二氧化氯在水厂的应用

二氧化氯在水厂的应用二氧化氯一、性质：（一）物理性质：①、二氧化氯ClO2摩尔质量为67.453g/mol是在自然界中完全或几乎完全以单体游离原子团整体存在的少数化合物之一。ClO2熔点-59℃，沸点11℃。常温下是黄绿色或橘红色气体，ClO2蒸气在外观和味道上酷似氯气，有窒息性臭味，当溶液中ClO2浓度高于30%或空气中大于10%，易发生低水平爆炸，在有机蒸气条件下，这种爆炸可能变得强烈。②、二氧化氯不稳定、受热或遇光易分解成氧和氯。③、二氧化氯气体易溶于水，其溶解度约是Cl2的5倍，溶解中形成黄绿色的溶液，具有与Cl2近似的辛辣的刺激性气味。（二）化学性质：①二氧化氯系一强氧化剂，其有效氯是氯气的2.6倍，与很多物质都能发生强烈反应，二氧化氯腐蚀性很强。②二氧化氯能与很多无机和有机污染物发生氧化反应其中包括铁、锰、硫化物、氰化物和含氮化物等无机物以及酚类、有机硫化物、多环芳烃、胺类、不饱和化合物、醇醛和碳水化物以及氨基酸和农药等有机物反应。③、在2-30℃内测定亚硝酸盐和4-甲基酚的阿累尼乌斯图给出了很好的线性关系，每升高1℃其表现速率常数分别增加4%和7%。二、二氧化氯的消毒机理及特性：二氧化氯对微生物的灭活机理：先进入微生物体内，然后破坏微生物体内的酶和蛋白质以达到灭活微生物的目的，但二氧化氯对细胞壁有较强的吸附和穿透能力，特别是在低浓度时更加突出。二氧化氯主要通过两种机理灭活微生物，（一）、是二氧化氯与微生物体内的生物分子反应。（二）、是二氧化氯影响微生物的生理功能。三、影响二氧化氯消毒效果的因素：1、水温：与液氯消毒相似，温度越高，二氧化氯的杀菌效力越大。在同等条件下，当体系温度从20℃降到10℃时，二氧化氯对隐孢子虫的灭活效率降低了4%。温度低时二氧化氯的消毒能力较差，大约5℃时要比20℃时多消毒剂31%～35%。2、pH值：适应范围宽。ClO2分解是pH和OH-浓度的函数：当pH值＞9时2ClO2+2OH-=ClO2-+ClO3-+H2O（岐化反应）3、悬浮物：悬浮物能阻碍二氧化氯直接与细菌等微生物的接触，从而不利于二氧化氯对微生物的灭活。4、二氧化氯投加量与接触时间：二氧化氯对微生物的灭活效果随其投加量的增高而提高，消毒剂对微生物的总体灭活效果取决于残余消毒剂浓度与接触时间的乘积，因此延长接触时间也有助于提高消毒剂的灭菌效果，但出水余量不可过高，否则易产生异味和提高色度。5、光对二氧化氯的影响：二氧化氯化学性质不稳定，见光极易分解，以稳定性液体二氧化氯的衰减为例，在二氧化氯初始浓度为1mg/l，衰减时间为20分钟，阳光直射、室内有光、室内无光下的二氧化氯残余率分别为12.12%（实测值）88.55%（实测值）99.85%（计算值）。四、投加量的一般控制：投加量可分为两部分：一部分是为了杀灭细菌除藻类、蚤类、氧化有机物等而消耗的量，这部分和原水水质情况有关，另一部分是剩余量，是为了满足水在管网中有持续杀菌能力，现国标规定出口不低于0.1mg/l，但在夏季应相应提高。在夏季水温高时二氧化氯在水中衰减散失的比较快，但不宜过高如果超过0.5mg/l，水在加热时产生异味（崔福义）并增加出水厂水的色度，增加亚氯酸盐、氯酸盐含量。应多点投加充分发挥二氧化氯在低浓度时灭活性突出的特点。五、二氧化氯投加需注意的其它事项：1、因二氧化氯具有遇光分解的特性，如果沉淀池滤池的采光条件较好，应在投加二氧化氯时在沉淀池和滤池增加避光设施，否则将会出现以下情况：①二氧化氯遇光分解，使二氧化氯不能充发挥作用，并分解产生亚氯酸盐、氯酸盐。ClO2+H2O=ClO2-+ClO3+2H+②在反应池和沉淀池的过渡段、滤池（恒水位工作）滞水区存在藻、蚤类的二次繁殖问题。（二氧氯因自身分解及遇光分解，滞水区二氧氯浓度很低，藻、蚤类具有趋光性，为二次繁殖提供有利条件。）（夏季在斜板和滤池排水槽及池壁生长藻细胞成层的黏物质，形成一层润滑层，影响感官效果和水质，主要原因也是光。）