二氧化氯技术在水处理中的应用宋鸿

二氧化氯技术在水处理中的应用宋鸿奚旦立二氧化氯技术在水处理中的应用C102andltsAPPlieationtoWaterTreatment宋鸿奚旦立(中国纺织大学环境科学与工程系.上海200051)摘要二氧化氯技术已在水处理中受到关注并且得到了发展.二氧化氯的氧化性远高于氯和次氯酸钠,又不会生成三卤甲烷、氯胺及氯酚等致癌物质,无卫生学及环境污染问题,而且二氧化氯在水中停留时间较长(约20天)。关键词二氧化抓技术水处理绿色消毒剂A加traetCIOZteehnologieshavebeendevelopedwidelyinreeentyears.TheC10:`5oxidation15strongerthanCl:orNaCIO.Meanwhile,itwillnotmakeTHM,ehloroamineandehlorophenol.CIO:15akindofgreendisinfeetant.ThisartieleintrodueedCIO:teehnologies.theirmeehanismandapplieationsinwatera一idwastewatertreatment·KeywordsC10:teehnologiesWatertreatmentGreendisinfeeatnt计算污水允许排放的时间·即求出时刻`一此〔1一`、`+B)产,+`〕时污水的平均浓度已不大于u`,由(10)式就有:万(0)尸一去一`一十了万占i}甲:`。l{(du`+8)井:一k,“[。一奋“反而(0)e一掩腼+了了训1甲“。(du`十夕)汀2一kMe(du娇+口)贫2e一〔d·’+,,,2了j〔尸一盛lM一(13)解出t`.得到:z`(0)+了丁川}甲il0ku`t`一!一飞(du一+0)厅Zk:,u`+了了l,l!甲110(du.愧一夕)介Zr贾(du件十0)汀2一ku从而得到/1t`、呜、—!n—k扭艺-“(O)+了一亏一l,1!7u。(du一十0)兀2一ku-一--一--—一一一一二丁一一一一-.一一~一~一(12)4.2污染物残余量类似于(9)式的计算,可得到:介乏一沂万。.日二u。}}dt~v。-u“d注·dvdzG由抛物型微分方程的极大值原理:之￡(J,t)二M此处:.才!JI,龙M-故:1llaX(乙.,1.2)任Gu。(2·,y.2)瓮二一、。{!二“。}}〔万(t)e4赫〕`全一了厄-bJ助.+夕)厂ZrkMu(t)若将(13)式右端的式子记为H(t),便得知在任意时刻t,处理池中平均污水浓度不小于H(t)。这一点在排放污水时应引起足够的重视。Weh:ier一wilhem理想模式修正后,D(u)=du十0,而dO。从运算过程及结果可看出,因子d对计算结果有较大影响,d越大,浓度衰减越快;d一O时,便与(2)式的理想结果一致,反应在中(t)的表达式(8)中,两者相差因子r一“孔,由此便产生了其他方面的误差,因此非线性因子d的影响是不能忽略的。5参考文献l郭茂新,余淦申,张砺彦,等.纺织印染废水,环境保护,1997;(8):13~162张自杰,周帆.活性污泥生物与反应动力学:北京:中国环境科学出版社,19893O.ALadyzenskaja,V.A.Solonnikov,N.N.Uraleeva.Lil飞earandquasilinearequationsofparabolietyPe.Tra:、5.Math,mol、05,Vol23,AmerMath,soeprovi-denee,R.l(1968)4E.Conway,D.HoffandJ.Smoller,LargetionBahavionofsolitionsofNonbineerReaetion一DiffusionEquations.SIAM.J.APPL.MATH.1987;35(1):1一16丽(z)尸鑫腼云(0)+}}甲u。了万be一`山`+口)了2,+汤肋甲t,。黄江玲工程师.