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二氧化氯的氧化作用

文章出处:德林达二氧化氯发生器人气:发表时间:2018-05-21
 一、 二氧化氯的特性
二氧化氯是一种优良的消毒剂和强氧化剂,又是一种含氯制剂,继第一代消毒剂液氯(含cl2、次氯酸盐和漂白粉)、第二代消毒剂优氯剂(二氯异氰尿酸钠)、第三代消毒剂氯精(三氯异氰尿酸)后,二氧化氯被推崇为第四代消毒剂,是世界卫生组织(who)和世界粮农组织(fao)向全世界推荐的a1级广普、安全和高效消毒剂。 
二、 二氧化氯的物理性质
二氧化氯常温下为黄绿色或橘红色气体,带有一种辛辣气味,易溶于水,在20℃和30mmhg压力下,二氧化氯在水中的溶解度为2.9克/升。溶解中形成黄绿色的溶液。在空气中的体积浓度超过10%时便有爆炸性,但在水溶液中则无危险性。比重为3.09克/升(11℃),熔点-59.5℃,沸点9.9℃(压力为731mmhg时的沸点)。在水中能被光分解,与氨不起反应。对人体有刺激,当大气中二氧化氯含量为14mg/l时,就可使人觉察;45mg/l时,明显地刺激呼吸道。二氧化氯的挥发性较大,稍一曝气即从溶液中逸出。温度升高、曝光或与有机质相接触,会发生爆炸。因此,在实际应用中,二氧化氯须避光保存,一般情况下,现使用,现制备。 
三、 二氧化氯的化学特性
二氧化氯是一种有多方面用途又有选择性的氧化剂,它与各种有机和无机化合物反应,这些反应中许多都能用于包括水溶液和气态蒸汽在内的水处理和工业废物处理上。二氧化氯属强氧化剂,其有效氯是氯的2.6倍,可以与包括铁、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、不饱和化物,醇醛和碳水化合物以及氨基酸和农药等有机物化合物反应。 
四、 二氧化氯的应用范围
二氧化氯问世以来,已经先后被用于纸张和纤维漂白、饮用水消毒、食品加工、肉类水果蔬菜和水产品灭菌与保鲜、工业冷却水和废水处理、食品包装纸消毒和漂白、注水采油和油井解堵、临床医疗中的消毒灭菌、卫生防疫消毒、油脂脱色及面粉和大米加工中的漂白和杀菌、水产养殖中的水体养殖消毒和防病治病以及水厂杀藻和控制生物污染和管道淤塞等诸多方面。 
1、 二氧化氯在引用水消毒中的应用 
美国环境保护局进行过几项使用二氧化氯消毒水和废水的研究,实验证明二氧化氯是一种比氯更有效的杀病毒剂和杀细菌剂,而且在广泛的ph范围内有效,成为大家喜欢使用的消毒剂。认真控制二氧化氯消毒可减少形成有机氯代物的潜力。 
2、 使用二氧化氯控制三氯甲烷 
二氧化氯在水处理中的应用,是多年来已被接受的一项事实,它曾经是减少水源疾病的重要因素一。但是三卤甲烷的发现及其危及健康的作用却提出了一个氯化和安全问题,认为在保护饮用水免遭疾病传染时也能产生致癌性的有机副产物。这种关注导致了对“国家临时初级饮用水章程”的修改,以便控制饮用水中三卤甲烷的浓度。 
八十年代初,美国印第安纳州埃文斯维尔供排水公司和美国环境保护局(usepa)发起了使用二氧化氯的评价研究,结果表明二氧化氯对减少三卤甲烷是非常有效的,二氧化氯的效果促成了美国很多供排水公司把预消毒剂从氯气改变为二氧化氯。 
3、 二氧化氯和氯:预氧化剂用于饮用水厂杀灭藻类 
与水净化和水质问题相关的藻类已引起人们的强烈关注。这些问题概括如下: 
¨ 藻类和胞外产物干扰物理/化学水净化工艺; 
¨ 藻类通过净化系统造成令人难以接受的水质产生; 
藻类不仅产生影响神经系统的肝毒素有害于消费者的健康,而且产生藻类产物还能作为三卤甲烷的前驱物质和微生物及其异样生物的养料来源。 