③由于光照强度的不同使沉淀池，滤池出口余ClO2变化较大，必将影响清水池出口余ClO2的稳定性。2、二次投加后的水，在清水池不宜储存时间过长。二氧化氯静态衰减结果表明，二氧化氯浓度降低的大部分（50%--60%）发生在与水接触的10min内，在与水接触10min后的1天内，二氧化氯浓度降低了20%--40%。实际在清水池的衰减速度更快。3、沉淀池和滤池的负荷不易过低，防止二氧化氯自身挥发和分解。六、ClO2的无机副产物的产生主要途径：(1)、在用ClO2净化饮用水时，大约有50%～70%参与反应的ClO2转化为ClO2—和ClO3—并残留在水中。(2)、在光和热的作用下也会产生ClO2—和ClO3—。(3)、ClO2的强氧化性在与水中的某些还原物质反应而形成ClO2—。(4)、ClO2在碱性介质中也会发生酸化反应，生成ClO2—和ClO3—。(5)、化学法产生二氧化氯的过程中，由反应条件的限制可造成不完全反应和非定量投加，将会导制产物中ClO2—和ClO3—的增加。七、如何最大限度减少无机副产物量：（1）、若用氯酸盐法，可设法提高反应原料的转换效率，探求反应的最佳浓度、酸度、温度、压力。（2）、要做好水源保护工作，提高二氧化氯应用工序之前处理工艺的效率，最大程度地降低水体与二氧化氯投加量以及有机和无机副产物的生成量。（3）、在二氧化氯应用工艺阶段注意适量投加二氧化氯在满足氧化和消毒要求的情况下，尽量减少二氧化氯的残余量，并且不要使二氧化氯暴露在阳光下而分解，同时注意水体的pH值等条件，充分发挥二氧化氯的氧化能力。八、亚氯酸盐的去除技术：在净水工艺中去除亚氯酸盐的应用技术，基本上都是氧化还原法，还原法包括硫化物，亚铁和活性炭吸附等还原产物为Cl—。氧化法有臭氧氧化等氧化产物为氯酸性。九、二氧化氯净化饮用水的优势与不足：主要优点：①二氧化氯对病毒的灭活能力比氯气强，特别是对隐孢子虫，贾第虫的灭活效果好。②几乎不产生卤代消毒副产物。③二氧化氯能氧化去除铁、锰、硫化物等，可以提高混凝效果。④可以有效去除由藻类或腐败生物引起的嗅、味、色，有效去除致臭的氯酚类化合物，除臭效果比氯气好。⑤适用的水质范围广，适用pH值范围大。主要不足：①净化过程中产生亚氯酸盐和氯酸盐等副产物。②发生器优化运行控制有一定的难度，运行不佳时容易导致亚氯酸盐，氯酸盐等进入水体，并由此引起更多副产物问题。③制造成本比氯气高。④二氧化氯氧化能力强，易分解，必须现场发生，使用不够方便。十、二氧化氯净化副产物的危害：二氧化氯副产物主要是ClO2-ClO3-，而其中ClO2-的作用最强，但较氯气所产生的副产物小的多。高剂量的二氧化氯可能会在人体内产生过量氧化氢，将液体中的单质碘氧化成活性形成，活性碘会与胃肠中的有机营养物结合成碘化有机物，从而干扰碘的吸收代谢并抑制其生理活性，抑制甲状腺素的分泌而导致血清中甲状腺素的降低，引起胎儿脑质增生。当饮食中脂肪和钙的含量较高时，二氧化氯还可使血液中的胆固醇浓度升高和增大血小板个体，增加心血管病。患病率，损害肝、肾和中枢神经系统。消毒副产物亚氯酸有较大的毒理学影响。亚氯酸盐能使红细胞氧化变性成为无色的正铁血红蛋白，引起溶血性贫血，导致生物个体成加速度减慢和幼胎夭折！还能影响肝功能和免疫反应，毒害性腺使含硫基因受抑制，肝产生坏死病变，肾和心肌营养不良。亚氯酸盐被国际癌症研究所确定为致癌物类。氯酸盐属于中等毒性的化合物，会引起肾功能衰竭。二氧化氯，氯酸和亚氯酸的综合作用能引起质突变，使精子畸形，血液和尿液化学成分异常。因此有些人认为二氧化氯消毒的危险潜在不亚于加氯。不过上述研究结果都是在较高浓度和较高的摄入剂量下获得的。当浓度低于2mg/L时，并没有观察到对实验个体有显著的生理影响。另外据研究在低于5mg/L的浓度时，二氧化氯、氯酸和亚氯酸在生物体的蓄积作用，亚慢性中毒和致突变作用都不明显。所以在采用二氧化氯消毒时，如果严格控制管网中的ClO2-ClO3-ClO2-的含量，则应当是能保证饮用水安全的。