二氧化氯在水厂的应用

二氧化氯在水厂的应用二氧化氯一、性质：（一）、物理性质：①、二氧化氯ClO2摩尔质量为67.453g/mol是在自然界中完全或几乎完全以单体游离原子团整体存在的少数化合物之一。ClO2熔点-59℃，沸点11℃。常温下是黄绿色或橘红色气体，ClO2蒸气在外观和味道上酷似氯气，有窒息性臭味，当溶液中ClO2浓度高于30%或空气中大于10%，易发生低水平爆炸，在有机蒸气条件下，这种爆炸可能变得强烈。②、二氧化氯不稳定、受热或遇光易分解成氧和氯。③、二氧化氯气体易溶于水，其溶解度约是Cl2的5倍，溶解中形成黄绿色的溶液，具有与Cl2近似的辛辣的刺激性气味。（二）、化学性质：①、二氧化氯系一强氧化剂，其有效氯是氯气的2.6倍，与很多物质都能发生强烈反应，二氧化氯腐蚀性很强。②、二氧化氯能与很多无机和有机污染物发生氧化反应其中包括铁、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、不饱和化合物、醇醛和碳水化物以及氨基酸和农药等有机物反应。③、在2-30℃内测定亚硝酸盐和4-甲基酚的阿累尼乌斯图给出了很好的线性关系，每升高1℃其表现速率常数分别增加4%和7%。二、二氧化氯的消毒机理及特性：二氧化氯对微生物的灭活机理：先进入微生物体内，然后破坏微生物体内的酶和蛋白质以达到灭活微生物的目的，但二氧化氯对细胞壁有较强的吸附和穿透能力，特别是在低浓度时更加突出。二氧化氯主要通过两种机理灭活微生物，（一）、是二氧化氯与微生物体内的生物分子反应。（二）、是二氧化氯影响微生物的生理功能。三、影响二氧化氯消毒效果的因素：1、水温：与液氯消毒相似，温度越高，二氧化氯的杀菌效力越大。在同等条件下，当体系温度从20℃降到10℃时，二氧化氯对隐孢子虫的灭活效率降低了4%。温度低时二氧化氯的消毒能力较差，大约5℃时要比20℃时多消毒剂31%～35%。2、pH值：适应范围宽。ClO2分解是pH和OH-浓度的函数：当pH值＞9时2ClO2+2OH-=ClO2-+ClO3-+H2O（岐化反应）3、悬浮物：悬浮物能阻碍二氧化氯直接与细菌等微生物的接触，从而不利于二氧化氯对微生物的灭活。4、二氧化氯投加量与接触时间：二氧化氯对微生物的灭活效果随其投加量的增高而提高，消毒剂对微生物的总体灭活效果取决于残余消毒剂浓度与接触时间的乘积，因此延长接触时间也有助于提高消毒剂的灭菌效果，但出水余量不可过高，否则易产生异味和提高色度。5、光对二氧化氯的影响：二氧化氯化学性质不稳定，见光极易分解，以稳定性液体二氧化氯的衰减为例，在二氧化氯初始浓度为1mg/l，衰减时间为关键字：微生物消毒衰减时间为20分钟，阳光直射、室内有光、室内无光下的二氧化氯残余率分别为12.12%（实测值）88.55%（实测值）99.85%（计算值）。四、投加量的一般控制：投加量可分为两部分：一部分是为了杀灭细菌除藻类、蚤类、氧化有机物等而消耗的量，这部分和原水水质情况有关，另一部分是剩余量，是为了满足水在管网中有持续杀菌能力，现国标规定出口不低于0.1mg/l，但在夏季应相应提高。在夏季水温高时二氧化氯在水中衰减散失的比较快，但不宜过高如果超过0.5mg/l，水在加热时产生异味（崔福义）并增加出水厂水的色度，增加亚氯酸盐、氯酸盐含量。应多点投加充分发挥二氧化氯在低浓度时灭活性突出的特点。五、二氧化氯投加需注意的其它事项：1、因二氧化氯具有遇光分解的特性，如果沉淀池滤池的采光条件较好，应在投加二氧化氯时在沉淀池和滤池增加避光设施，否则将会出现以下情况：①二氧化氯遇光分解，使二氧化氯不能充发挥作用，并分解产生亚氯酸盐、氯酸盐。ClO2+H2O=ClO2-+ClO3+2H+②在反应池和沉淀池的过渡段、滤池（恒水位工作）滞水区存在藻、蚤类的二次繁殖问题。（二氧氯因自身分解及遇光分解，滞水区二氧氯浓度很低，藻、蚤类具有趋光性，为二次繁殖提供有利条件。）（夏季在斜板和滤池排水槽及池壁生长藻细胞成层的黏物质，形成一层润滑层，影响感官效果和水质，主要原因也是光。）