空气动力学学士,发表论文4篇。(di“十8)兀2一kM(收稿日期1998一05一13)污染防治技术第封卷第3期1998年9月专论l概述___二氧化氯是新一代高效、高速氧化性杀菌灭藻剂,它具有良好的杀菌和消毒性能,在城市饮用水和污水处理中.二氧化氯是一种较为理想的产品。与氯气相比,_二氧化氯不会与水中有机物产生三卤甲烷,不会与氨氮反应,也就不会产生氯化胺,却能破坏酚、硫化物、氰化物和其它许多有机物。与臭氧相比,点氧化氯工艺投资少,产率高.在水中的滞留时间长,能够有效杀除和控制各种细菌,同时`二氧化氯不会与水中的漠酸物、次澳酸物反应生成对人体有害的物质。2二氧化氮的性质二氧化氯在室温下以气体形式存在,低温下也可呈液态。气体在水中的溶解度为.299/I矛(22C)。二氧化氯以自由墓单体.存在.氯一氧键表现出明显的双键特征。其结构如卜:(二1尹、()()O一C!一0键的键角为117.5”.键长为1.村又10一’`)m。二氧化氯具有共振结构,因为氯的3d轨道能参与C一二键的共扼。二氧化氯中的氯以正四价态存在,其活性为氯的2.5倍.即氯气的有效氯含量为10。%,而二氧化氯的有效氯含量为263%.其计算公式如下:C!0:一`lC-一5e(1)5义35.67.5直又100一263CI:+11:O,HOCI+HCIZe2又35.71巨x一。。一00液态的二氧化氯极不稳定.光照、机械碰撞或接触有机物都会发生爆炸。气态的二氧化氯在空气中的含量高于10%时.遇火星等就有极高的爆炸性.只有在溶液中非常安全。二氧化氯的氧化还原能力与溶液的pH有很大关系,在酸性条件下氧化能力最强。3二氧化氛的应用二氧化氯的应用范围较广.主要用于高级纺织品漂白、国外的饮用水消毒、食品加工.冷却塔水处理等多个方面。3.1水的消毒剂二氧化氯的杀菌活性在很宽的pH范围内都比较稳定。当pH为6.5时,0.25mg/L的二氧化氯和氯对大肠杆菌一分钟的灭杀率相似。pH为8.5时,148二氧化氯保持相同的灭杀效率,而氯气则需要5倍的时间.故二氧化氯对于高pH值、石灰软化水无疑是合适的消毒剂。二氧化氯同样能有效地杀死其他的传染性细菌.如葡萄球菌和沙门氏菌。在处理脊髓灰质炎病毒和厚生杆菌时,2mg/L剂量的二氧化氯产生的存活率比10mg/L剂量的氯低得多。作为消毒剂.二氧化氯具有足够的稳定性。在实验室中以PE管模拟居民小区管路系统,低浓度的二氧化氯(浓度为lmg/L左右)经过21天的衰减.浓度仍可达0.2mg/L。根据美国标准,。.2mg/L的二氧化氯就可以起到杀菌的效果。因此.在居民小区饮用水中若投加低浓度的二氧化氯,即使长时间不打开水龙头.再次打开时,仍可得到净化优质的水(实用时可先放掉一些)。故在居民小区中推广使用二氧化氯作为水消毒剂还是可行的。经过进一步实验.冷藏避光条件下高浓度的二氧化氯每夭衰减约1%.温度升高,则二氧化氯衰减增加。在实际应用中.夏季应适当增加二氧化氯的浓度。3.2对THM的控制THM(三卤甲烷)被怀疑是致癌物质,它是在用氯气进行饮用水消毒时.水中溶解的有机物的氯化形成的有机衍生物。二氧化氯可以防止THM的形成。其原理是氯气与THM前体.如腐殖物和灰黄霉素发生氧化反应,同时发生亲电取代反应,产生易挥发的和不易挥发的氯化有机物(THM,),而二氧化氯不会产生氯化反应,甚至能使THM的前体被二氯化氯氧化分解,从而保持水中THM处于最低浓度。通常,二氧化氯对THM控制是取代前氧化,_二氧化氯加入原水主要是为了消毒和氧化,然后自由氯或化合氯或二氧化氯作为消毒剂在过滤后加入,常规的氯化过程经过这样的组合后,`fHMs减少50;石一70%。3.3对水中酚类化合物的破坏地表水常含有工业产生的酚.用氯气消毒时,生成氯化酚.导致味和嗅。二氧化氯能经济而有效地破坏水中的酚类,而且不形成令人讨厌的副产物。当pH10时,l份重量的苯酚可被1.5份的二氧化氯氧化成对一苯醒。当pH10时.3.3份重量的二氧化氯能将1份重量的苯酚氧化成小分子量的二元脂肪酸。