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趙經(jīng)理 (經(jīng)理)
二氧化氯在給水處理中的實(shí)際應(yīng)用閱讀:3759發(fā)布時(shí)間:2017-9-14 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人民生活水平逐漸提高,人們對(duì)水質(zhì)的要求也越來越高。而發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí),造成環(huán)境污染問題也日趨嚴(yán)重。特別是我國(guó)的水環(huán)境狀況仍在惡化,中國(guó)的主要河流有機(jī)污染普遍,主要湖泊富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重(1999年環(huán)境狀況公報(bào))。而我國(guó)目前絕大多數(shù)水廠還是沿用傳統(tǒng)的混合、絮凝、沉淀、過濾、氯消毒水處理工藝,氯消毒對(duì)去除水中的有機(jī)物效果不理想,還會(huì)產(chǎn)生20多種副產(chǎn)物,包括三鹵甲烷(THMs)等致癌物質(zhì)。有些凈水廠為此增加了深度處理構(gòu)筑物(活性炭吸附技術(shù))或預(yù)處理構(gòu)筑物(生物預(yù)處理)等,但大都有投資高、占地大的缺點(diǎn)。隨著歐美國(guó)家在水廠和其他行業(yè)廣泛使用二氧化氯,以及國(guó)內(nèi)對(duì)其在消毒方面的認(rèn)識(shí)與研究逐漸加深,二氧化氯正逐步成為氯消毒的替代物。 一、二氧化氯的物理性質(zhì) 二氧化氯(ClO2)氣體是具有和氯相似的刺激性氣體,易溶于水,它的溶解度是氯氣 的5倍。二氧化氯水溶液的顏色會(huì)隨濃度的增加由黃綠色轉(zhuǎn)成橙色。它在水中是純粹的 溶解狀態(tài),不與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng),所以它的消毒作用受水的PH值影響極小。二氧化氯 易揮發(fā),其液態(tài)和氣態(tài)極不穩(wěn)定,溫度升高、曝光或與有機(jī)質(zhì)接觸均會(huì)發(fā)生爆炸,故通 常現(xiàn)場(chǎng)制備的二氧化氯會(huì)即時(shí)使用,并存放于陰涼避光處。二氧化氯溶液濃度在10g/l 以下時(shí),基本沒有爆炸危險(xiǎn)。一般水廠所用二氧化氯很少超過4g/l,加注量基本為0.1 ~5mg/l。 二、二氧化氯的消毒滅菌性能 (1)、強(qiáng)力 在常用消毒劑中,相同時(shí)間內(nèi)達(dá)到同樣殺菌效果所需的二氧化氯濃度是zui低的。 對(duì)殺滅異養(yǎng)菌所需的二氧化氯濃度僅為氯的1/2。二氧化氯對(duì)地表水中大腸桿菌 殺滅效果比氯高出5倍以上。二氧化氯對(duì)孢子的殺滅作用比氯強(qiáng)。 (2)快速、持久 二氧化氯溶于水后,基本不與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng),也不以二聚或多聚狀態(tài)存在。它 在水中的擴(kuò)散速度與滲透能力都比氯快,特別在低濃度時(shí)更為突出。當(dāng)細(xì)菌濃度 在105~106個(gè)/ml時(shí),0.5ppm的二氧化氯作用5分鐘后,即可殺滅99%以上的異 養(yǎng)菌;而0.5ppm的氯的殺菌率zui高只能達(dá)到75%,試驗(yàn)表明,0.5ppm的二氧化氯 在12小時(shí)內(nèi)對(duì)異養(yǎng)菌的殺滅率保持在99%以上,作用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)后,殺菌率 才下降為86.3%。 (3)廣譜、滅菌 二氧化氯是一種廣譜型消毒劑,對(duì)一切經(jīng)水體傳播的病原微生物均有很好的殺滅 效果。二氧化氯除了對(duì)一般細(xì)菌有殺死作用外,對(duì)芽孢、病毒、異養(yǎng)菌、鐵細(xì)菌 、硫酸鹽還原和真菌等均有很好的殺滅作用,且不易產(chǎn)生抗藥性,尤其是對(duì)傷寒 、甲肝、乙肝、脊髓灰質(zhì)炎及艾滋病毒等也有良好的殺滅和抑制效果。