③由于光照强度的不同使沉淀池，滤池出口余ClO2变化较大，必将影响清水池出口余ClO2的稳定性。2、二次投加后的水，在清水池不宜储存时间过长。二氧化氯静态衰减结果表明，二氧化氯浓度降低的大部分（50%--60%）发生在与水接触的10min内，在与水接触10min后的1天内，二氧化氯浓度降低了20%--40%。实际在清水池的衰减速度更快。3、沉淀池和滤池的负荷不易过低，防止二氧化氯自身挥发和分解。六、ClO2的无机副产物的产生主要途径：(1)、在用ClO2净化饮用水时，大约有50%～70%参与反应的ClO2转化为ClO2—和ClO3—并残留在水中。(2)、在光和热的作用下也会产生ClO2—和ClO3—。(3)、ClO2的强氧化性在与水中的某些还原物质反应而形成ClO2—。(4)、ClO2在碱性介质中也会发生酸化反应，生成ClO2—和ClO3—。(5)、化学法产生二氧化氯的过程中，由反应条件的限制可造成不完全反应和非定量投加，将会导制产物中ClO2—和ClO3—的增加。七、如何最大限度减少无机副产物量：（1）、若用氯酸盐法，可设法提高反应原料的转换效率，探求反应的最佳浓度、酸度、温度、压力。（2）、要做好水源保护工作，提高二氧化氯应用工序之前处理工艺的效率，最大程度地降低水体与二氧化氯投加量以及有机和无机副产物的生成量。（3）、在二氧化氯应用工艺阶段注意适量投加二氧化氯在满足氧化和消毒要求的情况下，尽量减少二氧化氯的残余量，并且不要使二氧化氯暴露在阳光下而分解，同时注意水体的pH值等条件，充分发挥二氧化氯的氧化能力。八、亚氯酸盐的去除技术：在净水工艺中去除亚氯酸盐的应用技术，基本上都是氧化还原法，还原法包括硫化物，亚铁和活性炭吸附等还原产物为Cl—。氧化法有臭氧氧化等氧化产物为氯酸性。九、二氧化氯净化饮用水的优势与不足：主要优点：①二氧化氯对病毒的灭活能力比氯气强，特别是对隐孢子虫，贾第虫的灭活效果好。②几乎不产生卤代消毒副产物。③二氧化氯能氧化去除铁、锰、硫化物等，可以提高混凝效果。④可以有效去除由藻类或腐败生物引起的嗅、味、色，有效去除致臭的氯酚类化合物，除臭效果比氯气好。⑤适用的水质范围广，适用pH值范围大。主要不足：①净化过程中产生亚氯酸盐和氯酸盐等副产物。②发生器优化运行控制有一定的难度，运行不佳时容易导致亚氯酸盐，氯酸盐等进入水体，并由此引起更多副产物问题。③制造成本比氯气高。④二氧化氯氧化能力强，易分解，必须现场发生，使用不够方便。十、二氧化氯净化副产物的危害：二氧化氯副产物主要是ClO2-ClO3-，而其中ClO2-的作用最强，但较氯气所产生的副产物小的多。高剂量的二氧化氯可能会在人体内产生过量氧化氢，将液体中的单质碘氧化成活性形成，活性碘会与胃肠中的有机营养物结合成碘化有机物，从而干扰碘的吸收代谢并抑制其生理活性，抑制甲状腺素的分泌而导致血清中甲状腺素的降低，引起胎儿脑质增生。当饮食中脂肪和钙的含量较高时，二氧化氯还可使血液中的胆固醇浓度升高和增大血小板个体，增加心血管病。患病率，损害肝、肾和中枢神经系统。消毒副产物亚氯酸有较大的毒理学影响。亚氯酸盐能使红细胞氧化变性成为无色的正铁血红蛋白，引起溶血性贫血，导致生物个体成加速度减慢和幼胎夭折！还能影响肝功能和免疫反应，毒害性腺使含硫基因受抑制，肝产生坏死病变，肾和心肌营养不良。亚氯酸盐被国际癌症研究所确定为致癌物类。氯酸盐属于中等毒性的化合物，会引起肾功能衰竭。二氧化氯，氯酸和亚氯酸的综合作用能引起质突变，使精子畸形，血液和尿液化学成分异常。因此有些人认为二氧化氯消毒的危险潜在不亚于加氯。不过上述研究结果都是在较高浓度和较高的摄入剂量下获得的。当浓度低于2mg/L时，并没有观察到对实验个体有显著的生理影响。另外据研究在低于5mg/L的浓度时，二氧化氯、氯酸和亚氯酸在生物体的蓄积作用，亚慢性中毒和致突变作用都不明显。所以在采用二氧化氯消毒时，如果严格控制管网中的ClO2-ClO3-ClO2-的含量，则应当是能保证饮用水安全的。