二氧化氯能彻底破坏氯酚,完全作用是一份氯酚要求七份的二氧化氯。当pH值为7时.所有的酚都反应完全。3.4氧化饮用水中的铁离子和锰离子二氧化氯技术在水处理中的应用宋鸿奚旦立在pH大于7.。条件下,二氧化氯能迅速氧化水中的铁离子和锰离子.形成不溶解的化合物。其反应式如下:2CIO:+5Mn三++6H:O一SM:10:专+12H干+2CI一(3)二氧化锰不溶于水,可过滤掉。CIOZ+5Fe(HCOZ)2+13H:O一5Fe(OH)3今+10COZ个+21H++CI一(4)二氧化氯能迅速将Fe“十氧化为Fe’卜,以氢氧化铁的形式沉淀出。根据上海市自来水公司的实验.当二氧化氯加注率为1.2mg/L时.在混凝剂加注前5分钟投加,其去除锰的效率最高,对消毒水色度影响最低。结果说明二氧化氯氧化二价锰需要有一定的接触时间.完成氧化后,有足够的絮凝时间才能达到高效的去除。二氧化氯、氯气对自来水中的铁,CIOZ对锰都能去除。据报道,二氧化氯还可以氧化有机结合体的铁。根据国外资料,氧化溶解的金属锰,需要2.45倍(按重量计)的二氧化氯;氧化溶解的金属铁.则需要1.2倍(按重量计)的二氧化氯。相比之下,氯气氧化溶解在水中的锰需要几天的时间,而且不能氧化被有机物鳌合的溶解于水中的铁。鉴于二氧化氯的以上特性,国外已广泛应用于饮用水消毒。在食品加工方面:罐头食品厂采用循环水系统后,发现循环中的氨氮浓度明显上升,过程的转效点难以控制,除非采用多点加氯。二氧化氯不与氨氮反应.它处理一次性使用的水时,能高效地控制豌豆和玉米罐头厂细菌和腐烂生物。二氧化氯在循环水中的残留量不会给工厂带来气味,也不会使产品产生挥发性气味。二氧化氯用于循环系统的成功在于它的化学特性:(1)它不与氨氮反应,(2)保持较长的滞留时间.因此可以单点加料。二氧化氯的剂量可为2一8mg/L.而氯气用于单向水系统处理时剂量为10mg/L,并且后者(氯气加入)难以保证有氯化氮生成,该产物给工厂带来相当强的刺激性气味,并使产品产生挥发性气味。在肉类加工业中,二氧化氯是目前破坏引起肉类加工业生产中产生的胺类的唯一有效的方法。胺是氨气的有机取代物,二氧化氯与胺的反应活性随着取代程度(数量)和pH值的增加而增加。二氧化氯不与氨气和伯胺反应。当pH在7以上时.5倍重量的二氧化氯能氧化一份仲胺,pH在5一9之间时,10倍的二氧化氯可氧化一份叔胺。二氧化氯性其他一些领域都有应用,如用于冷却塔、水库的水处理等。在这些领域,二氧化氯主要起杀菌灭藻作用。目前工业冷却水系统趋向于在碱性条件下运行.此时通过高效阻垢分散剂控制结垢,通过高pH值环境以及缓蚀剂控制腐蚀。所用阻垢缓蚀剂多为含磷的有机物,是生物的营养成分,而且在高pH值时氯气杀生效果差。这种情况下,CIO:更具有优势、更有效、更经济。因为CIO:的作用不受pH值、氨或有机物的影响,它不会形成氯化有机物。对于冷却塔微生物的控制,二氧化氯的药剂量的投放5分钟后需保持0.1一0.3mg/L。二氧化氯对藻类的控制主要是因为它对苯环有一定的亲和性,能使苯环发生变化而无嗅无味。叶绿素中的毗咯环与苯环非常类似,二氧化氯也同样能作用于毗咯环。这样,二氧化氯氧化叶绿素,植物新陈代谢终止,使得蛋白质的合成中断。这个反应结果对植物的损害在于原生质脱水而带来高渗的收缩(质壁分离),这是个不可逆的过程,导致藻类死亡。将二氧化氯用于污水处理后排水管道中目前尚处于实验阶段,将二氧化氯用于游泳池水处理,目前尚未见正式报道。根据二氧化氯良好的特性,这些尝试是有意义的、目前我们正在做此方面的工作。4二氧化氮—绿色消毒剂二氧化氯是一种非常有效的氧化剂和消毒杀菌剂,它能在很宽pH范围内保持很高的杀菌效率。与氯气相比,二氧化氯杀菌效果好,用量少,作用快。二氧化氯在水中的扩散速度与渗透能力都比氯快,特别在低浓度时更突出。有意义的是,二氧化氯不仅能杀死微生物,而且能分解残留的细胞结构,起到杀抱子和杀病毒的作用,有效地控制了细菌、藻类及粘泥。另外,二氧化