二氧化氯在水處理中的運用
水是人們日常生活中的,水的質量問題直接影響到人的健康,其處理方法非常重要,本文詳細介紹了二氧化氯在水處理中的特性和作用。目前已經有若干水廠用二氧化氯替代液氯氣作為消毒劑并獲得成功。 由于液氯消毒飲水會產生致癌致突變的物質,世界上許多國家為了控制這些有害物質的生成量,提高飲水的化學安全性,紛紛采用二氧化氯作為液氯的替代消毒劑。我國于80年代后期引進二氧化氯生產技術,它已陸續在水源水污染嚴重和經濟發達地區使用。
一、二氧化氯的性質
二氧化氯是一種黃綠色氣體,液體二氧化氯深紅色,-40℃以上時有爆炸性,濃的氣態二氧化氯在超過4個大氣壓的壓力下,也會爆炸。二氧化氯有近似CL2和O3的特殊刺激氣味,具有強氧化性和不穩定性,在空氣中達到一定大的濃度時見光易爆,溶于水后即成黃綠色的不穩定性藥液。二氧化氯溶液在10g/l以下時所產生的蒸汽壓不致產生爆炸。水廠所用二氧化氯很少超過4g/l,一般加注量為0.1～5.0mg/l。二氧化氯溶于惰性水溶液中即為穩定性藥液,它是一種無毒、無味、不分解、不爆炸物質,在-5℃至95℃時性質穩定,儲存期可達三年。
穩定的二氧化氯經活化后即能快速釋放出游離的二氧化氯,能起到猛烈消毒、殺菌的作用。它殺菌的條件不高,研究證明:在通常條件下0.1 ppm二氧化氯于5分鐘內就能殺死大腸桿均等一般腸道細菌;在pH=6～7的條件下0.25ppm的二氧化氯于一分鐘內能殺滅99%以上濃度為150000ml胞體的大腸桿菌;在污水中,2ppm的二氧化氯在0.5分鐘內能99%地殺死大腸桿菌。
二、二氧化氯在水處理中的特性
(一)殺菌效果好,用量少,作用快。二氧化氯溶于水后基本不與水反應,也不以二聚或多聚體存在,因而它在水中的擴散速度與滲透能力比氯快,因此其殺菌效果比氯好,而且也比氯快。溫度升高,二氧化氯的殺菌能力增強,這有利于工業循環水的殺藻處理。
(二)二氧化氯在很大的pH值范圍內(6～10)都有很強的殺菌能力,其效果基本上不受介質pH值的影響,在冷卻水的堿性處理方案中二氧化氯對控制菌藻滋長要比氯的效果好的多。
(三)二氧化氯不與氨及氨的化合物反應,其殺菌效果不受氨的影響。液氯能與氨反應,降低殺菌效果。與此相反,二氧化氯與氨不反應,故可減少用量。
(四)二氧化氯與酚類反應不產生氯基酚,與有機物、無機物的反應也具有很強的選擇性,與腐殖質及有機物反應不產生致癌物質;能純凈水的色味。
(五)二氧化氯的氧化作用很強,它能破壞水體中微量有機污物,不發生氯化反應。同時還有助凝、除臭、脫色、去味作用,降低水的濁度,因此,可用于污水和惡臭氣體的治理。
(六)二氧化氯是廣譜殺菌劑,它不僅能殺死微生物,而且能分解殘留的細胞結構,具有殺死孢子和破壞病毒的作用,如葡萄球菌和沙門氏菌。所以使用二氧化氯可以提高處理飲用水的可靠性和安全性。二氧化氯和氯氣一樣能有效地破壞排放的廢水中的大腸桿菌的繁殖,它對排放的廢水中病毒的殺滅效果優于氯氣。當用這兩種消毒劑處理脊髓灰質炎病毒和原生桿菌時,2mg/l劑量的二氧化氯產生的存活率比10mg/l劑量的氯低的多。
一個消毒劑用于消毒時,它必須具有特定的微生物滅殺或去活性的標準,是以在培養皿中的大腸桿菌,異養生物和Legionella細菌數目的減少來測定的。一般加注量2.5mg/l左右,余氯可達0.1~0.2mg/l,即可殺滅水中的細菌、大腸桿菌、糞大腸桿菌等,達到處理效果。
對美國飲用水安全條例(SDWA)的一項修改要求Giardia Lamblia孢子、病毒和 Legionella細菌含量依照MCL的數值公布的對病毒消毒要求要達到目標所要求的CT值表明,二氧化氯比氯氣或一氯胺更有效。pH在6～9范圍內的二氧化氯的效率至少是自由氯在pH為6時的兩倍。
三、二氧化氯對THMS的控制
近來研究表明,當氯氣用于處理含腐殖物的天然物質時,會產生氯仿及其它氯化和溴化有機衍生物,統稱三鹵甲烷(THMS)。