自20世纪70年代中期,南非弗里尼欣市兰特水司比较了二氧化氯和氯气作为原水的预氧化剂和杀藻剂的效果,并且进行了下列研究: 
¨ 不同种藻类对两种氧化剂的敏感性; 
¨ 藻类浓度对氧化效率的影响; 
¨ 氧化剂浓度和接触时间对藻类存活率的影响。 
研究结果表明:在氯需要的1/3接触时间内,二氧化氯的效率是氯的2-10倍。用二氧化氯作预氧化剂时没有三卤甲烷的形成,但是用氯氧化含藻悬浮液在接触2h内形成三卤甲烷达35μg/l。从这项研究中可明显地得出:二氧化氯是这两种消毒中使用较佳者。 
4、 二氧化氯对直流式冷却系统的防污塞处理 
微生物污染是指在处理系统表面产生不期望的生物粘泥沉积。生物粘泥主要由生物膜组成,其中的微生物包埋于由它们自身组成的聚合基质中,形成复杂的粘泥沉积物。在工业环境中产生的生物粘泥,常常包含有生物膜,以及和它们有密切关系的无机颗粒、腐蚀产物和较大的污染微生物。 
意大利学者毕来梯(belluati)等用二氧化氯处理直流式冷却系统中的微生物污染取得了积极成果,研究证明二氧化氯在0.05-0.25mg/l的投加浓度下就能有效地控制生物污染地发生。 
5、 二氧化氯在煤气废水处理中的应用 
将二氧化氯()应用于煤气废水(含高浓度酚类物质)治理中,对二氧化氯投量与cod的比例关系、反应时间对酚类物质去除的影响、反应过程中二氧化氯的消耗与ClO2-的形成做了比较。结果表明,在煤气废水中的COD与ClO2的浓度比为5.5,反应进行30min后,可以使废水中可降解的酚类物质基本去除。gc/ms表明,在处理过程中基本没有氯代有机物生成。 
二氧化氯可以有效去除煤气废水中的有机物质,在实际废水处理工艺中,如果在生化处理之后辅之以化学氧化,处理出的水就可以满足循环冷却水的要求,这不仅达到了废水处理的目的,而且使废水得到了回用。 
6、 二氧化氯在石油污染地下水治理中的应用 
利用二氧化氯作为氧化剂,并结合曝气、微生物技术及水利截获技术使地下水中油类污染物的浓度较大程度地降低。 
7、 二氧化氯处理医院污水 
医院污水消毒目前国内外主要采用液氯、漂白粉(或漂白精)、次氯酸钠、臭氧和二氧化氯等。用二氧化氯和氯气对照处理医院污水,进行消毒处理实验,考察二氧化氯对医院污水地处理效果,得出以下结论: 
1) 二氧化氯对国家规定的消毒剂鉴定菌种的杀灭效果是显著和高效的,符合国家卫生部的规定要求。 
2) 二氧化氯对医院污水中分离鉴定出来的非致病菌和致病菌的消毒效果明显好于液氯。 
3) 二氧化氯可在ph=3.0-9.0范围内有效杀灭医院污水中的细菌(含大肠杆菌),而氯气只有在中性条件下才达到满意效果。 
4) 二氧化氯对医院污水中COD和BOD5的去除效果优于液氯。 
5) 建议二氧化氯处理医院污水的运行参数是:投量30-50mg/l,作用60-120min;在此条件下,处理后污水细菌总数均可达到GB48-83国家医院污水排放标准和GB8978-88国家污水综合排放标准。 
8、 二氧化氯处理印染废水 
印染废水中助剂和浆料占废水COD的70%以上,而染料只占COD的10%左右。但是,染料形成了印染废水的主要特征之一——高色度。二氧化氯作为一种具有强氧化性和氧化过程中很少有有机卤代物产生的氧化剂,用于处理印染废水,在适当条件下,具有很好的脱色效果,无返色现象,处理后的出水COD等指标能达到国家GB8978-88排放标准。 
9、 二氧化氯用于杀灭成熟斑贻贝 
斑贻贝出没于构筑物进水口和管线引起生物淤塞及其相关问题。二氧化氯是一种有效的杀菌剂,与氯气相比,它在低浓度和接触时间内成功地杀死贻贝。在美国已成功使用二氧化氯消除成熟的斑贻贝侵蚀。 
10、 二氧化氯在注水采油中的应用 
