二氧化氯应用于水箱二次供水安全消毒研究

来源:http://www.shuizhifenxi.com/ 作者:余氯检测仪 时间:2019-07-23

  摘 要:文章首先简要阐述了二氧化氯的特性及其消毒机理,随后分析了二氧化氯在水处理中的消毒优势,并在此基础上对二氧化氯在水箱二次供水安全消毒中的应用进行论述。期望通过文章的研究能够对提高二氧化氯在二次供水消毒中的安全性有所帮助。

  关键词:二氧化氯;二次供水;消毒

  1 二氧化氯的特性及其消毒机理

  1.1 二氧化氯的特性

  在自然界中,二氧化氯是为数不多以单体游离形式存在的化合物,在微酸条件下,其稳定性能够获得进一步提升,常温下二氧化氯的溶解度为2.9g/L,随着温度的降低溶解度会有所增加,最高可达10g/L以上,其在水中为纯溶解状态,不会与水发生化学反应,由此使得二氧化氯的消毒作用基本不会受到水的pH值影响。

  1.1.1 物理性质。ClO2是二氧化氯的分子表达式,它的外层共有19个电子,属于典型的活泼自由基[1]。液体ClO2的沸点为10℃,固体ClO2的熔点为59.5℃。ClO2分子一般都是以单体自由基的形式存在,它们之间并不存在明显的聚合倾向,当ClO2溶于水时,通常都是以分子的形式进行扩散,这有助于其在水中溶解。在酸性溶液当中,ClO2的性质相对比较稳定,初始时会还原成亚氯酸。在水处理的过程中,ClO2的浓度一般都低于4g/L,这样不会引起爆炸。

  1.1.2 化学性质。ClO2的性质较为活泼,归属于强氧化剂的范畴,其氧化能力约为氯的2.5倍左右,正因如此,使其可以和多种有机或是无机物发生反应,从而使其成为一种无毒、无害的物质。但相关研究结果表明,ClO2气体却对人体有害,前提是浓度需要达到比较高的程度,若是人体吸入高浓度的ClO2气体,则可能致人死亡。故此,确保ClO2的使用安全性非常必要。

  1.2 二氧化氯的消毒机理

  目前,学术界对ClO2的消毒杀菌机理存在两种不同的观点,一种观点认为,ClO2对各种微生物的细胞壁具有较强的穿透性和吸附性,其能够透过细胞壁侵入到细胞内部,并对细胞内的色氨酸、含硫基丙氨酸以及酪氨酸等进行直接氧化,由此便会造成细菌死亡,进而达到消毒的目的[2]。另外一种观点则认为,ClO2之所以能够将细菌杀死,主要是因为大量的ClO2聚集在细胞的周围,将细胞封闭在内,从而使其失去了对蛋白质的利用能力,破坏了新细胞的再生过程,最终达到了破坏细胞的目的[3]。通过对大量相关资料及研究成果进行查阅后发现,氯之所以能够消毒,主要是次氯酸的作用,它属于一种不带电的中性分子,质量相对较小,能够扩散至带负电荷的细菌表面,并透过细菌外壁进入到其内部,在氯原子的氧化作用下,细菌的酶系统会被破坏,这样便可造成细菌死亡。

  2 二氧化氯在水处理中的消毒优势

  2.1 杀菌效果好

  与氯相比,ClO2的杀菌效果要更好一些,并且当pH升高后,其杀菌效果也会随之获得进一步提高。同时在低浓度的条件下,ClO2在杀菌消费上要比氯更加有效,这主要是由ClO2在水中快速的扩散性所决定的。此外,ClO2对水中的肠道病毒、疤疹病毒等均有着较好的消毒效果,对水池、水过滤设备中的铁细菌、异养菌以及藻类等有着良好的去除效果。

  2.2 余氯浓度高

  由于ClO2不会与水体当中的氨、氮等化合物发生作用而被消耗,故此,在投加量相同的前提下,其能够保持较高的余氯浓度,由此进一步提升了ClO2的消毒杀菌效果。

  2.3 基本不受pH影响

  ClO2的杀菌能力基本不会受到pH值的影响,并且在pH的范围内其具有较强的氧化能力,约为自由氯的2.5倍左右,同时,ClO2还能快速地对锰、铁等还原态物质进行氧化,并具有一定的漂白作用。

  3 二氧化氯在水箱二次供水安全消毒中的应用

  3.1 实验材料与方法

  3.1.1 试剂与标准品。(1)本次试验中使用的主要试剂有ClO2消毒液、乙二胺、纯水和高纯氮(99.99%)。(2)标准品。主要有纯度为80%的亚氯酸钠和纯度为99%的氯酸钠。

