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二氧化氯在水廠的應(yīng)用閱讀：3079發(fā)布時間：2016-2-19
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本文詳細地介紹了二氧化氯的物理、化學性質(zhì)、消毒機理、投加量與接觸時間，以及投加過程中需注意的事項等。對水廠工作人員提供了很好地參考借鑒作用。 二氧化氯在水廠的應(yīng)用水質(zhì)檢測儀器，水質(zhì)分析儀器 二氧化氯
一、性質(zhì)： （一）、物理性質(zhì)： ①、二氧化氯ClO2摩爾質(zhì)量為67.453g/mol是在自然界中*或幾乎*以單體游離原子團整體存在的少數(shù)化合物之一。ClO2熔點-59℃，沸點11℃。常溫下是黃綠色或橘紅色氣體，ClO2蒸氣在外觀和味道上酷似氯氣，有窒息性臭味，當溶液中ClO2濃度高于30%或空氣中大于10%，易發(fā)生低水平爆炸，在有機蒸氣條件下，這種爆炸可能變得強烈。 ②、二氧化氯不穩(wěn)定、受熱或遇光易分解成氧和氯。 ③、二氧化氯氣體易溶于水，其溶解度約是Cl2的5倍，溶解中形成黃綠色的溶液，具有與Cl2近似的辛辣的刺激性氣味。 （二）、化學性質(zhì)： ①、二氧化氯系一強氧化劑，其有效氯是氯氣的2.6倍，與很多物質(zhì)都能發(fā)生強烈反應(yīng)，二氧化氯腐蝕性很強。 ②、二氧化氯能與很多無機和有機污染物發(fā)生氧化反應(yīng)其中包括鐵、錳、硫化物、氰化物和含氮化物等無機物以及酚類、有機硫化物、多環(huán)芳烴、胺類、不飽和化合物、醇醛和碳水化物以及氨基酸和農(nóng)藥等有機物反應(yīng)。 ③、在2-30℃內(nèi)測定亞硝酸鹽和4-甲基酚的阿累尼烏斯圖給出了很好的線性關(guān)系，每升高1℃其表現(xiàn)速率常數(shù)分別增加4%和7%。 二、二氧化氯的消毒機理及特性： 二氧化氯對微生物的滅活機理：先進入微生物體內(nèi)，然后破壞微生物體內(nèi)的酶和蛋白質(zhì)以達到滅活微生物的目的，但二氧化氯對細胞壁有較強的吸附和穿透能力，特別是在低濃度時更加突出。二氧化氯主要通過兩種機理滅活微生物，（一）、是二氧化氯與微生物體內(nèi)的生物分子反應(yīng)。（二）、是二氧化氯影響微生物的生理功能。 三、影響二氧化氯消毒效果的因素： 1、水溫：與液氯消毒相似，溫度越高，二氧化氯的殺菌效力越大。在同等條件下，當體系溫度從20℃降到10℃時，二氧化氯對隱孢子蟲的滅活效率降低了4%。溫度低時二氧化氯的消毒能力較差，大約5℃時要比20℃時多消毒劑31%～35%。 2、pH值：適應(yīng)范圍寬。ClO2分解是pH和OH-濃度的函數(shù)： 當pH值＞9時 2 ClO2+2 OH-= ClO2- + ClO3-+H2O （岐化反應(yīng)） 3、懸浮物：懸浮物能阻礙二氧化氯直接與細菌等微生物的接觸，從而不利于二氧化氯對微生物的滅活。 4、二氧化氯投加量與接觸時間： 二氧化氯對微生物的滅活效果隨其投加量的增高而提高，消毒劑對微生物的總體滅活效果取決于殘余消毒劑濃度與接觸時間的乘積，因此延長接觸時間也有助于提高消毒劑的滅菌效果，但出水余量不可過高，否則易產(chǎn)生異味和提高色度。 5、光對二氧化氯的影響： 二氧化氯化學性質(zhì)不穩(wěn)定，見光極易分解，以穩(wěn)定性液體二氧化氯的衰減為例，在二氧化氯初始濃度為1mg/l，衰減時間為20分鐘，陽光直射、室內(nèi)有光、室內(nèi)無光下的二氧化氯殘余率分別為12.12%（實測值）88.55%（實測值）99.85%（計算值）。 