二氧化氯在水处理中的运用
水是人们日常生活中必不可少的,水的质量问题直接影响到人的健康,其处理方法非常重要,本文详细介绍了二氧化氯在水处理中的特性和作用。目前已经有若干水厂用二氧化氯替代液氯气作为消毒剂并获得成功。 由于液氯消毒饮水会产生致癌致突变的物质,世界上许多国家为了控制这些有害物质的生成量,提高饮水的化学安全性,纷纷采用二氧化氯作为液氯的替代消毒剂。我国于80年代后期引进二氧化氯生产技术,它已陆续在水源水污染严重和经济发达地区使用。
一、二氧化氯的性质
二氧化氯是一种黄绿色气体,液体二氧化氯深红色,-40℃以上时有爆炸性,浓的气态二氧化氯在超过4个大气压的压力下,也会爆炸。二氧化氯有近似CL2和O3的特殊刺激气味,具有强氧化性和不稳定性,在空气中达到一定大的浓度时见光易爆,溶于水后即成黄绿色的不稳定性药液。二氧化氯溶液在10g/l以下时所产生的蒸汽压不致产生爆炸。水厂所用二氧化氯很少超过4g/l,一般加注量为0.1～5.0mg/l。二氧化氯溶于惰性水溶液中即为稳定性药液,它是一种无毒、无味、不分解、不爆炸物质,在-5℃至95℃时性质稳定,储存期可达三年。
稳定的二氧化氯经活化后即能快速释放出游离的二氧化氯,能起到猛烈消毒、杀菌的作用。它杀菌的条件不高,研究证明:在通常条件下0.1 ppm二氧化氯于5分钟内就能杀死大肠杆均等一般肠道细菌;在pH=6～7的条件下0.25ppm的二氧化氯于一分钟内能杀灭99%以上浓度为150000ml胞体的大肠杆菌;在污水中,2ppm的二氧化氯在0.5分钟内能100%地杀死大肠杆菌。
二、二氧化氯在水处理中的特性
(一)杀菌效果好,用量少,作用快。二氧化氯溶于水后基本不与水反应,也不以二聚或多聚体存在,因而它在水中的扩散速度与渗透能力比氯快,因此其杀菌效果比氯好,而且也比氯快。温度升高,二氧化氯的杀菌能力增强,这有利于工业循环水的杀藻处理。
(二)二氧化氯在很大的pH值范围内(6～10)都有很强的杀菌能力,其效果基本上不受介质pH值的影响,在冷却水的碱性处理方案中二氧化氯对控制菌藻滋长要比氯的效果好的多。
(三)二氧化氯不与氨及氨的化合物反应,其杀菌效果不受氨的影响。液氯能与氨反应,降低杀菌效果。与此相反,二氧化氯与氨不反应,故可减少用量。
(四)二氧化氯与酚类反应不产生氯基酚,与有机物、无机物的反应也具有很强的选择性,与腐殖质及有机物反应不产生致癌物质;能纯净水的色味。
(五)二氧化氯的氧化作用很强,它能破坏水体中微量有机污物,不发生氯化反应。同时还有助凝、除臭、脱色、去味作用,降低水的浊度,因此,可用于污水和恶臭气体的治理。
(六)二氧化氯是广谱杀菌剂,它不仅能杀死微生物,而且能分解残留的细胞结构,具有杀死孢子和破坏病毒的作用,如葡萄球菌和沙门氏菌。所以使用二氧化氯可以提高处理饮用水的可靠性和安全性。二氧化氯和氯气一样能有效地破坏排放的废水中的大肠杆菌的繁殖,它对排放的废水中病毒的杀灭效果优于氯气。当用这两种消毒剂处理脊髓灰质炎病毒和原生杆菌时,2mg/l剂量的二氧化氯产生的存活率比10mg/l剂量的氯低的多。
一个消毒剂用于消毒时,它必须具有特定的微生物灭杀或去活性的标准,是以在培养皿中的大肠杆菌,异养生物和Legionella细菌数目的减少来测定的。一般加注量2.5mg/l左右,余氯可达0.1~0.2mg/l,即可杀灭水中的细菌、大肠杆菌、粪大肠杆菌等,达到处理效果。
对美国饮用水安全条例(SDWA)的一项修改要求Giardia Lamblia孢子、病毒和 Legionella细菌含量依照MCL的数值公布的对病毒消毒要求要达到目标所要求的CT值表明,二氧化氯比氯气或一氯胺更有效。pH在6～9范围内的二氧化氯的效率至少是自由氯在pH为6时的两倍。
三、二氧化氯对THMS的控制
近来研究表明,当氯气用于处理含腐殖物的天然物质时,会产生氯仿及其它氯化和溴化有机衍生物,统称三卤甲烷(THMS)。
