二氧化氯在自來水消毒中的應(yīng)用

來源：http://m.ssygc.com/ 作者：余氯檢測儀 時(shí)間：2019-08-14

　　摘 要：主要針對(duì)二氧化氯在自來水消毒中的應(yīng)用展開了探討，對(duì)二氧化氯的特性、消毒原理和優(yōu)點(diǎn)作了說明，詳細(xì)闡述了二氧化氯的制備方法，并分析了二氧化氯在水廠應(yīng)用中自動(dòng)化控制的問題，以期能為有關(guān)方面提供參考和借鑒。

　　關(guān)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(shí)際應(yīng)用。因此，我們需要認(rèn)真了解二氧化氯的全方位特點(diǎn)，采取有效的措施做好自來水的消毒工作。基于此，本文就二氧化氯在自來水消毒中的應(yīng)用進(jìn)行探討，相信對(duì)有關(guān)方面有一定的幫助。

　　1 二氧化氯的特性、消毒原理和優(yōu)點(diǎn)

　　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(fā)。ClO2是很強(qiáng)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(zhì)的反應(yīng)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(jī)物主要發(fā)生氧化還原反應(yīng)，其產(chǎn)物主要有酸、醇、環(huán)氧化物等無毒的以含羧基為主的產(chǎn)物。研究認(rèn)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(kuò)散速度比氯快，滲透能力比氯強(qiáng)，對(duì)細(xì)菌的細(xì)胞壁有較強(qiáng)的吸附和穿透能力，因此能滲透到細(xì)胞內(nèi)部，有效地氧化細(xì)菌內(nèi)含巰基的酶，使微生物蛋白質(zhì)中的氨基酸和核酸氧化分解，導(dǎo)致氨基酸鏈斷裂，蛋白質(zhì)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(xì)胞結(jié)構(gòu)也會(huì)被二氧化氯分解。

　　1.3 二氧化氯消毒的優(yōu)點(diǎn)

　　運(yùn)用二氧化氯消毒具有以下多個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①殺菌能力強(qiáng)，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(dòng)物、藻類、真菌和生物膜;③應(yīng)用pH范圍廣，殺菌性能基本保持不變;④適用的水質(zhì)范圍廣，不與氨發(fā)生反應(yīng);⑤氧化有機(jī)物能力強(qiáng)，能有效去除水中的酚類及亞硝酸等有害物質(zhì);⑥消毒副產(chǎn)物少。

　　2 二氧化氯的制備

　　ClO2的制備方法可以分為化學(xué)法、電解法和穩(wěn)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(xué)反應(yīng)的原理制備。根據(jù)采用的原料不同，國內(nèi)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(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)式如下：

　　NaClO3+2HCl=ClO2+1/2Cl2+NaCl+H2O.

　　由上式可以看出，在二氧化氯產(chǎn)生的同時(shí)還有約占二氧化氯產(chǎn)量一半的氯氣產(chǎn)生。本工藝中，二氧化氯的有效轉(zhuǎn)化率一般只有50%左右，并且受到反應(yīng)溫度和鹽酸濃度的影響，必須保持一定的反應(yīng)溫度(約70 ℃)和加大鹽酸的富余量。由于副反應(yīng)的存在，Cl2的產(chǎn)率提高，使反應(yīng)物中Cl2的含量增大，甚至超過ClO2的含量，產(chǎn)出物變成以Cl2為主。這個(gè)矛盾在穩(wěn)定態(tài)二氧化氯的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)中，可以通過多級(jí)加溫、空氣逆向逐級(jí)吹脫的方式來富集二氧化氯，但在水廠應(yīng)用的小型二氧化氯設(shè)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(yīng)有2個(gè)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(yīng)生成二氧化氯。反應(yīng)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(xué)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(gè)溶液槽中分別配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽酸和亞氯酸鈉溶液，亞氯酸鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5%，鹽酸與水混合后的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%.配制溶液時(shí)，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(jīng)過連接管線加入各自的貯藥罐，經(jīng)相應(yīng)的進(jìn)口計(jì)量泵準(zhǔn)確計(jì)量后打入ClO2發(fā)生器。約反應(yīng)20 min后，便形成ClO2溶液，由出口管道投加到工藝消毒點(diǎn)。與水接觸的時(shí)間為15～30 min，出廠水中游離的余氯不少于0.1 mg/L。夏季應(yīng)增加投加量，使出廠水中游離的余氯到達(dá)0.3 mg/L。管網(wǎng)末梢水中的余量不少0.02 mg/L。此外，還應(yīng)根據(jù)凈化構(gòu)筑物凈化水的數(shù)量，四季各不相同進(jìn)行投加。經(jīng)消毒，最終達(dá)到《生活自來水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(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(yīng)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(zhuǎn)化為二氧化氯為有效轉(zhuǎn)化來計(jì)，其最高有效轉(zhuǎn)化率只有80%.但從產(chǎn)物中二氧化氯的實(shí)際產(chǎn)率來看，通常可以達(dá)到95%以上。

　　該工藝具有工藝簡單，不需要加溫，設(shè)備容易操作及維護(hù)，產(chǎn)物中二氧化氯純度高等優(yōu)點(diǎn)，并且ClO2余量能在管網(wǎng)中保持很長時(shí)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(zhì)。不過，作為消毒劑，一般ClO2投量約在1.0～2.0 mg/L范圍內(nèi)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生副作用，但作為氧化劑，ClO2投加量變化較大，應(yīng)注意水中剩余ClO2和ClO2-的副作用。

　　3 有害副產(chǎn)物的生成抑制和消除

　　二氧化氯凈化自來水時(shí)，產(chǎn)生的有機(jī)副產(chǎn)物很少，主要集中在對(duì)無機(jī)副產(chǎn)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(chǎn)生100%純的二氧化氯，都不可避免地會(huì)產(chǎn)生亞氯酸鹽和氯酸鹽等副產(chǎn)物。而且二氧化氯凈化水的過程中，也會(huì)有50%～70%轉(zhuǎn)化為亞氯酸鹽。亞氯酸鹽和氯酸鹽對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生不利影響。二氧化氯的制備方法、發(fā)生裝置都在不斷改進(jìn)，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(chǎn)物的量。

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