目前根据实验数据，认为安全浓度的界限为10~~100mg/L由于低时投量可加大；投加点一般设在滤后，接触时间约为15--30min。处理水中二氧化氯用于保证安全消毒的剩余浓度尚未有统一标准，各水质标准规定各不相同，我国新水质标准规定0.8—0.1mg/L。总之，实践中二氧化氯的投加量一般约为0.1—5.0mg/L，主要与原水水质和加药处理的目的有关。空气中ClO2的浓度毒性表现5ppm开始对呼吸器官产生刺激17ppm气味十分明显45ppm对眼、鼻吼产生损伤性刺激150ppm动物40分钟死亡350ppm动物迅速死去二氧化氯发生器一、原理：氯酸钠+盐酸法（全盐酸法或开斯汀法）。反应方程式：NaClO3+2HCl=ClO2+1/2Cl2+NaCl+H2O副反应为：2NaClO3+6HCl=3Cl2+2NaCl+3H2O通过理论计算可知：NaClO3+2HCl=ClO2+1/2Cl2+NaCl+H2O106.5/1.56+74/1.1=67.5/1+35.5/.53+58.5/.87+18/.27产生1吨二氧化氯需用1.56吨氯酸钠、1.1吨氯化氢同时产生0.53吨氯气、0.87吨NaCl和0.27吨水。换算成氯酸钠溶液（1吨氯酸钠固体配2吨水），比重为1260kg/m3(20℃)体积为3.67m3。氯化氢换算成盐酸(31%)，比重为1160kg/m3(20℃)体积为3.45m3。三、运行中的注意事项：1、反应温度：因为现场发生二氧化氯为化学反应，反应为吸热反应，所以对反应釜内温度要求较高。据有关资料显示，反应釜内反应温度在50℃时原料转化率为50%。在71℃时，原料转换率86%。当80℃时反应速度过快以副反应为主，氯气量大于二氧化氯量。在现操作面板显示的温度为88℃—85℃为水浴温度不能真实代表反应釜内温度，特别在秋、春季当未点炉时，夜间氯库温度在-4—-5℃，点炉后氯库白天温度9℃，夜晚5℃。而反应釜与水浴加热间隔着厚厚的PVC塑料板和聚四氟涂层（传热性不好），这一时期的加热如不及时，出液管温度会明显下降（反应效率特别低）。建议对原料和进气加热，以弥补发生器加热量不足的问题，提高反应效率，降低副产物的产生量。2、进气量的控制：进气的作用主要四个方面：（一）使原料充分混合，提高原料转换效率。（二）进气可降低二氧化氯的浓度，防止二氧化氯在发生器上部聚集发生爆炸。（三）进气量的大小决定反应釜的液位，据厂家提供的资料，反应时间不应低于30min，但反应30min后，原料转换没有明显提高。在实际运行中应根据生产条件，适当延长反应时间以提高转换效率。（四）二氧化氯具有遇曝气即从溶液中逸出的特性，可降低反应液中的二氧化氯含量，防止因反应液内二氧化氯含量超30%发生的爆炸。3、原料的进料量：通过理论计算可知：3.67：3.45（溶液体积比）。但厂家规定1：1。酸过量，主要提高氯酸钠转换率，防止未反应的氯酸钠进入出厂水污染水质。在实际工作中要严格掌握原料进料比例，防止因进料比例不当，而导致的原料转换率低，并产生大量副产物污染水质和生产成本的不必要增加。关于二氧化氯在水厂使用的建议随着水质标准的提高及水源微污染日益严重，二氧化氯必将替代氯气在水厂大量使用。二氧化氯在水厂应用后将出现新的问题，为了更好的应用二氧化氯应加强以下几方面的工作。⒈加强操作人员技术水平。由于二氧化氯须现场发生，所以二氧化氯发生器的运行效率取决于操作人员的技术水平。应组织他们进行系统的培训，包括性质、原理、反应条件、操作要点等。（厂家没有这方面的经验尤其用户使用目的各不相同，应编写相应的教材及操作规程。）⒉建立科学规范的管理体系。由于二氧化氯现场发生是化学变化，不象氯气是简单的物理变化。应建立一套相应管理体系如原料质量的检测、复配、进料数量、反应时间、反应温度、设备清洗、维护等管理标准和管理手段。⒊针对二氧化氯的特点进行工艺改造。由于二氧化氯的化学性质较氯气有很大不同，所以在应用时针对其特性相应的进行