國際腫瘤研究組織(IARC)和美國國家毒理學組織(NTP)都已證實氯仿對動物有致癌作用。因此,水處理方法也正在改進,以防止THMS的形成,或使之降低,以符合EPA三鹵甲烷總量(THMS)0.1mg/l的允許濃度(MGL)。為此目的,二氧化氯是個的替代或補充的氧化消毒劑。它的應用被美國國家初級飲用水條例修改草案所支持。
二氧化氯更為有效的原因是:二氧化氯和氯氣對THMS前體(如腐殖物和)反應的不同。二氧化氯主要發生氧化反應;而氯氣則同時發生氧化反應和親電取代反應,產生易揮發和不易揮發的氯化有機物(THMS)。
許多處理方法都必須進一步去除由于用氯而形成的THMS。然而,二氧化氯處理法能更好的防止或降低開始形成的THMS。二氧化氯與THMS的前體反應,使它們無反應性或不會形成THMS。這意味著用二氧化氯前處理,再用氯處理對THMS的形成有抑制作用。試驗中,原水樣品用2～3mg/l的二氧化氯處理并放置48小時,再用8mg/l的氯進行處理,二氧化氯前處理過的樣品和未處理過的樣品相比,THMS的形成低50%。
這些發現為水處理采用后,可使THMS的形成。通常,二氧化氯對THMS控制是取代前氯化。二氧化氯加入原水主要是為了消毒或氧化,然后自由氯、化合氯和二氧化氯作為消毒劑在過濾后加入。
用二氧化氯進行前氯化的劑量一般是前期氯化所需劑量的30%～50%。而后期加氯的劑量,要比不用二氧化氯所需的劑量稍高一些。常規的氯化過程經過這樣的組合后,THMS能減少50%～70%。
二氧化氯在前期氧化和消毒中,不僅經濟而且有效,一般來說,二氧化氯氧化的需要量比氯低。要指出的是,二氧化氯與氯相比,選擇性更高,反應性更低。尤其是,和氯氣不同,二氧化氯不會與氨反應產生氯胺。因為氯胺的消毒作用差,它們的形成增加了水處理中氯的消耗量。
四、二氧化氯對味、嗅和色度的控制
二氧化氯在破壞酚類、藻類、硫化物、鐵和錳方面遠遠優于氯氣。因此,它可用于市政飲用水的味、嗅和色度的控制。
(一)與酚類的反應:
地表水常常含有工業產生的酚類,用氯消毒時,生成氯酚,這正是產生味和嗅的問題所在,但二氧化氯處理能破化氯酚,在pH=7時,酚的反映迅速。
(二)藻類的控制
二氧化氯能有效的控制藻類生長。一項研究發現,在相近的處理費用下二氧化氯比硫酸銅更有效。二氧化氯被認為能進攻葉綠素中的吡咯環,使環開裂,葉綠素失活,藻類因失去葉綠素無法進行新陳代謝而死亡。二氧化氯與藻類和它們的精油反應生成無味、無嗅的物質。
藻類的控制可以在晚上將二氧化氯加入水中(以防止陽光對二氧化氯的分解),藻類的滅殺很快,足以在日出前見效。據報道,控制藻類污染的二氧化氯劑量一般為1mg/l。
(三)錳的去除
水中的錳離子會引起衣物著色。我們平時所看到水龍頭所放出的“黑”水,是因為其含有錳離子的原因。雖然氯氣能用來解決這個問題,但它與錳離子反應很慢,以至于加入24小時后,錳離子仍舊存在于水中。但二氧化氯與錳反應就快得多,并將其氧化為二氧化錳:
2CLO2+5Mn2++6H2O=5MnO2+12H++2CL-
二氧化錳不溶于水,可以通過過濾將其去除。去除一部分錳需要2.45倍的二氧化氯。水pH值大于7時,能獲得去除效果。
(四)鐵的去除
在水中鐵對細菌生長有促進作用。二氧化氯能迅速將Fe2+氧化為Fe3+,以氫氧化鐵的形式沉淀出,和錳一樣,在中性到堿性條件下可獲得效果。據報道,過量自由氯(>5mg/l)也不能控制鐵細菌,可能是因為有機鐵和氯不反應,使依附于生物膜的細菌仍維持生活活性。但二氧化氯可以氧化有機結合的鐵而有效的控制生物膜,除去依附的細菌,使之與消毒劑接觸,同時將鐵氧化。
(五)硫化物的去除
二氧化氯一般不用來去除飲用水中的硫化物,然而它在pH在5～9的范圍內能迅速將硫化物氧化成硫酸鹽。
二氧化氯作為新型消毒劑,安全、穩定,消毒效果好。與腐殖質及有機物反應不產生致癌物質;能純凈水的色味。在去除酚類、藻類、硫化物、鐵和錳方面遠遠優于氯氣。具有助凝、除臭、脫色、去味作用,降低水的濁度,能用于污水和惡臭氣體的治理。可代替液氯在水處理中的運用。
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