20世纪90年代以来,美国某些油田采用在常规酸中加入二氧化氯的方法处理地层和注水管线的堵塞收到了明显效果。 
二氧化氯是一种极强的氧化剂,它可优先将FeS氧化成水润湿性的氧化物,溶解了的铁被酸中的添加剂螯合,酸化产生的硫化氢被氧化成SO42--或SO32-,因此不会产生FeS的再沉淀问题。二氧化氯也完全能够氧化堵塞岩层的有机生物质合任何聚合物残渣,因此在常规酸中添加二氧化氯能有效地解决井眼周围地岩层损害合注水管线中的淤渣问题,从而提高注水速度,降低压力,增加生产能力。 
11、 二氧化氯处理高浓度含氰废水 
二氧化氯是一种强氧化剂,它可将含氰废水中的CN- 氧化成CO2和N2而达到净化目的。 
12、 二氧化氯在水产养殖中的应用 
大量的养殖实验已证明二氧化氯对经水传播的病原微生物均具有较好的消毒效果,且对养殖动物生长发育没有影响。有因其使用后不会导致病原体产生耐药性和作用后无有害残留物生成等特点,二氧化氯将会作为水产养殖用水消毒剂而被广泛使用。 
13、 二氧化氯的在医疗中的应用 
二氧化氯可用于皮肤保护液、清洁剂和消毒剂,妇科消毒,口腔消毒,眼科消毒和治疗眼疾,骨科消毒,外科消毒和伤面冲洗,哺乳动物消毒,还可用于防止组织红肿;另外,二氧化氯在医院其它方面也有应用,如用于医院污水的消毒,医院废物处理,医疗器械的即时消毒,医院环境及空气消毒等等。
 
用二氧化氯取代氯气进行自来水原水预处理
摘   要:由于水质污染导致了每年夏季水库水体中以绿藻为主的藻类物质的快速生长,给地表水自来水厂现有的常规原水处理工艺带来了诸多困难,而直接影响了地表水厂的出厂水质。为减少藻类对水质的影响,本文着重介绍了利用二氧化氯进行原水预处理的方法以及其优点,阐述了其除藻的效果。
1. 方法概述
1 .1 二氧化氯的氧化机理
二氧化氯做为一种强氧化剂,具有较高的氧化——还原电势,它不同于氯气以亲电取代为主,而是以氧化反应为主。有机物被氧化后以降解为氧基因产物存在,而不是以三氯甲烷等卤代烃有害物质形式存在,并且二氧化氯较氯气适应于更宽的PH 值范围,因此从反应机理而言,二氧化氯较氯气具有更好的除藻、除腥效果,并能有效地控制卤代烃的生成量。
1 .2 二氧化氯制备设备的选择
常规纯二氧化氯的制备设备价格较贵,原材料次氯酸钠的价格也很高,采用此方法的成本将大为增加,并且后者化学性质活泼,极不稳定,运输和保管方面的困难也很大,从综合经济性和实用性的考虑,如果设备选用化学法复合二氧化氯发生器,原材料选用价格较低的氯酸钠和盐酸,其二氧化氯有效生成率为85%,并且具有运行安全、工艺完善、计量准确、自动化控制程度较高的优点,能大大降低设备投资和实际运行成本,使此方法更具推广价值。
1 .3二氧化氯投加量控制和投加点的选择
投加量控制和投加点的选择是二氧化氯的预处理系统的两个关键点。通过对藻类、亚硝酸盐等相关数据的实际测定,将二氧化氯投加量控制在0 . 7 k g/km3左右的范围是适宜的。投加时应考虑到二氧化氯的反应速度虽然较迅速,但挥发性强的特点,投加点必须设在有一定管段距离的满水环境中。将投加点设在引水渠和细隔栅之间的DN 1000的管道内,不仅能够增强混合效果,而且能保证二氧化氯的充分反应。
2 、利用二氧化氯原水预处理与利用氯气处理优势比较
2 .1减少对净水剂的干扰:
地表水厂投加的净水剂为碱式氯化铝 (PAC), 其在水解过程中,生成多种中间水化合物,并不断消耗OH -离子,采用氯气预处理是使原水呈弱酸性,因而会抑制碱式氯化铝的良好水解,造成了絮凝反应效果不好,生成的矾花颗粒小、密度低,直接影响了沉淀效果;利用二氧化氯预处理,作为强氧化剂的二氧化氯可直接与水中的有机物发生反应,而不象氯气是通过“争夺”水中的 H +离子间接生成次氯酸(H C lO )HO 2 + Cl 2 =H Cl O+  H Cl 与水中的有机物发生反应,二氧化氯对于原水PH 值基本没有影响,这就为碱式氯化铝的良好水解提供了有利的前提条件,矾花生成的颗粒大小和密度都有了一定的改善。
