二氧化氯在水處理中的運(yùn)用

二氧化氯在水處理中的運(yùn)用

　　水是人們?nèi)粘Ｉ钪械?水的質(zhì)量問(wèn)題直接影響到人的健康,其處理方法非常重要,本文詳細(xì)介紹了二氧化氯在水處理中的特性和作用。目前已經(jīng)有若干水廠用二氧化氯替代液氯氣作為消毒劑并獲得成功?！　∮捎谝郝认撅嬎畷?huì)產(chǎn)生致癌致突變的物質(zhì),世界上許多國(guó)家為了控制這些有害物質(zhì)的生成量,提高飲水的化學(xué)安全性,紛紛采用二氧化氯作為液氯的替代消毒劑。我國(guó)于80年代后期引進(jìn)二氧化氯生產(chǎn)技術(shù),它已陸續(xù)在水源水污染嚴(yán)重和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)使用。

　　一、二氧化氯的性質(zhì)

　　二氧化氯是一種黃綠色氣體,液體二氧化氯深紅色,-40℃以上時(shí)有爆炸性,濃的氣態(tài)二氧化氯在超過(guò)4個(gè)大氣壓的壓力下,也會(huì)爆炸。二氧化氯有近似CL2和O3的特殊刺激氣味,具有強(qiáng)氧化性和不穩(wěn)定性,在空氣中達(dá)到一定大的濃度時(shí)見(jiàn)光易爆,溶于水后即成黃綠色的不穩(wěn)定性藥液。二氧化氯溶液在10g/l以下時(shí)所產(chǎn)生的蒸汽壓不致產(chǎn)生爆炸。水廠所用二氧化氯很少超過(guò)4g/l,一般加注量為0.1～5.0mg/l。二氧化氯溶于惰性水溶液中即為穩(wěn)定性藥液,它是一種無(wú)毒、無(wú)味、不分解、不爆炸物質(zhì),在-5℃至95℃時(shí)性質(zhì)穩(wěn)定,儲(chǔ)存期可達(dá)三年。

　　穩(wěn)定的二氧化氯經(jīng)活化后即能快速釋放出游離的二氧化氯,能起到猛烈消毒、殺菌的作用。它殺菌的條件不高,研究證明:在通常條件下0.1 ppm二氧化氯于5分鐘內(nèi)就能殺死大腸桿均等一般腸道細(xì)菌;在pH=6～7的條件下0.25ppm的二氧化氯于一分鐘內(nèi)能殺滅99%以上濃度為150000ml胞體的大腸桿菌;在污水中,2ppm的二氧化氯在0.5分鐘內(nèi)能99%地殺死大腸桿菌。

　　二、二氧化氯在水處理中的特性

　　(一)殺菌效果好,用量少,作用快。二氧化氯溶于水后基本不與水反應(yīng),也不以二聚或多聚體存在,因而它在水中的擴(kuò)散速度與滲透能力比氯快,因此其殺菌效果比氯好,而且也比氯快。溫度升高,二氧化氯的殺菌能力增強(qiáng),這有利于工業(yè)循環(huán)水的殺藻處理。

　　(二)二氧化氯在很大的pH值范圍內(nèi)(6～10)都有很強(qiáng)的殺菌能力,其效果基本上不受介質(zhì)pH值的影響,在冷卻水的堿性處理方案中二氧化氯對(duì)控制菌藻滋長(zhǎng)要比氯的效果好的多。

　　(三)二氧化氯不與氨及氨的化合物反應(yīng),其殺菌效果不受氨的影響。液氯能與氨反應(yīng),降低殺菌效果。與此相反,二氧化氯與氨不反應(yīng),故可減少用量。

　　(四)二氧化氯與酚類(lèi)反應(yīng)不產(chǎn)生氯基酚,與有機(jī)物、無(wú)機(jī)物的反應(yīng)也具有很強(qiáng)的選擇性,與腐殖質(zhì)及有機(jī)物反應(yīng)不產(chǎn)生致癌物質(zhì);能純凈水的色味。

　　(五)二氧化氯的氧化作用很強(qiáng),它能破壞水體中微量有機(jī)污物,不發(fā)生氯化反應(yīng)。同時(shí)還有助凝、除臭、脫色、去味作用,降低水的濁度,因此,可用于污水和惡臭氣體的治理。