四、投加量的一般控制： 投加量可分為兩部分：一部分是為了殺滅細菌除藻類、蚤類、氧 化有機物等而消耗的量，這部分和原水水質(zhì)情況有關(guān)，另一部分是剩余量，是為了滿足水在管網(wǎng)中有持續(xù)殺菌能力，現(xiàn)國標規(guī)定出口不低于0.1mg/l，但在夏季應(yīng)相應(yīng)提高。在夏季水溫高時二氧化氯在水中衰減散失的比較快，但不宜過高如果超過0.5mg/l，水在加熱時產(chǎn)生異味（崔福義）并增加出水廠水的色度，增加亞氯酸鹽、氯酸鹽含量。應(yīng)多點投加充分發(fā)揮二氧化氯在低濃度時滅活性突出的特點。 五、二氧化氯投加需注意的其它事項： 1、因二氧化氯具有遇光分解的特性，如果沉淀池濾池的采光條件較好，應(yīng)在投加二氧化氯時在沉淀池和濾池增加避光設(shè)施，否則將會出現(xiàn)以下情況： ①二氧化氯遇光分解，使二氧化氯不能充發(fā)揮作用，并分解產(chǎn)生亞氯酸鹽、氯酸鹽。 ClO2+ H2O =ClO2- + ClO3+2H+ ②在反應(yīng)池和沉淀池的過渡段、濾池（恒水位工作）滯水區(qū)存在藻、蚤類的二次繁殖問題。（二氧氯因自身分解及遇光分解，滯水區(qū)二氧氯濃度很低，藻、蚤類具有趨光性，為二次繁殖提供有利條件。）（夏季在斜板和濾池排水槽及池壁生長藻細胞成層的黏物質(zhì)，形成一層潤滑層，影響感官效果和水質(zhì)，主要原因也是光。） ③由于光照強度的不同使沉淀池，濾池出口余ClO2變化較大，必將影響清水池出口余ClO2的穩(wěn)定性。 2、二次投加后的水，在清水池不宜儲存時間過長。二氧化氯靜態(tài)衰減結(jié)果表明，二氧化氯濃度降低的大部分（50%--60%）發(fā)生在與水接觸的10min內(nèi)，在與水接觸10min后的1天內(nèi)，二氧化氯濃度降低了20%--40%。實際在清水池的衰減速度更快。 3、沉淀池和濾池的負荷不易過低，防止二氧化氯自身揮發(fā)和分解。 六、ClO2的無機副產(chǎn)物的產(chǎn)生主要途徑： (1) 、在用ClO2凈化飲用水時，大約有50%～70%參與反應(yīng)的ClO2轉(zhuǎn)化為ClO2—和ClO3—并殘留在水中。 (2)、在光和熱的作用下也會產(chǎn)生ClO2—和ClO3— 。 (3)、ClO2 的強氧化性在與水中的某些還原物質(zhì)反應(yīng)而形成ClO2— 。 (4)、ClO2在堿性介質(zhì)中也會發(fā)生酸化反應(yīng)，生成ClO2—和ClO3—。 (5)、化學法產(chǎn)生二氧化氯的過程中，由反應(yīng)條件的限制可造成不*反應(yīng)和非定量投加，將會導(dǎo)制產(chǎn)物中ClO2—和ClO3— 的增加。 七、如何zui大限度減少無機副產(chǎn)物量： （1）、若用氯酸鹽法，可設(shè)法提高反應(yīng)原料的轉(zhuǎn)換效率，探求反應(yīng)的*濃度、酸度、溫度、壓力。 （2）、要做好水源保護工作，提高二氧化氯應(yīng)用工序之前處理工藝的效率，zui大程度地降低水體與二氧化氯投加量以及有機和無機副產(chǎn)物的生成量。 （3）、在二氧化氯應(yīng)用工藝階段注意適量投加二氧化氯在滿足氧化和消毒要求的情況下，盡量減少二氧化氯的殘余量，并且不要使二氧化氯暴露在陽光下而分解，同時注意水體的pH 值等條件，充分發(fā)揮二氧化氯的氧化能力。 