二氧化氯的腐蚀性研究宋鸿

第24卷第6期1998年12月中国纺织大学学报JOURNALOFCHINATEXITLEUNWERSll,YVol.24,No.6Dee.1998二氧化氯的腐蚀性研究宋鸿奚旦立(中国纺织大学环境科学与工程系,上海,2以犯51)摘要研究了二氧化氛在消毒过程中对器具的腐性率,考察了二氧化氛在不同浓度、温度、pH值以及接触时间条件下对腐抽性的影响。结果表明,常温、中性条件下,在符合卫生G1B5982一1995要求的接触时间前提下,低浓度二氧化氛是目前比较好的消毒剂。关键词:二氧化氛,腐性率,消毒剂中图法分类号:X132近年来,二氧化氯以其一系列的优点日益受到人们的重视。据有关资料报道,美国最早采用二氧化氯用于控制饮用水的味和嗅,后来才逐渐用作主要消毒剂。目前在美国、英国、瑞士、法国等欧美国家已有几千家水厂使用二氧化氯消毒处理饮用水和废水l}[,我国的自来水厂多年来一直沿用氯气消毒的传统工艺,氯气消毒在保证饮水卫生安全、防止肠道传染病的流行方面确实起到了很大作用,但是氯气会与水中某些碳氢化合物反应生成三卤甲烷、氯胺、氯酚等致癌、致畸、致突变“三致”物质,国外已做了大量研究,证实用二氧化氯消毒饮用水,不会产生这些“三致”物质。我国早在70年代就开始研究二氧化氯,但直到现在,才有一些成果得到推广。二氧化氯与氯气相比,除上述优点外,其投加量少,残留量也少,而且不会与水反应生成次氯酸和盐酸,这样对设备和管道的腐蚀就大大减少了。二氧化氯发生工艺与臭氧或紫外线相比,其投资少,产率高,而且二氧化氯在水中的滞留时间长,能保证有效杀除和抑制各种细菌。因此,在目前经济及科技发展水平下,二氧化氯是一种比较好的可以替代氯的消毒剂。但是,二氧化氯终究是一种氧化剂,最早人们认为二氧化氯腐蚀性较强,即使一般的不锈钢都将受到侵蚀,因此制备及贮存二氧化氯必须要用钦钢,这样就导致难于推广使用二氧化氯。本研究侧重于低浓度二氧化氯在应用过程中的腐蚀性,针对美国Vulcan公司发生器发生的二氧化氯,运用控制温度、控制浓度、控制pH值以及控制时间四类方法对二氧化氯的腐蚀性进行系统和全面的研究,探索二氧化氯作为消毒剂使用的最佳条件。1二氧化氯的性质及Vulcan公司发生器的发生机制二氧化氯(CIO:)是黄绿色气体,冷凝时为红色液体,沸点284K,lCoZ气体当浓集到分压约6.667kpa(50~珑)以上时容易发生爆炸[2j,因此二氧化氯安现场制备。二氧化氯气体分子中含有奇数电子,具有顺磁性=[],因此其化学性质活泼,是强氧化剂。美国Vulcan公司的二氧化氯发生器采用的原理是:SNaCIOZ+4HCI~4CIO:+SNaCI+ZHZO其反应流程图如图1所示。2二氧化氯的金属腐蚀试验金属腐蚀有很多类型,一般可分为全面腐蚀、局部腐蚀、应力和环境介质共同作用下的腐蚀,其中每一类又可再分为许多种,金属的腐蚀实质上是金属作为阳极溶解。本试验对金属的腐蚀评定采用失重法,即根据金属在单位面积上和单位时间内失去的收稿日期:1998一07一03中国纺织大学学报第24卷水射器Cl():溶液NaC102图1二氧化氯的制备重量,作为评定金属腐蚀速度的指标,详见下列公式汇3]:左:=11.145(G,一GZ)/S:式中:k:一一腐蚀率(~/a);G,一一试片未腐蚀前重(mg);`2一一试片经过腐蚀并除去表面腐蚀产物后重(mg);S一一试片暴露在冷却水中的表面积(。时);!一一试片受腐蚀的时间(h)。试片线速度:0.3m/,试液体积与试片面积比:40n1Uc时;试片上端与试液面的距离:2cm;试片:45号钢。2.1不同浓度二氧化氯对钢片的腐蚀试验根据资料,美国规定二氧化氯0.8一lm岁L为安全浓度,0.2m创L为保证杀菌最低限,参照其他消毒剂的浓度,此试验将二氧化氯浓度定在0.2一0.5mgL/之间。