二氧化氯在自來水消毒中的應用

來源：http://www.ssygc.com/ 作者：余氯檢測儀 時間：2019-08-14

　　摘 要：主要針對二氧化氯在自來水消毒中的應用展開了探討，對二氧化氯的特性、消毒原理和優點作了說明，詳細闡述了二氧化氯的制備方法，并分析了二氧化氯在水廠應用中自動化控制的問題，以期能為有關方面提供參考和借鑒。

　　關鍵詞：二氧化氯;自來水消毒;氯酸鈉法;亞氯酸鈉法

　　二氧化氯消毒在凈化自來水中已得到了廣泛的使用，但在使用過程中卻存在著一定的問題，影響著二氧化氯的實際應用。因此，我們需要認真了解二氧化氯的全方位特點，采取有效的措施做好自來水的消毒工作。基于此，本文就二氧化氯在自來水消毒中的應用進行探討，相信對有關方面有一定的幫助。

　　1 二氧化氯的特性、消毒原理和優點

　　1.1 二氧化氯的特性

　　在常溫常壓下，二氧化氯是一種帶有辛辣氣味的黃綠色刺激性氣體，易溶于水，易揮發。ClO2是很強的氧化劑，其氧化能力約為氯的2.5倍，漂白能力約為氯的2.63倍，與水中雜質的反應速度也比氯快。

　　1.2 二氧化氯的消毒原理

　　二氧化氯與水中的有機物主要發生氧化還原反應，其產物主要有酸、醇、環氧化物等無毒的以含羧基為主的產物。研究認為，投加二氧化氯后能減少三鹵甲烷的生成。由于二氧化氯的擴散速度比氯快，滲透能力比氯強，對細菌的細胞壁有較強的吸附和穿透能力，因此能滲透到細胞內部，有效地氧化細菌內含巰基的酶，使微生物蛋白質中的氨基酸和核酸氧化分解，導致氨基酸鏈斷裂，蛋白質合成被抑制、破壞并失去功能。在氨基酸中，芳香族和含硫氨基酸最容易被二氧化氯破壞。微生物被殺滅以后，其殘留的細胞結構也會被二氧化氯分解。

　　1.3 二氧化氯消毒的優點

　　運用二氧化氯消毒具有以下多個優點：①殺菌能力強，消毒快而耐久;②能有效控制色度和臭味，高效地消滅和控制原生動物、藻類、真菌和生物膜;③應用pH范圍廣，殺菌性能基本保持不變;④適用的水質范圍廣，不與氨發生反應;⑤氧化有機物能力強，能有效去除水中的酚類及亞硝酸等有害物質;⑥消毒副產物少。

　　2 二氧化氯的制備

　　ClO2的制備方法可以分為化學法、電解法和穩定性二氧化氯活化法3大類。目前，自來水凈化中均采用化學反應的原理制備。根據采用的原料不同，國內主要有氯酸鈉法和亞氯酸鈉法2種。

　　2.1 氯酸鈉法

　　氯酸鈉工藝采用氯酸鈉和鹽酸為原料進行反應，反應式如下：

　　NaClO3+2HCl=ClO2+1/2Cl2+NaCl+H2O.

　　由上式可以看出，在二氧化氯產生的同時還有約占二氧化氯產量一半的氯氣產生。本工藝中，二氧化氯的有效轉化率一般只有50%左右，并且受到反應溫度和鹽酸濃度的影響，必須保持一定的反應溫度(約70 ℃)和加大鹽酸的富余量。由于副反應的存在，Cl2的產率提高，使反應物中Cl2的含量增大，甚至超過ClO2的含量，產出物變成以Cl2為主。這個矛盾在穩定態二氧化氯的工業化大規模生產中，可以通過多級加溫、空氣逆向逐級吹脫的方式來富集二氧化氯，但在水廠應用的小型二氧化氯設備上，則很難解決。

　　2.2 亞氯酸鈉法

　　亞氯酸鈉工藝主要有2種，即亞氯酸鈉加氯氣工藝和亞氯酸鈉加鹽酸工藝。

　　2.2.1 亞氯酸鈉加氯氣工藝

　　該工藝合成反應有2個階段，分別為氯氣溶于水生成次氯酸，次氯酸與亞氯酸鈉反應生成二氧化氯。反應式如下：

　　2NaClO2+Cl2=2ClO2+2NaCl.

　　2.2.2 亞氯酸鈉加鹽酸工藝

　　本單位采用化學氧化法，以亞氯酸鈉加鹽酸為原料制取。制取方法：首先在2個溶液槽中分別配制一定質量分數的鹽酸和亞氯酸鈉溶液，亞氯酸鈉溶液的質量分數為7.5%，鹽酸與水混合后的質量分數為10%.配制溶液時，需佩戴防毒面具和橡膠手套，避免2種藥劑相互接觸，將配制好的2種藥劑分別經過連接管線加入各自的貯藥罐，經相應的進口計量泵準確計量后打入ClO2發生器。約反應20 min后，便形成ClO2溶液，由出口管道投加到工藝消毒點。與水接觸的時間為15～30 min，出廠水中游離的余氯不少于0.1 mg/L。夏季應增加投加量，使出廠水中游離的余氯到達0.3 mg/L。管網末梢水中的余量不少0.02 mg/L。此外，還應根據凈化構筑物凈化水的數量，四季各不相同進行投加。經消毒，最終達到《生活自來水衛生標準》(GB 5749―2006)。

　　2.2.3 亞氯酸鈉加鹽酸制取

　　亞氯酸鈉加鹽酸制取，反應式如下：

　　5NaClO2+4HCl=4ClO2+5NaCl+2H2O.

　　亞氯酸鈉既是氧化劑又是還原劑，鹽酸是酸化劑，因此，理論上有20%的亞氯酸被還原成氯化鈉(NaCl)。如果以亞氯酸鈉轉化為二氧化氯為有效轉化來計，其最高有效轉化率只有80%.但從產物中二氧化氯的實際產率來看，通常可以達到95%以上。

　　該工藝具有工藝簡單，不需要加溫，設備容易操作及維護，產物中二氧化氯純度高等優點，并且ClO2余量能在管網中保持很長時間，消毒效果受水的pH值影響極小，還能有效地去除或降低水的色、嗅及鐵、錳等物質。不過，作為消毒劑，一般ClO2投量約在1.0～2.0 mg/L范圍內時不會產生副作用，但作為氧化劑，ClO2投加量變化較大，應注意水中剩余ClO2和ClO2-的副作用。

　　3 有害副產物的生成抑制和消除

　　二氧化氯凈化自來水時，產生的有機副產物很少，主要集中在對無機副產物的抑制和消除上。雖然二氧化氯的制備方法有很多，但都不能產生100%純的二氧化氯，都不可避免地會產生亞氯酸鹽和氯酸鹽等副產物。而且二氧化氯凈化水的過程中，也會有50%～70%轉化為亞氯酸鹽。亞氯酸鹽和氯酸鹽對人體會產生不利影響。二氧化氯的制備方法、發生裝置都在不斷改進，二氧化氯的純度也越來越高。這樣既提高了二氧化氯的殺菌率和三氯甲烷類化合物的去除率，又降低了亞氯酸鹽及氯酸鹽的生成量，從而減少了有害副產物的量。

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