二氧化氯 對(duì)病毒的滅活比臭氧和氯更有效。低劑量的二氧化氯還具有很強(qiáng)的殺蠕蟲效果。 (4)無毒、無刺激 急性經(jīng)口毒性試驗(yàn)表明,二氧化氯消毒滅菌劑屬實(shí)際無毒級(jí)產(chǎn)品,積累性試驗(yàn)結(jié) 論為弱蓄積性物質(zhì)。用其消毒的水體不會(huì)對(duì)口腔粘膜、皮膜和頭皮產(chǎn)生損傷,其 在急性毒性和遺傳毒理學(xué)上都是安全的。 (5)安全、廣泛 二氧化氯不與水體中的有機(jī)物作用生成三鹵甲烷等致癌物質(zhì),對(duì)高等動(dòng)物細(xì)胞、 精子及染色體無致癌、致畸、致突變作用。二氧化氯對(duì)還原性陰、陽(yáng)離子和氧化 效果以去毒為主(H2S、SO32-、CN-、Mn2+),對(duì)有機(jī)物的氧化降解以含氧基 因的小分子化合物為主,這些產(chǎn)物到目前研究為止,均證明是無毒害的,而且使 用二氧化氯的劑量是很低的,因此用來消毒十分安全,不會(huì)殘留毒性。其安全性 是被世界衛(wèi)生組織(WHO)定為AI級(jí)。 三、二氧化氯的消毒機(jī)理 (1)二氧化氯與無機(jī)物的反應(yīng) 二氧化氯可將水中溶解的還原態(tài)鐵、錳氧化,對(duì)去除鐵、錳很有效。反應(yīng)式如下 ?、?2ClO2 + 5Mn2+ + 6H2O → 5MnO2 + 2Cl- + 12H+ ② ClO2 + 5Fe(HCO3)2 + 3H2O → 5Fe(OH)3 + 10CO2 + Cl- + H+ (2)二氧化氯與有機(jī)物的反應(yīng) 二氧化氯與有機(jī)物的反應(yīng)較復(fù)雜,主要發(fā)生氧化反應(yīng),其產(chǎn)物有酸、醇、環(huán)氧化 物等。二氧化氯與酚反應(yīng)不會(huì)生成有異味的氯酚。二氧化氯與腐植酸反應(yīng),不會(huì) 生成三鹵甲烷(THMs)等有機(jī)鹵代物。 (3)據(jù)有關(guān)專家研究,二氧化氯對(duì)細(xì)菌的細(xì)胞壁有較強(qiáng)的吸附和穿透能力,從而有效 破壞細(xì)菌內(nèi)含巰基的酶,可快速控制微生物蛋白質(zhì)的合成,故二氧化氯對(duì)細(xì)菌、 病毒等有很強(qiáng)的滅活能力。二氧化氯不與氨反應(yīng),故氨氮含量高的水采用二氧化 氯消毒仍可保持其全部殺菌能力。這些細(xì)菌除一般細(xì)菌外,還包括大腸桿菌、異 細(xì)菌、鐵細(xì)菌、硫酸鹽還原菌、脊髓灰質(zhì)炎菌病毒、肝炎病毒、蘭伯氏賈第蟲胞 囊、尖刺賈第蟲胞囊等。 (4)二氧化氯與常用消毒劑的比較 飲用水消毒劑是水質(zhì)控制的一個(gè)重要環(huán)節(jié),其效果令人關(guān)注,尋找一種廣譜殺菌 能力、消毒性能持久、副產(chǎn)物較少(特別是有毒副產(chǎn)物)、使用安全、方便的消 毒劑,是有關(guān)研究人員的共同目標(biāo)。目前,常用飲用水消毒劑有三種:氯、臭氧 、二氧化氯。以下是對(duì)它們的性能及副產(chǎn)物比較:
從上表可以看出,二氧化氯的優(yōu)勢(shì)明顯(特別適合受有機(jī)物污染的水源),不但 氧化能力、殺菌能力強(qiáng),受PH值和氨的影響小,而且不會(huì)生成致癌物和可疑致癌 物,飲用水中投加少量二氧化氯還能有效抑制三鹵甲烷(THMs)的生成。 四、二氧化氯制取方法 目前常用化學(xué)方法制取二氧化氯。 (1)亞氯酸鹽法 一般用氯(Cl2)或鹽酸(HCl)與亞氯酸鈉(NaClO2)制取,反應(yīng)式如下: ?、?Cl2 + 2NaClO2 → 2ClO2 + 2NaCl ② 5NaClO2 + 4HCl → 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O 1、依據(jù)①式制取二氧化氯時(shí),理論上1mol氯和2mol亞氯酸鈉反應(yīng)可生成2mol二 氧化氯。但實(shí)際應(yīng)用時(shí),為了加快反應(yīng)速度,氯投加量往往超過化學(xué)計(jì)量的 理論值,這樣,產(chǎn)品中就會(huì)含有部分自由氯(Cl2)。