八、亞氯酸鹽的去除技術(shù)： 在凈水工藝中去除亞氯酸鹽的應(yīng)用技術(shù)，基本上都是氧化還原法，還原法包括硫化物，亞鐵和活性炭吸附等還原產(chǎn)物為Cl— 。氧化法有臭氧氧化等氧化產(chǎn)物為氯酸性。 九、二氧化氯凈化飲用水的優(yōu)勢與不足： 主要優(yōu)點： ①二氧化氯對病毒的滅活能力比氯氣強，特別是對隱孢子蟲，賈第蟲的滅活效果好。 ②幾乎不產(chǎn)生鹵代消毒副產(chǎn)物。 ③二氧化氯能氧化去除鐵、錳、硫化物等，可以提高混凝效果。④可以有效去除由藻類或腐敗生物引起的嗅、味、色，有效去除 致臭的氯酚類化合物，除臭效果比氯氣好。 ⑤適用的水質(zhì)范圍廣，適用pH值范圍大。 主要不足： ①凈化過程中產(chǎn)生亞氯酸鹽和氯酸鹽等副產(chǎn)物。 ②發(fā)生器優(yōu)化運行控制有一定的難度，運行不佳時容易導(dǎo)致亞氯酸鹽，氯酸鹽等進入水體，并由此引起更多副產(chǎn)物問題。 ③制造成本比氯氣高。 ④二氧化氯氧化能力強，易分解，必須現(xiàn)場發(fā)生，使用不夠方便。 十、二氧化氯凈化副產(chǎn)物的危害： 二氧化氯副產(chǎn)物主要是ClO2- ClO3- ，而其中ClO2-的作用zui強，但較氯氣所產(chǎn)生的副產(chǎn)物小的多。 高劑量的二氧化氯可能會在人體內(nèi)產(chǎn)生過量氧化氫，將液體中的單質(zhì)碘氧化成活性形成，活性碘會與胃腸中的有機營養(yǎng)物結(jié)合成碘化有機物，從而干擾碘的吸收代謝并抑制其生理活性，抑制甲狀腺素的分泌而導(dǎo)致血清中甲狀腺素的降低，引起胎兒腦質(zhì)增生。當飲食中脂肪和鈣的含量較高時，二氧化氯還可使血液中的膽固醇濃度升高和增大血小板個體，增加心血管病?；疾÷剩瑩p害肝、腎和中樞神經(jīng)系統(tǒng)。消毒副產(chǎn)物亞氯酸有較大的毒理學影響。亞氯酸鹽能使紅細胞氧化變性成為無色的正鐵血紅蛋白，引起溶血性貧血，導(dǎo)致生物個體成加速度減慢和幼胎夭折！還能影響肝功能和免疫反應(yīng)，毒害性腺使含硫基因受抑制，肝產(chǎn)生壞死病變，腎和心肌營養(yǎng)不良。亞氯酸鹽被癌癥研究所確定為致癌物類。氯酸鹽屬于中等毒性的化合物，會引起腎功能衰竭。 二氧化氯，氯酸和亞氯酸的綜合作用能引起質(zhì)突變，使精子畸形，血液和尿液化學成分異常。因此有些人認為二氧化氯消毒的危險潛在不亞于加氯。不過上述研究結(jié)果都是在較高濃度和較高的攝入劑量下獲得的。當濃度低于2 mg/L時，并沒有觀察到對實驗個體有顯著的生理影響。另外據(jù)研究在低于5 mg/L 的濃度時，二氧化氯、氯酸和亞氯酸在生物體的蓄積作用，亞慢性中毒和致突變作用都不明顯。所以在采用二氧化氯消毒時，如果嚴格控制管網(wǎng)中的ClO2- ClO3- ClO2-的含量，則應(yīng)當是能保證飲用水安全的。 目前根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，認為安全濃度的界限為10~~100 mg/L 由于二氧化氯在水溶液中消耗較快，世界衛(wèi)生組織認為設(shè)置亞氯酸鹽指標限值已能保證毒性安全要求，可不用進一步設(shè)置其他毒理準則（新國標0.7 mg/L） 據(jù)研究，所生成的亞氯酸鹽和氯酸鹽的數(shù)量還與總有機碳含量有關(guān)，當二氧化氯與總機碳的比例低于0.4時水處理效果*。所以有人建議在投二氧化氯后采用活性碳或其他還原劑（如亞鐵鹽）進行后續(xù)處理。 