　　(六)二氧化氯是廣譜殺菌劑,它不僅能殺死微生物,而且能分解殘留的細(xì)胞結(jié)構(gòu),具有殺死孢子和破壞病毒的作用,如葡萄球菌和沙門(mén)氏菌。所以使用二氧化氯可以提高處理飲用水的可靠性和安全性。二氧化氯和氯氣一樣能有效地破壞排放的廢水中的大腸桿菌的繁殖,它對(duì)排放的廢水中病毒的殺滅效果優(yōu)于氯氣。當(dāng)用這兩種消毒劑處理脊髓灰質(zhì)炎病毒和原生桿菌時(shí),2mg/l劑量的二氧化氯產(chǎn)生的存活率比10mg/l劑量的氯低的多。

　　一個(gè)消毒劑用于消毒時(shí),它必須具有特定的微生物滅殺或去活性的標(biāo)準(zhǔn),是以在培養(yǎng)皿中的大腸桿菌,異養(yǎng)生物和Legionella細(xì)菌數(shù)目的減少來(lái)測(cè)定的。一般加注量2.5mg/l左右,余氯可達(dá)0.1~0.2mg/l,即可殺滅水中的細(xì)菌、大腸桿菌、糞大腸桿菌等,達(dá)到處理效果。

　　對(duì)美國(guó)飲用水安全條例(SDWA)的一項(xiàng)修改要求Giardia Lamblia孢子、病毒和 Legionella細(xì)菌含量依照MCL的數(shù)值公布的對(duì)病毒消毒要求要達(dá)到目標(biāo)所要求的CT值表明,二氧化氯比氯氣或一氯胺更有效。pH在6～9范圍內(nèi)的二氧化氯的效率至少是自由氯在pH為6時(shí)的兩倍。

　　三、二氧化氯對(duì)THMS的控制

　　近來(lái)研究表明,當(dāng)氯氣用于處理含腐殖物的天然物質(zhì)時(shí),會(huì)產(chǎn)生氯仿及其它氯化和溴化有機(jī)衍生物,統(tǒng)稱(chēng)三鹵甲烷(THMS)。

　　國(guó)際腫瘤研究組織(IARC)和美國(guó)國(guó)家毒理學(xué)組織(NTP)都已證實(shí)氯仿對(duì)動(dòng)物有致癌作用。因此,水處理方法也正在改進(jìn),以防止THMS的形成,或使之降低,以符合EPA三鹵甲烷總量(THMS)0.1mg/l的允許濃度(MGL)。為此目的,二氧化氯是個(gè)的替代或補(bǔ)充的氧化消毒劑。它的應(yīng)用被美國(guó)國(guó)家初級(jí)飲用水條例修改草案所支持。

　　二氧化氯更為有效的原因是:二氧化氯和氯氣對(duì)THMS前體(如腐殖物和)反應(yīng)的不同。二氧化氯主要發(fā)生氧化反應(yīng);而氯氣則同時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)和親電取代反應(yīng),產(chǎn)生易揮發(fā)和不易揮發(fā)的氯化有機(jī)物(THMS)。

　　許多處理方法都必須進(jìn)一步去除由于用氯而形成的THMS。然而,二氧化氯處理法能更好的防止或降低開(kāi)始形成的THMS。二氧化氯與THMS的前體反應(yīng),使它們無(wú)反應(yīng)性或不會(huì)形成THMS。這意味著用二氧化氯前處理,再用氯處理對(duì)THMS的形成有抑制作用。試驗(yàn)中,原水樣品用2～3mg/l的二氧化氯處理并放置48小時(shí),再用8mg/l的氯進(jìn)行處理,二氧化氯前處理過(guò)的樣品和未處理過(guò)的樣品相比,THMS的形成低50%。

　　這些發(fā)現(xiàn)為水處理采用后,可使THMS的形成。通常,二氧化氯對(duì)THMS控制是取代前氯化。二氧化氯加入原水主要是為了消毒或氧化,然后自由氯、化合氯和二氧化氯作為消毒劑在過(guò)濾后加入。

　　用二氧化氯進(jìn)行前氯化的劑量一般是前期氯化所需劑量的30%～50%。而后期加氯的劑量,要比不用二氧化氯所需的劑量稍高一些。常規(guī)的氯化過(guò)程經(jīng)過(guò)這樣的組合后,THMS能減少50%～70%。