作為污染水的消毒劑, 多余的自由氯存在就有可能產(chǎn)生三鹵甲烷(THMs)。若自由氯過多,二氧化 氯還可能被氧化成ClO-3而降低殺菌能力。另外,該法的氯氣還需用加氯機(jī)投 加,運(yùn)行復(fù)雜,占地面積大。 2、依據(jù)②式制取二氧化氯時(shí),要注意兩種反應(yīng)物(NaClO2和HCl)的濃度控制, 濃度過高,化合時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸。這種制取方法不存在自由氯,不會(huì)產(chǎn)生三鹵 甲烷(THMs)。有些廠家已利用此法研制開發(fā)出高純二氧化氯發(fā)生器。 (2)氯酸鈉―甲醇法(R8法) 在酸性條件下用甲醇還原氯酸鈉產(chǎn)生二氧化氯,氣體經(jīng)冷卻后以水吸收制得二氧 化氯溶液。反應(yīng)式如下: 30NaClO3 + 20H2SO4 + 7CH3OH → 30ClO2 + 23H2O + 10Na3H(SO4)2 + 6HCOOH + CO2 用該法制取二氧化氯時(shí),關(guān)鍵是甲醇要較長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)滴加,并使二氧化氯溶液 在吸收塔中不斷循環(huán)吸收,從而提高二氧化氯轉(zhuǎn)化率。目前,國(guó)內(nèi)已有一些廠家 利用此法制取二氧化氯。 五、二氧化氯在給水處理中的應(yīng)用情況 自從1944年,美國(guó)NIAGARA FALLS水廠為控制水中藻類繁殖與酚污染所產(chǎn)生的氣味, 使用二氧化氯獲得成功后,歐美國(guó)家數(shù)百家水廠都相繼開始用二氧化氯作為消毒 劑,進(jìn)行消毒、除臭、除味、除鐵、錳、控制鹵代烴的形成。包括德國(guó)斯圖加特來格 朗水廠、科隆WAHNBACH水廠、意大利佛羅倫薩ANCONEIIA水廠、法國(guó)巴黎ORLY水廠等 等,運(yùn)行效果良好。國(guó)內(nèi)上海、深圳、重慶等許多城市的一些水廠也在近幾年開始試 行以二氧化氯或二氧化氯―液氯組合消毒,其中蕪湖市供水總公司在這方面取得了顯 著的效果,他們以ClO2-Cl2組合投加法(2%二氧化氯2.5~3.0g/m3,氯1.0~1.5 g/m3),既解決了氯消毒而產(chǎn)生的氯酚臭味問題,又使各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)合格率達(dá)100%。 今年,廈門水司也計(jì)劃在上里水廠進(jìn)行二氧化氯消毒的試點(diǎn),以解決源水中大量的藻 類和有機(jī)物與氯反應(yīng)所產(chǎn)生的氯仿嚴(yán)重超標(biāo)問題,待取得成功經(jīng)驗(yàn)后,再在其它水廠 推廣。 六、上里水廠二氧化氯消毒工程方案 上里水庫(kù)庫(kù)容100萬(wàn)m3,上里水廠日供水量5000m3/d。由于該水庫(kù)匯水區(qū)域內(nèi)有牲畜養(yǎng) 殖廠,其污水直接排放到庫(kù)內(nèi), 導(dǎo)致水庫(kù)水氮磷含量高,水體呈富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài),且含 有較多的有機(jī)物腐殖質(zhì)和藻類。目前,上里水廠的消毒方式仍為氯消毒,加氯量大,達(dá) 4.5kg/dam3,使出水氯仿含量超過200μg/l,為國(guó)標(biāo)(GB5749-85)的3.4倍,強(qiáng)制性 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(CJ94-1999)的6.7倍。為了保證各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)達(dá)標(biāo),廈門市自來水公司對(duì) 上里水廠消毒方式的改造提上議事日程,計(jì)劃下半年實(shí)施。具體方案如下: (1)消毒方式 采用二氧化氯―液氯組合消毒法,氯前投加二氧化氯,以氧化有機(jī)物、腐殖質(zhì)、 去除藻類,氯后投加少量液氯,保證氯后水游離性余氯及管網(wǎng)末端的余氯要求。 (2)加注量 上里水廠日供水量5000m3/d,zui大供水量為208m3/h 1、濾前投加二氧化氯量為3mg/l(濃度2%) Q1=0.001×3×208=0.624kg/h(投加量根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整) 2、濾后液氯投加量采用1.0mg/l Q2=0.001×1.0×208=0.21kg/h (3)設(shè)備選用 計(jì)劃選用1臺(tái)1kg/h正壓注入式化學(xué)法二氧化氯發(fā)生器,每噸含2%二氧化氯的生 產(chǎn)成本約1500元。 七、二氧化氯的應(yīng)用前景 二氧化氯作為新型消毒劑,具有多方面的優(yōu)勢(shì):殺菌能力強(qiáng)、消毒性久、副產(chǎn)物少、不 生成三鹵甲烷等致癌物,還可除藻、剝泥、防腐、抗霉、保鮮、除臭、除鐵、除錳等氯 化及漂白色等多方面的功能,用途十分廣泛,世界衛(wèi)生組織已將其列為AI級(jí)、廣譜、 安全消毒劑,二氧化氯已成為上*的氯系列消毒劑的更新替代產(chǎn)品。它的 應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣闊,包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品加工中的消毒滅菌、食品(肉類、水產(chǎn) 品、果蔬)的防腐、保鮮,環(huán)境、飲水、工業(yè)循環(huán)及污水處理等方面殺菌、清毒、除臭 的理想藥劑,冷卻水處理、印染污水處理、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)保等各領(lǐng)域,特別是飲用水應(yīng) 用方面的潛力巨大,早在“九五”期間,建設(shè)部已將二氧化氯列入替代消毒劑的推廣應(yīng) 用研究之列。但是,二氧化氯領(lǐng)域行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化及二氧化氯更科學(xué)合理的制備和貯運(yùn)安 全性問題已日顯重要,特別是在飲用水消毒方面尚未制訂全國(guó)性的標(biāo)準(zhǔn),這些方面還有 大量的工作要做。 八、二氧化氯滅功消毒劑的應(yīng)用范圍 (1)各種場(chǎng)合下的生活、飲用、自來水的消毒 (2)餐廳、賓館、家庭、攤檔餐具和衛(wèi)生設(shè)施的滅菌消毒與空氣環(huán)境消毒 (3)食品、飲料廠、發(fā)酵工業(yè)的設(shè)備、管道、容器的zui終滅菌消毒 (4)乳品廠、屠宰廠、發(fā)酵工業(yè)的設(shè)備、管道、容器的zui終滅菌消毒 (5)醫(yī)院污水的滅菌消毒處理 (6)游泳池循環(huán)水、浴池水的滅菌消毒 (7)醫(yī)療、衛(wèi)生、臨床器械消毒、滅菌、除臭和防霉處理 (8)家庭、賓館、飯店、水果蔬菜、魚肉食品的保鮮及zui終淋洗消毒和衛(wèi)生器具消毒 (9)高層建筑給水的二次消毒處理 (10)配制各種口腔消毒液、除臭液及創(chuàng)口清洗液等 (11)公共場(chǎng)所環(huán)境空氣、冰箱、冷庫(kù)、辦公室、宿舍、車廂及空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的空氣 清潔、消毒、除臭。也可用于病家、病區(qū)及病人物品的殺菌消毒 (12)魚蝦疾病防治、池水消毒與增氧、殺滅毛蚶甲肝病毒及磨菇生產(chǎn)滅菌消毒保鮮 處理等,達(dá)到防病、增產(chǎn)、提質(zhì)的效果 (13)魚蝦類加工過程中消毒控制雜菌、大腸桿菌等污染及保鮮 (14)動(dòng)物禽畜飼養(yǎng)場(chǎng)舍及飲水的消毒、蠶繭養(yǎng)殖器具消毒 (15)中水回用中的滅菌與脫臭 (16)面粉與各種食品的漂白劑 (17)造紙、印染行業(yè)的漂抓藥劑 (18)工業(yè)循環(huán)冷卻水的除藻滅菌處理 (19)石油管道中硫酸鹽還原菌的滅除
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