国际肿瘤研究组织(IARC)和美国国家毒理学组织(NTP)都已证实氯仿对动物有致癌作用。因此,水处理方法也正在改进,以防止THMS的形成,或使之降低,以符合EPA三卤甲烷总量(THMS)0.1mg/l的最大允许浓度(MGL)。为此目的,二氧化氯是个极好的替代或补充的氧化消毒剂。它的应用被美国国家初级饮用水条例修改草案所支持。
二氧化氯更为有效的原因是:二氧化氯和氯气对THMS前体(如腐殖物和灰黄霉素)反应的不同。二氧化氯主要发生氧化反应;而氯气则同时发生氧化反应和亲电取代反应,产生易挥发和不易挥发的氯化有机物(THMS)。
许多处理方法都必须进一步去除由于用氯而形成的THMS。然而,二氧化氯处理法能更好的防止或降低开始形成的THMS。二氧化氯与THMS的前体反应,使它们无反应性或不会形成THMS。这意味着用二氧化氯前处理,再用氯处理对THMS的形成有抑制作用。试验中,原水样品用2～3mg/l的二氧化氯处理并放置48小时,再用8mg/l的氯进行处理,二氧化氯前处理过的样品和未处理过的样品相比,THMS的形成低50%。
这些发现为水处理采用后,可使THMS的形成最低。通常,二氧化氯对THMS控制是取代前氯化。二氧化氯加入原水主要是为了消毒或氧化,然后自由氯、化合氯和二氧化氯作为消毒剂在过滤后加入。
用二氧化氯进行前氯化的剂量一般是前期氯化所需剂量的30%～50%。而后期加氯的剂量,要比不用二氧化氯所需的剂量稍高一些。常规的氯化过程经过这样的组合后,THMS能减少50%～70%。
二氧化氯在前期氧化和消毒中,不仅经济而且有效,一般来说,二氧化氯氧化的需要量比氯低。要指出的是,二氧化氯与氯相比,选择性更高,反应性更低。尤其是,和氯气不同,二氧化氯不会与氨反应产生氯胺。因为氯胺的消毒作用差,它们的形成增加了水处理中氯的消耗量。
四、二氧化氯对味、嗅和色度的控制
二氧化氯在破坏酚类、藻类、硫化物、铁和锰方面远远优于氯气。因此,它可用于市政饮用水的味、嗅和色度的控制。
(一)与酚类的反应:
地表水常常含有工业产生的酚类,用氯消毒时,生成氯酚,这正是产生味和嗅的问题所在,但二氧化氯处理能破化氯酚,在pH=7时,酚的反映迅速彻底。
(二)藻类的控制
二氧化氯能有效的控制藻类生长。一项研究发现,在相近的处理费用下二氧化氯比硫酸铜更有效。二氧化氯被认为能进攻叶绿素中的吡咯环,使环开裂,叶绿素失活,藻类因失去叶绿素无法进行新陈代谢而死亡。二氧化氯与藻类和它们的精油反应生成无味、无嗅的物质。
藻类的控制可以在晚上将二氧化氯加入水中(以防止阳光对二氧化氯的分解),藻类的灭杀很快,足以在日出前见效。据报道,控制藻类污染的二氧化氯剂量一般为1mg/l。
(三)锰的去除
水中的锰离子会引起衣物着色。我们平时所看到水龙头所放出的“黑”水,是因为其含有锰离子的原因。虽然氯气能用来解决这个问题,但它与锰离子反应很慢,以至于加入24小时后,锰离子仍旧存在于水中。但二氧化氯与锰反应就快得多,并将其氧化为二氧化锰:
2CLO2+5Mn2++6H2O=5MnO2+12H++2CL-
二氧化锰不溶于水,可以通过过滤将其去除。去除一部分锰需要2.45倍的二氧化氯。水pH值大于7时,能获得最佳去除效果。
(四)铁的去除
在水中铁对细菌生长有促进作用。二氧化氯能迅速将Fe2+氧化为Fe3+,以氢氧化铁的形式沉淀出,和锰一样,在中性到碱性条件下可获得最佳效果。据报道,过量自由氯(>5mg/l)也不能控制铁细菌,可能是因为有机铁和氯不反应,使依附于生物膜的细菌仍维持生活活性。但二氧化氯可以氧化有机结合的铁而有效的控制生物膜,除去依附的细菌,使之与消毒剂接触,同时将铁氧化。
(五)硫化物的去除
二氧化氯一般不用来去除饮用水中的硫化物,然而它在pH在5～9的范围内能迅速将硫化物氧化成硫酸盐。
二氧化氯作为新型消毒剂,安全、稳定,消毒效果好。与腐殖质及有机物反应不产生致癌物质;能纯净水的色味。在去除酚类、藻类、硫化物、铁和锰方面远远优于氯气。具有助凝、除臭、脱色、去味作用,降低水的浊度,能用于污水和恶臭气体的治理。可代替液氯在水处理中的运用。
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