在温度24℃条件下,将不同浓度二氧化氯溶液分别与试件接触一定时间,取四片相同试片做重复试验,以算术平均值作为测定结果。试验结果见图3。由图3可见,0.38mg几的CIOZ溶液对试片腐蚀率最小。根据金属耐蚀性参考标准lt4(见表1),对于日日日l/})))1.}}}}}}日日日日日日}}}}}日日lllllllllllllllllllllllllllllll!!!lllllllllll!!!lllllllllll------IZZZ、、、、图2腐蚀试验装置1一旋转轴;2一测温探头;3一电加热器;4一试片固定装置;5一恒温水浴;6一试杯;7一试片;8一温度计。试验装置如图2所示。0.2一0·sm剧L浓度范围的lCq,本实验用试片45号钢属稍耐蚀这一等级,故而此浓度范围的lCoZ可推广运用于不锈钢器具的消毒。在水处理系统和废水处理系统中,只要维持CIOZ溶液浓度在此范围内,就可以既达到消毒目的,又使腐蚀降到最低。表l金属局部腐蚀耐蚀性参考标准耐蚀性评定等级无;l~·a一`完全极耐蚀10.001完全耐蚀20.01极耐蚀3。.1足够耐蚀40.3稍耐蚀51.。几乎不耐蚀65.0不耐蚀75.0,07’1一/一一魂。.。510.1日0.20.240.250.270一30350.3吕0.40.450.50.52二氧化氯浓度俪g·L一,图3二氧化氯的浓度与腐蚀关系2.2不同温度条件对钢片的腐蚀效果的影响根据2.1实验,取0.38mg/L二氧化氯溶液,控制温度为0、24、38、42℃进行腐蚀试验,结果见表2。根表2不同温度条件下试片的腐蚀结果温度l℃0243842无:zmm·a一10.550.“0.680.69实验条件:PH值7.0,时间72h6期宋鸿等:二氧化氯的腐蚀性研究据vna’tH。任-Arrhneni,理论阁,氧化剂与基质反应速度受温度影响。一般情况下,温度每增加10℃,反应速度增加2一4倍。当温度升高时,二氧化氯的溶解度和稳定性都下降,但其与试件的反应速度却增加,这两方面的作用相互抵消,从而使温度对二氧化氯的腐蚀性能影响很小。2.3二氧化氯腐蚀性能随时间的变化配0.38州L二氧化氯在35℃室温下,定时测定试片腐蚀率,实验结果见图4。图4基本上反映出随着时间的推移,试片的腐蚀率呈增长的趋势。但是由于二氧化氯易衰减,每天衰减率在1%一10%之间,故试片腐蚀率的增长速率呈下降趋势。20,红细胞,引起溶血性贫血,故对二氧化氯消毒饮用水的使用剂量必须加以限制。我国在70年代有些纺织厂在亚漂过程中发现设备腐蚀严重,这可能是因为亚漂都是在二氧化氯发生的同时进行的,而二氧化氯发生是在酸性条件下,因此,设备的腐蚀可以理解为酸蚀和二氧化氯的氧化协同作用的结果。本项研究所采用的二氧化氯是由发生器发生后溶解于水中形成的中性二氧化氯溶液,故其对设备的腐蚀就小得多。4结束语0.881.431.78k,/m口·a一l图4接触时间与腐蚀率关系2.07口,0口,0月.月.Pù亘言2.4pH值对二氧化抓腐蚀性能的影响仍配置0.38m以L的二氧化氯溶液,加入缓冲剂,调节pH值分别为3、5、7,试片的腐蚀结果见表3。由表3不同pH值条件下试片的腐蚀程度pH值k乙/mm’a0.690.650.63实验条件:温度32℃,时间72h表3可见,在酸性条件下,试片的腐蚀程度略大,当pH值增加时,金属表面的钝化膜的稳定性增强,或者说有利于受损坏的钝化膜的再钝化。另外,在碱性条件下,二氧化氯会发生歧化反应,ZCIO:+2OH一~CIO至+CIO:一+凡O因此,碱性条件下二氧化氯对设备的腐蚀要弱一些。根据实验结果和分析,关于二氧化氯作为消毒剂使用,其腐蚀性可作如下结论:(l)对于手术刀具等不锈钢制品的消毒,推荐使用0.38m剧L的二氧化氯,既可保证有效杀除病菌,又可减轻对器皿的腐蚀。