　　二氧化氯在前期氧化和消毒中,不僅經(jīng)濟(jì)而且有效,一般來(lái)說(shuō),二氧化氯氧化的需要量比氯低。要指出的是,二氧化氯與氯相比,選擇性更高,反應(yīng)性更低。尤其是,和氯氣不同,二氧化氯不會(huì)與氨反應(yīng)產(chǎn)生氯胺。因?yàn)槁劝返南咀饔貌?它們的形成增加了水處理中氯的消耗量。

　　四、二氧化氯對(duì)味、嗅和色度的控制

　　二氧化氯在破壞酚類(lèi)、藻類(lèi)、硫化物、鐵和錳方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于氯氣。因此,它可用于市政飲用水的味、嗅和色度的控制。

　　(一)與酚類(lèi)的反應(yīng):

　　地表水常常含有工業(yè)產(chǎn)生的酚類(lèi),用氯消毒時(shí),生成氯酚,這正是產(chǎn)生味和嗅的問(wèn)題所在,但二氧化氯處理能破化氯酚,在pH=7時(shí),酚的反映迅速。

　　(二)藻類(lèi)的控制

　　二氧化氯能有效的控制藻類(lèi)生長(zhǎng)。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),在相近的處理費(fèi)用下二氧化氯比硫酸銅更有效。二氧化氯被認(rèn)為能進(jìn)攻葉綠素中的吡咯環(huán),使環(huán)開(kāi)裂,葉綠素失活,藻類(lèi)因失去葉綠素?zé)o法進(jìn)行新陳代謝而死亡。二氧化氯與藻類(lèi)和它們的精油反應(yīng)生成無(wú)味、無(wú)嗅的物質(zhì)。

　　藻類(lèi)的控制可以在晚上將二氧化氯加入水中(以防止陽(yáng)光對(duì)二氧化氯的分解),藻類(lèi)的滅殺很快,足以在日出前見(jiàn)效。據(jù)報(bào)道,控制藻類(lèi)污染的二氧化氯劑量一般為1mg/l。

　　(三)錳的去除

　　水中的錳離子會(huì)引起衣物著色。我們平時(shí)所看到水龍頭所放出的“黑”水,是因?yàn)槠浜绣i離子的原因。雖然氯氣能用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題,但它與錳離子反應(yīng)很慢,以至于加入24小時(shí)后,錳離子仍舊存在于水中。但二氧化氯與錳反應(yīng)就快得多,并將其氧化為二氧化錳:

　　2CLO2+5Mn2++6H2O=5MnO2+12H++2CL-

　　二氧化錳不溶于水,可以通過(guò)過(guò)濾將其去除。去除一部分錳需要2.45倍的二氧化氯。水pH值大于7時(shí),能獲得去除效果。

　　(四)鐵的去除

　　在水中鐵對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。二氧化氯能迅速將Fe2+氧化為Fe3+,以氫氧化鐵的形式沉淀出,和錳一樣,在中性到堿性條件下可獲得效果。據(jù)報(bào)道,過(guò)量自由氯(>5mg/l)也不能控制鐵細(xì)菌,可能是因?yàn)橛袡C(jī)鐵和氯不反應(yīng),使依附于生物膜的細(xì)菌仍維持生活活性。但二氧化氯可以氧化有機(jī)結(jié)合的鐵而有效的控制生物膜,除去依附的細(xì)菌,使之與消毒劑接觸,同時(shí)將鐵氧化。

　　(五)硫化物的去除

　　二氧化氯一般不用來(lái)去除飲用水中的硫化物,然而它在pH在5～9的范圍內(nèi)能迅速將硫化物氧化成硫酸鹽。

　　二氧化氯作為新型消毒劑,安全、穩(wěn)定,消毒效果好。與腐殖質(zhì)及有機(jī)物反應(yīng)不產(chǎn)生致癌物質(zhì);能純凈水的色味。在去除酚類(lèi)、藻類(lèi)、硫化物、鐵和錳方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于氯氣。具有助凝、除臭、脫色、去味作用,降低水的濁度,能用于污水和惡臭氣體的治理。可代替液氯在水處理中的運(yùn)用。

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