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給水處理中二氧化氯的應用特性

2012-05-09

  給水處理中二氧化氯的應用特性

  目前,我國給水中應用的氧化消毒劑以液氯為主。但隨著源水污染的變化,廢水中各種有機物的含量有所增加,運用液氯消毒會產生氯代有機物,其中有的產物具有致突變作用。為滿足人們對水質要求的不斷提高,尋求能替代氯的更安全而經濟的新型氧化消毒劑,成為今后給水處理的一個發展方向。其中,較有前途的是二氧化氯(ClO2)和臭氧(O3)。

  1.二氧化氯(ClO2)

  化學反應制取ClO2的方法有:

  (1) 鹽酸與亞氯酸鈉反應

  5NaClO2 + 4HCl = 5NaCl + 4HCl + 2H2O

  (2) 鹽酸與氯酸鈉反應

  2NaClO3 + 4HCl = 2NaCl + 2ClO2 + 2H2O

  (3) 液氣混合反應

  2NaClO2 + Cl2 = 2NaCl + 2ClO2

  根據方法(3)研制的ClO2發生器,使用時固體亞氯酸鈉至于反應器中,以空氣稀釋的氯氣通過反應器,這樣可在反應過程中一直保持過量的亞氯酸鈉,使全部氯氣都參與反應從而避免產物中混入氯氣。但由于NaClO2價格昂貴,這種方法的成本與運行費用較高,難以在飲用水處理中推廣。

  目前,一般談到的化學法制取ClO2指方法(1)。這種方法生產規模較小,設備簡單,便于實現自動化操作,適于水處理中生產應用;但碰到的問題同樣是NaClO2價格昂貴,且該法ClO2的理論產率只有80%。為此,有公司研制出使用NaClO3和H2SO4反應制取ClO2的二氧化氯發生器,其反應原理是:

  2NaClO3 + 2NaCl + 2H2SO4 = 2ClO2 + Cl2 + 2H2O + 2Na2SO4

  反應中會產生氯氣,用戶再根據需要將氣體純化,

  2NaClO2 + Cl2 = 2NaCl + 2ClO2

  據稱該種發生器產生的混合氣體中ClO2占70%,其余30%為Cl2。使用純化器后ClO2的含量可達95%。該發生器價格不到相同規格電解法發生器的1/2,比使用NaClO2的發生器價格還低。設備可以連續運轉,也可以間歇使用,發生器可調范圍大。同時,NaClO3價格低廉,只有NaClO2價格的十分之一,運行費用較低,有一定的競爭力。

  1.5.2 電解法

  電解NaCl溶液生產ClO2以食鹽為原料,采用隔膜電解工藝,在陽極室注入飽和食鹽水,陰極室加入自來水,接通電源后使離子定向遷移,從而在陽極室及中性電極周圍產生ClO2、O3、H2O2、Cl2等混合氣體。生產中可以通過降低電解溫度,控制鹽水流量,增加陽極室ClO3-含量等方法提高ClO2產率。產生的混合氣體ClO2僅占10%左右,除了O3、H2O2外,大部分是氯氣。這就無法避免液氯消毒的缺點。同時ClO2含量也難以精確計算,設備復雜,易損壞部件價格昂貴,運行維護困難。但目前國內仍多用此法。

  也有報道稱電解法可生產一種以ClO2為主的復合消毒劑,其成分ClO2占37%,Cl2占27%,O3占15%,H2O2占10%,其它占11%。由于氧化作用速度O3> ClO2> Cl2,所以O3 和ClO2首先降水中的有機物氧化分解,并進行消毒,而27%的Cl2可保證水中足夠的余氯。這對快速氧化和殺滅水中微生物及穩定水質都有很好的效果。

  另外,曾有液體穩定性ClO2、固體穩定性ClO2的研究報道。根據有關資料,投加10mg/L的液氯進行消毒,藥劑成本約0.022元/噸水;利用HCl和NaClO2制取的ClO2按0.5mg/L投加,噸水消毒成本約0.02元。而采用液體穩定性二氧化氯和固體穩定性二氧化氯消毒,藥劑成本分別為每噸水0.35元和0.12元(投加量0.5mg/L),顯然經濟性較差。

  1.6 使用二氧化氯存在的問題

  ClO2加入水中后,會有50%~70%轉變為ClO2-與ClO3-。很多實驗表明ClO2-、ClO3-對血紅細胞有損害,對碘的吸收代謝有干擾,還會使血液中膽固醇升高。美國EPA建議二氧化氯消毒時殘余氧化劑總量(ClO2+ClO2-+ClO3-)<1.0mg/L,使對正常人群健康不致有影響。而實際應用中ClO2的劑量都控制在0.5mg/L以下。

  ClO2氧化分解有機物具有較強的選擇性。它能氧化去除水中的Fe2+、Mn2+、氰化物、酚等;能氧化硫醇、仲胺和叔胺,消除水中的不愉快氣味,卻不易氧化醇、醛、酮、伯胺等有機物,導致去除不徹底。

  二氧化氯性質比較活潑,易爆炸,且其本身也有毒性。因此在使用ClO2時要十分注意安全。一般在ClO2制備系統中應嚴格控制原料稀釋濃度,防止誤操作并應建立相應安全措施。ClO2儲存要低溫避光;ClO2車間禁用火種,設良好的通風換氣設備。

  水的預處理原理以及方法詳解:

  水的預處理是在水精制處理之前,預先進行初步處理,以便在水的精處理時取得良好效果,提高水質。因為自然界的水都有大量的雜質,如泥沙,粘土,有機物,微生物,機械雜質等,這些雜質的存在,嚴重影響精制水的水質與處理效果,因此必須在精處理之前將一些雜質降低或除去,這就需要預處理,有時也稱前處理。

  預處理的方法很多,主要有預沉,混凝,澄清,過濾,軟化等。用這些方法預處理之后,可以使水的懸浮物(濁度),色度,膠體物,有機物,鐵,錳,暫時硬度,微生物,揮發性物質,溶解的氣體等雜質除去或降低到一定的程度。預沉就是大容積,低流速的自然沉淀處理,如沉沙池,預沉池;炷 是 利用鐵鹽,鋁鹽,高分子等混凝劑,與水中的雜質通過絮凝和架橋作用生成大顆粒沉淀物,然后通過其他設備,如澄清池,過濾池等,予以除去。過濾 是 將被處理的水,流經裝有特殊過濾材料 的 裝置,如 砂濾器、炭濾器 等,截留水中雜質 ,去除有機物、殘余氯等 。軟化采用化學藥劑,如石灰水,蘇打粉等,使水中碳酸氫鹽硬度除去;或是采用陽離子交換樹脂等方法除去水中的鈣,鎂,鐵離子等,這一過程稱為軟化。 除鐵錳即用錳砂對水中二價鐵離子、錳離子進行氧化去除。

  目前我公司的預處理過程主要采用機械過濾器(多介質過濾器)、活性炭過濾器、軟水器以及除鐵錳裝置來進行。同時,我公司生產的各種預處理設備均采用酸洗砂等優質材料,以提高處理效果,為客戶贏得更高的經濟效益。

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