目前根据实验数据，认为安全浓度的界限为10~~100mg/L由于二氧化氯在水溶液中消耗较快，世界卫生组织认为设置亚氯酸盐指标限值已能保证毒性安全要求，可不用进一步设置其他毒理准则（新国标0.7mg/L）据研究，所生成的亚氯酸盐和氯酸盐的数量还与总有机碳含量有关，当二氧化氯与总机碳的比例低于0.4时水处理效果最佳。所以有人建议在投二氧化氯后采用活性碳或其他还原剂（如亚铁盐）进行后续处理。十一、滤后水二氧化氯的衰减规律及亚氯酸盐的生成规律：二氧化氯反应时间延长而减少，反应前期衰减较快，后期衰减平缓，二氧化氯投加量越大，快速衰减所需要时间就越短。投加量3.23mg/L时，二氧化氯基本在1小时内完成快速衰减，之后衰减趋向平缓，而投加量2.04mg/L的二氧化氯在6小时内都维持着较快的衰减速度。亚氯酸根随反应时间延长而增多，二氧化氯投加量越大，时间内生成亚氯酸根越多，经过24小时后，二氧化氯投加量0.51mg/L2.04mg/L3.24mg/L时，亚氯酸根的转换率分别为58.3%72.4%和65.1%。十二、水中二氧化氯及副产物的控制：（1）、二氧化氯在投加量的限制，是为了避免水中二氧化氯及其衍生物对人体健康构成威胁，因此一些国家和组织对二氧化氯投加量和出厂二氧化氯余量及其氯酸盐做出了严格规定。在感官角度上对二氧化氯浓度的要求，通常从感官性能要求，二氧化氯浓度要小于0.4mg/L（味阈）指标值为0.7mg/L按一般实践中人体的感觉反应，水中二氧化氯的最大浓度在0.42——0.45mg/L以下时对水没有异臭味的影响。（新国标0.8mg/L）（2）、过量二氧化氯和副产物的控制：1、提高二氧化氯产品的纯度，改善工艺提高控制的精准度。2、改进水处理工艺。如采用避光，减少跌水，缩短工艺流程的时间等措施。3、去除消毒副产物。（例：在水中投加亚铁）4Fe+ClO2+10H2O=Fe(OH)3↓+Clˉ+8H+4、去除过量的消毒剂。（例：在水投加CO2进行碳酸化处理）十三、适合二氧化氯处理的水质条件：1、原水中含有大量的腐殖酸，富里酸等天然有机物质或受到有机污染的地表水厂。2、因大量藻类和真菌繁殖而产生的色、臭、味的水源。3、PH和氨氮含量较高的水源。4、原水的酚浓度高，并且氯酚是水产生味的主要来源。5、铁、锰含量较高，要采用化学氧化去除的水源。6、采用氯消毒会使三氯甲烷严重超标的水源等。十四、二氧化氯投加量及投加点：1、预处理：用于预处理除铁、除锰、除藻时一般投加0.5-3.0mg/L（一般是氯化所需剂量的30%----50%）若同时除臭则还要有所提高，但一般不超过5mg/L。投加点一般设在混凝剂加注前的5min左右，以二氧化氯与被去除物质所需的反应时间而定，接触时间约为15--30min，除臭时投加点可以设在滤后。2、消毒处理：用于出厂饮用水消最终处理时一般投加0.1--1.4mg/L水温低时投量可加大；投加点一般设在滤后，接触时间约为15--30min。处理水中二氧化氯用于保证安全消毒的剩余浓度尚未有统一标准，各水质标准规定各不相同，我国新水质标准规定0.8—0.1mg/L。总之，实践中二氧化氯的投加量一般约为0.1—5.0mg/L，主要与原水水质和加药处理的目的有关。空气中ClO2的浓度毒性表现5ppm开始对呼吸器官产生刺激17ppm气味十分明显45ppm对眼、鼻吼产生损伤性刺激150ppm动物40分钟死亡350ppm动物迅速死去一、原理：氯酸钠+盐酸法（全盐酸法或开斯汀法）。反应方程式：NaClO3+2HCl=ClO2+1/2Cl2+NaCl+H2O副反应为：2NaClO3+6HCl=3Cl2+2NaCl+3H2O通过理论计算可知：NaClO3+2HCl=ClO2+1/2Cl2+NaCl+H2O106.5/1.56+74/1.1=67.5/1+35.5/.53+58.5/.87+18/.27产生1吨二氧化氯需用1.56吨氯酸钠、1.1吨氯化氢同时产生0.53吨氯气、0.87吨NaCl和0.27吨水。