  3.1.2 试验仪器。便携式分光光度计、离子色谱仪、抑制器、色谱分离柱、保护柱、淋洗液全自动发生器等等。

  3.1.3 方法检出限。实验参照国家现行的《生活饮用水标准检验方法》,配置不同浓度的混合标准溶液,对离子的线性范围进行测定,并以空白噪声标准差的3倍作为方法检出限,经过计算后得出ClO2和ClO离子的检出限分别为0.005和0.01(mg/L)。

  3.2 试验步骤

  先采用离子色谱法对氯酸盐及亚氯酸盐进行测定,具体做法如下:向待测的水体样本中通入高纯氮气约10min左右,使溶液转变为无色后,取10ml的水体样本,并用离子色谱进行分析。随后使用分光光度计对ClO2的浓度进行测定,具体做法是将待测的水体样本全部倒入10ml的比色杯中,并向杯中滴入4滴甘氨酸试剂,摇晃均匀,再加入DPD试剂1包,轻轻摇晃20s左右后在常温下静置30s,使不溶物质全部沉于杯子底部。同时盖好器具盖,开启检测仪器,仪器会自动显示测定水样中的ClO2浓度。

  3.3 实验分析

  3.3.1 接触时间对消毒副产物生成的影响。取ClO2消毒液4ml,以COD含量为5mg/L的水体样本将其定容至1000ml,并使ClO2的浓度达到8mg/L,随后分别在1、5、10、30、60min时进行取样,用离子色谱对水体样本中的氯酸盐及亚氯酸盐的浓度进行测定。

  3.3.2 耗氧量对消毒副产物生成的影响。取ClO2消毒液4ml,然后分别用COD含量为1、3、5、8mg/L的水体样品将之定容至1000ml,并使水体样本中的ClO2浓度达到8mg/L,随后用离子色谱对各个水样当中的氯酸盐及亚氯酸盐的浓度进行测定。

  3.3.3 ClO2投加浓度对消毒副产物生成的影响。取不同的剂量的ClO2消毒液(1、2、3、4ml),并用COD含量为3mg/L的水体样本之分别定容至1000ml,使水体样本中的ClO2浓度分别为1、2、3、5、8mg/L,然后通过离子色谱对水体样本中的氯酸盐及亚氯酸盐的浓度进行测定。

  3.4 结果与讨论

  由试验结果可知,ClO2的投加浓度、与水体的接触时间以及水体温度均对消毒效果有所影响。实验表明,随着ClO2投加浓度的增大、水体温度的增高以及接触时间的延长,均能够进一步提高ClO2的消毒效果。我国现行的《生活饮用水卫生标准》对ClO2与水体的接触时间给出了明确的规定,即不少于30min,但通过本次实验发现,ClO2与水体的接触时间为10min时,便可确保微生物安全性[4]。ClO2的投加剂量、有机物的浓度以及与水体的接触时间均会对亚氯酸盐的生成有一定影响,当有机物和ClO2投加浓度均为3mg/L时,亚氯酸盐的浓度低于0.7mg/L,该数值符合《生活饮用水卫生标准》的规定要求。同时,实验表明,ClO2的投加浓度越大、接触时间越长、水体中的有机物浓度越高,均会造成亚氯酸盐生成浓度增大。此外,需要特殊阐明的一点是,氯酸盐的主要来源为原料,其与ClO2对水体的消毒过程基本无关。

  4 结束语

  目前,我国饮用水箱二次供水的人群不断日趋增多,其消毒多以二氧化氯为主,为了确保二次供水的安全性,必须合理确定ClO2的投加浓度,并控制好接触时间,减少消毒副产物的产生,提高饮用水的质量。通过文章的研究可知,在ClO2消毒剂含量符合国家现行标准规定要求的前提下,采取控制ClO2投加量的方法减少消毒副产物的生成量是可行的。

  参考文献

  [1]韩永萍,付建立.二氧化氯消毒剂在饮用水处理中的应用[J].北京联合大学学报(自然科学版),2014(4):47-48.

  [2]完颜华.二氧化氯的特性及在水处理中的应用[J].铁道劳动安全卫生与环保,2012(10):65-66.

  [3]于登文,陈强.二氧化氯在水体消毒及含氰电镀废水处理中的应用[J].材料保护,2013(5):98-99.

  [4]林健东,关宏舵.二氧化氯应用于中小型水厂水质消毒的可行性研究[J].中国卫生监督杂志,2012(1):67-68.

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