2 .2水处理构筑物的池壁附着物明显减少:
采用氯气预处理,在配水井、沉淀池、滤池的池壁上都会附着一层由藻类细胞成层后形成的池壁粘质物,既影响了制水过程中的感官质量,又致使池壁受粘质物的腐蚀变的粗糙老化。利用二氧化氯预处理,构筑物池壁的粘质物明显减少,不仅感官效果良好,而且基本阻断了水垢、青苔等其他附着物的生长。
2 .3提高出厂水水质:
投加二氧化氯预处理,不仅能大大提高藻类去除率,而且能明显改善絮凝效果,降低滤前水浊度,避免因藻类物质在滤池中的大量繁殖而造成的滤料层堵塞现象,从而减轻滤池的运行负荷,降低滤后水浊度(平均能降低0 . 17 NTU )。二氧化氯预处理后的有机物被降解为氧基因为主的产物,而不是以三氯甲烷等有害卤代烃产物形式存在,这样就能有效降低卤代烃的生成量。
2 .4 降低设备投资成本和运行成本
如采用氯气预处理,一座水厂最少需两套0—20 kg /h 加氯机(25万元),计量秤及其他附件(3万元),漏氯保护装置(20万元),设备投资约为 48万元;采用二氧化氯预处理,需两套现场发生器,设备投资约为28万元。以日均输水量7000 吨/ 小时计算,氯气的平均投加量2 . 2k g/km3 ,氯气的市场价格为2500元/吨,则每小时消耗氯气的金额为38元;二氧化氯的平均投加量0 . 7k g/km3 ,选用复合二氧化氯发生器每产生1 克有效二氧化氯,消耗氯酸钠0 . 65克,盐酸1 .3克,折合金额为0 . 005元/克,则每小时消耗二氧化氯的金额为24 .5元。以5 至10 月140 天的投加时间计算,则每年可节约(38 -24 .5 )×24 ×140 =4.54万元的运行费用。
3.实践验证
3 .1 验证背景
陡河水库是唐山市工业生产和人民生活的重要水源地,共建有三座岸边式取水泵站,其中两座属陡河发电厂作为提供工业原水使用,另一座属唐山自来水公司,通过15公里输水管线为地表水厂提供饮用水源(取水量为17万吨/日),因此陡河水库的水质状况直接关系到我公司的供水质量。
近几年来,随着上游水库(包括邱庄水库、大黑汀水库)的水质污染现象加重,加之陡河发电厂回放水(为37 ℃左右的水体)造成的热污染,导致了每年夏季水库水体中以绿藻为主的藻类物质的快速生长,这就给地表水厂现有的常规处理工艺带来了诸多困难,从而直接影响了地表水厂的出厂水质,主要表现为出厂水带有“发腥”的异味,虽然每年5 至10 月在取水泵站采取了前加氯的预处理措施,但是效果一直不尽如人意。
为解决这一难题,我们在充分调研的基础上,唐山市自来水公司于2002年改用了投加二氧化氯进行原水预处理的方法,以减少藻类对水质的影响。经过近两年的运行和监测,结果是令人满意的。
3 .2 验证数据
现将唐山市自来水公司将2002 年5 至10 月投加氯气与2005 和2006 年5 至10 月投加二氧化氯进行预处理的去除藻类数据情况如下表。
二氧化氯的氧化作用
可见投加二氧化氯比投加氯气对藻类的去除率提高了一倍,出厂水“发腥”的味道已明显减轻,因此采用二氧化氯预处理的效果优于氯气。
通过近两年的原水投加二氧化氯预处理的实践, 不仅有效地提高了藻类去除率,而且进一步降低了出厂水浊度,控制了卤代烃等有害物质的生成量,降低了日常生产运行费用,取得了良好的经济和社会双重效益。

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