十一、濾后水二氧化氯的衰減規(guī)律及亞氯酸鹽的生成規(guī)律： 二氧化氯反應(yīng)時間延長而減少，反應(yīng)前期衰減較快，后期衰減平緩，二氧化氯投加量越大，快速衰減所需要時間就越短。投加量3.23mg/L時，二氧化氯基本在1小時內(nèi)完成快速衰減，之后衰減趨向平緩，而投加量2.04 mg /L的二氧化氯在6小時內(nèi)都維持著較快的衰減速度。 亞氯酸根隨反應(yīng)時間延長而增多，二氧化氯投加量越大，時間內(nèi)生成亞氯酸根越多，經(jīng)過24小時后，二氧化氯投加量0.51mg/L 2.04 mg/L 3.24 mg/L時，亞氯酸根的轉(zhuǎn)換率分別為58.3% 72.4%和65.1%。 十二、水中二氧化氯及副產(chǎn)物的控制： （1）、二氧化氯在投加量的限制，是為了避免水中二氧化氯及其衍生物對人體健康構(gòu)成威脅，因此一些國家和組織對二氧化氯投加量和出廠二氧化氯余量及其氯酸鹽做出了嚴格規(guī)定。在感官角度上對二氧化氯濃度的要求，通常從感官性能要求，二氧化氯濃度要小于0.4mg/L（味閾）指標值為0.7 mg/L按一般實踐中人體的感覺反應(yīng)，水中二氧化氯的zui大濃度在0.42——0.45 mg/L以下時對水沒有異臭味的影響。（新國標0.8mg/L ） （2）、過量二氧化氯和副產(chǎn)物的控制： 1、提高二氧化氯產(chǎn)品的純度，改善工藝提高控制的度。 2、改進水處理工藝。如采用避光，減少跌水，縮短工藝流程的時間等措施。 3、去除消毒副產(chǎn)物。（例：在水中投加亞鐵） 4Fe+ClO2+10H2O=Fe(OH)3↓+Clˉ+8H+ 4、去除過量的消毒劑。（例：在水投加CO2進行碳酸化處理） 十三、適合二氧化氯處理的水質(zhì)條件： 1、原水中含有大量的腐殖酸，富里酸等天然有機物質(zhì)或受到有機污染的地表水廠。 2、因大量藻類和真菌繁殖而產(chǎn)生的色、臭、味的水源。 3、PH和氨氮含量較高的水源。 4、原水的酚濃度高，并且氯酚是水產(chǎn)生味的主要來源。 5、鐵、錳含量較高，要采用化學氧化去除的水源。 6、采用氯消毒會使三氯甲烷嚴重超標的水源等。 十四、二氧化氯投加量及投加點： 1、預(yù)處理：用于預(yù)處理除鐵、除錳、除藻時一般投加0.5-3.0mg/L （一般是氯化所需劑量的30%----50%）若同時除臭則還要有所提高，但一般不超過5mg/L。 投加點一般設(shè)在混凝劑加注前的5min左右，以二氧化氯與被去除物質(zhì)所需的反應(yīng)時間而定，接觸時間約為15--30min，除臭時投加點可以設(shè)在濾后。 2、消毒處理：用于出廠飲用水消zui終處理時一般投加0.1--1.4mg/L水溫低時投量可加大；投加點一般設(shè)在濾后，接觸時間約為15--30 min。處理水中二氧化氯用于保證安全消毒的剩余濃度尚未有統(tǒng)一標準，各水質(zhì)標準規(guī)定各不相同，我國新水質(zhì)標準規(guī)定0.8—0.1mg/L。 總之，實踐中二氧化氯的投加量一般約為0.1—5.0mg/L，主要與原水水質(zhì)和加藥處理的目的有關(guān)。 空氣中ClO2的濃度毒性表現(xiàn) 5ppm 開始對呼吸器官產(chǎn)生刺激 17ppm 氣味十分明顯 45ppm 對眼、鼻吼產(chǎn)生損傷性刺激 150ppm 動物40分鐘死亡 350ppm 動物迅速死去
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