(2)在。一50℃范围内,二氧化氯的腐蚀率随温度变化不大,但是温度升高,对二氧化氯的衰减却有影响(针对这个问题,笔者另有专门论述),因此要取得良好的消毒效果,温度以25℃左右为好。对于确实需要高温消毒的场合,可以通过计算,适当补充二氧化氯。(3)虽然接触时间越长,器皿的受蚀程度越大,但是根据实验,在水处理系统中只要接触30而n,就可使大肠杆菌含量达到GB15982一1995(医院消毒卫生标准》,细菌总数30个/mL。(4)虽然提高pH值,金属表面钝化膜更坚固,二氧化氯的腐蚀性似乎是下降了,但是由于二氧化氯同时也发生歧化反应,故而将影响其消毒性能,所以建议在中性条件下使用。致谢:98届王慧敏同学参与了本试验研究,在此表示感谢。参考文献3结果讨论lCoZ作为消毒剂使用时,要达到一定的杀菌效果,必须维持一定浓度并与细菌接触一定时间,同时对器具及水处理设施的腐蚀要小,分析上面实验结果,发现只要恰当使用二氧化氯,是完全可以达到上面要求的。但是,二氧化氯消毒饮用水时,它本身一部分变为亚氯酸盐(1C氏),在动物试验中发现亚氯酸盐能损伤萧正辉,马世豪主编.医院污水处理技术.北京:中国建筑工业出版社,1993武汉大学、吉林大学等校编,曹锡章、张婉蕙等修订.无机化学:下册.第二版.北京:高等教育出版社,1990龙荷云.水质稳定技术工艺学:下册.南京:南京化工学院出版社,1981.5陈鸿海主编.金属腐蚀学.北京:北京理工大学出版社,1卯2胡英,陈学让,昊树森编.物理化学:中册.第二版.北京:高等教育出版社,1953中国纺织大学学报第24卷StudyofCorrosionaboutChlorineDioXideonMetalSongHo褚,石Da斌(玩脚叮恤.torEn讨加mnen回Sde暇&E喀此ed呜,C、匕aTex山eU己ver吐yt,sb四沙址,2以犯51)Abstt8CtOnlyhwenKeywords:Corrisionehan邵5ofC102onmetalswhenC102eoneentraiton,tem衅aruter,pHandimtehcan罗aerstudied.uselowere叨eenatritonCIOZat25℃andpH=7,eaniterallybeaikdnofgoeddisi刘eFctant.比fo对力eido石de,eo币ison,idisnfecatnt(上接第82页)CIeanWorkAuditforDyeingPoreesses乳gnl妙n,eHij邢in(众paJ比mentorTextenbCelnl以En咖ee血g,C址naT巴吐neU川ve川`yt,S加山口过,2仪xJ51)AbstraetAcco记ingtohetprineiP玩ofmaetiralequi场irum,hteCODandOTCvahieofottalinputandoutPutaereal-eulaetdindyeingPocresses杭htUnasoleracitvedyes.仆einfluecnehas玩enevaluaetdbasingonhteCODandOTCval-ueofeachcomepllent.Ithasbeenfoudnhtathtem山erasonforhihgCODandOTCvalueineffluent15hetusa邵ofIA-be吧Bandaceiteacid洲11五5studyhassuPPiledhetecness肚yhteoeritcalfoundatlonforelcandyeingPoreessesiwhtL肚la-501eareitvedyes.Keywords:COD,OTC,eleanwokr,dyeing,polluiotn