浅谈二氧化氯消毒在水处理

作者:韦德体育网址官网   |   时间:2020-03-02 03:02   |   浏览:121   

韦德体育网址官网水处理常用的消毒剂种类有次氯酸类、二氧化氯、臭氧、紫外线辐射等。消毒通常是传统饮用水处理工艺关键一步,从而保证了水质的安全可靠。加入到水中消毒剂可以从根本上消除或是抑制传播水生疾病的病菌,就目前来说,氯气(Cl2)以及次氯酸盐(ClO-)是给水处理工业当中最常见的消毒剂。由于认识到加氯消毒副产品的危害,现在研究人员越来越多的把目光投向了其他的替代消毒剂。主要从水处理替代消毒剂二氧化氯(ClO2)的制造,氧化方式,消毒效率以及副产物等方面进行论述。

二氧化氯是一种含氯的中性化合物,由于其在化学反应中的单电子转移能力,二氧化氯通常在水消毒的过程中被用作高效率的氧化剂,氧化还原反应后的产物为亚氯酸根离子(ClO2-)。亚氯酸盐与亚氯酸根离子之间的电离平衡常数相对较小,这也与次氯酸(HOCl)与其共轭碱对之间的电离平衡关系有着很大的不同,次氯酸的电离平衡反应多发生在中性的PH范围内,这就决定了在饮用水的应用范围内,水中的主要成分还是次氯酸根离子(ClO-)。根据Werdehoff和Singer的研究,在使用二氧化氯进行给水消毒的过程中,大约有50%到70%的二氧化氯被转化成亚氯酸根离子(ClO2-),还有30%左右的ClO2被转化成氯酸根离子(ClO3-)或氯离子(Cl-)。

(2)亚氯酸盐与氯气的反应:这是在水处理应用中最为常见的制取二氧化氯的方式。反应包括了两个阶段:第一,通过向水中通入过量的氯气来生成次氯酸(HOCl)和盐酸(HCl);第二,次氯酸与亚氯酸钠反应生成二氧化氯。为了提高亚氯酸盐的使用率,通常需要向水中同入过量的氯气,以生成足够反应的次氯酸。在反应中,由于次氯酸的生成,从而降低了水的PH值,这将更加有利于反应的正常进行。通过这种方式来制取二氧化氯的反应速率要比前一种方式来的快,但比较下面所介绍的第三种方法来说就相对较慢了。

通过进一步对天然有机化合物成分的研究,它们被分成以下几部分:腐殖质酸(HA);非水溶性酸性物质(HOA);非水溶性碱性物质(HOB);非水溶性中性物质(HON);水溶性酸性物质(HIA);水溶性碱性物质(HIB);水溶性中性物质(HIN)。在大多数的情况下,饮用水中的天然有机物的主要成分是非水溶性酸性物质,约占54%,腐殖质酸和非水溶性中性物质分别占19%和12%。通常情况下,天然水体中非水溶性碱性物质的含量微乎其微,另外水溶性物质的比例也相对较小,大约占总的有机物的15%左右。

研究表明周围的环境因素,例如温度,水质,PH值也会对二氧化氯的消毒效率产生影响。PH对于消毒效率的影响取决于受抑制的对象。与加氯消毒相比较,二氧化氯对于病原体的抑制能力要相对较弱。同加氯消毒一样,二氧化氯的消毒能力随着温度的降低而减弱。某些研究表明当水温从20°C下降到10°C时,二氧化氯对于似隐孢菌(Cryptosporidium)的抑制能力会下降40%左右。原水的水质,例如水里的悬浮颗粒和病原体的聚集体的数量对于消毒能力都有着重要的影响。实验表明,通过向水中加入斑脱土来调节原水的浊度,当浊度从5NTU上升到17NTU时,原水中的病原体的抗抑制能力从11%升高到25%。早在1944年二氧化氯就已经被用作饮用水处理的消毒剂,多年来大量的研究工作以及试验数据显示二氧化氯对于水中大肠杆菌具有很强的抑制能力,在5分钟的接触时间内要强于同等浓度下的氯气,而当接触时间延长到30分钟时,二氧化氯对于细菌的杀灭能力就要稍低于氯气。在较高的PH范围内,二氧化氯的消毒能力要明显优于氯气。

通常来说,含有二氧化氯的原水在日光的照射下,水中氯酸盐的浓度增加。研究表明,当二氧化氯作为消毒剂在水处理的过程中并不产生三卤甲烷(THMs)等有害的副产品,但会产生少量的有机消毒副产品,关于这些有机副产品的成因和种类并没有得到足够的研究,但是大多数的研究表明水中天然有机物质的存在并与二氧化氯反应是导致大量醛类和羧酸类有机副产品生成的主要原因。因此当用二氧化氯做消毒剂时,对于水中天然有机物的去除就显得额外重要。