应温度(约70 ℃)和加大盐酸的富余量。由于副反应的存在,Cl2的产率提高,使反应物中Cl2的含量增大,甚至超过ClO2的含量,产出物变成以Cl2为主。这个矛盾在稳定态二氧化氯的工业化大规模生产中,可以通过多级加温、空气逆向逐级吹脱的方式来富集二氧化氯,但在水厂应用的小型二氧化氯设备上,则很难解决。

  2.2 亚氯酸钠法

  亚氯酸钠工艺主要有2种,即亚氯酸钠加氯气工艺和亚氯酸钠加盐酸工艺。

  2.2.1 亚氯酸钠加氯气工艺

  该工艺合成反应有2个阶段,分别为氯气溶于水生成次氯酸,次氯酸与亚氯酸钠反应生成二氧化氯。反应式如下:

  2NaClO2+Cl2=2ClO2+2NaCl.

  2.2.2 亚氯酸钠加盐酸工艺

  本单位采用化学氧化法,以亚氯酸钠加盐酸为原料制取。制取方法:首先在2个溶液槽中分别配制一定质量分数的盐酸和亚氯酸钠溶液,亚氯酸钠溶液的质量分数为7.5%,盐酸与水混合后的质量分数为10%.配制溶液时,需佩戴防毒面具和橡胶手套,避免2种药剂相互接触,将配制好的2种药剂分别经过连接管线加入各自的贮药罐,经相应的进口计量泵准确计量后打入ClO2发生器。约反应20 min后,便形成ClO2溶液,由出口管道投加到工艺消毒点。与水接触的时间为15~30 min,出厂水中游离的余氯不少于0.1 mg/L。夏季应增加投加量,使出厂水中游离的余氯到达0.3 mg/L。管网末梢水中的余量不少0.02 mg/L。此外,还应根据净化构筑物净化水的数量,四季各不相同进行投加。经消毒,最终达到《生活自来水卫生标准》(GB 5749―2006)。

  2.2.3 亚氯酸钠加盐酸制取

  亚氯酸钠加盐酸制取,反应式如下:

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

  亚氯酸钠既是氧化剂又是还原剂,盐酸是酸化剂,因此,理论上有20%的亚氯酸被还原成氯化钠(NaCl)。如果以亚氯酸钠转化为二氧化氯为有效转化来计,其最高有效转化率只有80%.但从产物中二氧化氯的实际产率来看,通常可以达到95%以上。

  该工艺具有工艺简单,不需要加温,设备容易操作及维护,产物中二氧化氯纯度高等优点,并且ClO2余量能在管网中保持很长时间,消毒效果受水的pH值影响极小,还能有效地去除或降低水的色、嗅及铁、锰等物质。不过,作为消毒剂,一般ClO2投量约在1.0~2.0 mg/L范围内时不会产生副作用,但作为氧化剂,ClO2投加量变化较大,应注意水中剩余ClO2和ClO2-的副作用。

  3 有害副产物的生成抑制和消除

  二氧化氯净化自来水时,产生的有机副产物很少,主要集中在对无机副产物的抑制和消除上。虽然二氧化氯的制备方法有很多,但都不能产生100%纯的二氧化氯,都不可避免地会产生亚氯酸盐和氯酸盐等副产物。而且二氧化氯净化水的过程中,也会有50%~70%转化为亚氯酸盐。亚氯酸盐和氯酸盐对人体会产生不利影响。二氧化氯的制备方法、发生装置都在不断改进,二氧化氯的纯度也越来越高。这样既提高了二氧化氯的杀菌率和三氯甲烷类化合物的去除率,又降低了亚氯酸盐及氯酸盐的生成量,从而减少了有害副产物的量。

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