二氧化氯的消毒机理及特性

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  2 ClO2+2 OH-= 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，形成影响感官效果和水质的润滑层，主要受光影响。 )③由于光照强度不同，沉淀池和滤池出口残留ClO2变化较大，必然影响清水池出口残留ClO2的稳定性。2. 二次添加后的水在清水池中不宜存放太久。二氧化氯的静态衰减结果表明，二氧化氯浓度的大部分下降（50%--60%）发生在与水接触10分钟内，而在与水接触10分钟后的1天内，浓度二氧化氯下降20%%--40%。清水池的实际衰减速度更快。3. 沉淀池和过滤池的负荷不易过低，以防止二氧化氯本身的挥发分解。六、生成二氧化氯无机副产物的主要途径：(1)在使用ClO2净化饮用水时，参与反应的ClO2中约有50%～70%转化为ClO2-和ClO3-并留在水中。(2)、ClO2-和ClO3-也在光和热的作用下生成。(3) ClO2的强氧化性与水中的一些还原性物质反应生成ClO2—。(4)、ClO2在碱性介质中也会发生酸化反应生成ClO2-和ClO3-。(5)在化学法生产二氧化氯的过程中，反应条件的限制会导致反应不完全，加药不定量，从而导致产品中ClO2-和ClO3-的增加。七、如何尽量减少无机副产物的量：(1)如果采用氯酸盐法，可以提高反应原料的转化效率，探索反应的浓度、酸度、温度和压力。（2）做好水源保护工作，提高二氧化氯应用前处理工艺的效率，尽量减少水和二氧化氯的添加量以及有机、无机副产物的产生。(3)、在二氧化氯应用过程阶段，注意在满足氧化消毒要求的情况下，加入适量二氧化氯，尽量减少二氧化氯残留量，二氧化氯不要暴露在阳光下.分解，同时注意水的 pH 值等条件，充分发挥二氧化氯的氧化能力。八。亚氯酸盐去除技术：净水过程中亚氯酸盐去除的应用技术基本上是氧化还原法，还原方法包括硫化物、亚铁和活性炭吸附等，还原产物为Cl-。在氧化法中，臭氧氧化等氧化产物为氯酸。九、二氧化氯净化饮用水的优缺点：主要优点：①二氧化氯对病毒的灭活能力强于氯气，特别是对隐孢子虫和贾第虫。 .②几乎不产生卤化消毒副产物。③二氧化氯能氧化去除铁、锰、硫化物等，可提高混凝效果。 ④能有效去除藻类或腐败生物引起的气味、味道和颜色，有效去除产生异味的氯酚类化合物，除臭效果优于氯气。⑤ 适用水质范围广，pH值范围广。主要缺点：①净化过程中产生亚氯酸盐、氯酸盐等副产物。②发电机运行控制难以优化。操作不当容易导致亚氯酸盐、氯酸盐等进入水体，造成更多的副产物问题。③制造成本高于氯。④二氧化氯氧化能力强，易分解。它必须在现场发生，使用起来不方便。十、二氧化氯净化副产物的危害：二氧化氯的副产物主要是ClO2-ClO3-，其中ClO2-作用强，但远小于氯产生的副产物。大剂量的二氧化氯可能会在人体内产生过量的氧化氢，将液体中的元素碘氧化成活性物质，而活性碘在胃肠道中会与有机营养物质结合形成碘化有机物，从而对碘产生干扰。吸收代谢并抑制其生理活性，抑制甲状腺素的分泌，导致血清甲状腺素降低，引起胎儿脑部增生。当膳食脂肪和钙含量高时，二氧化氯还会增加血液中的胆固醇水平，增加血小板计数，增加心血管疾病。患病率，对肝脏、肾脏和中枢神经系统的损害。消毒副产物亚氯酸具有较大的毒理学影响。亚氯酸盐可将红细胞氧化变性为无色的高铁血红蛋白，导致溶血性贫血，导致生物个体生长减慢和胎儿过早死亡！还可影响肝功能和免疫反应，毒害性腺抑制含硫基因，在肝脏产生坏死性病变，引起肾脏和心肌营养不良。亚氯酸盐已被癌症研究所确定为致癌物。氯酸盐是一种中度毒性化合物，可导致肾功能衰竭。二氧化氯、氯酸和亚氯酸的共同作用可引起质突变、精子畸形、血尿化学成分异常。因此，有人认为二氧化氯消毒与氯化一样具有潜在危险。然而，上述研究的结果是在较高浓度和较高摄入剂量下获得的。在浓度低于 2 mg/L 时，在实验对象中未观察到显着的生理效应。此外，据研究，浓度低于5mg/L时，二氧化氯、氯酸和亚氯酸在生物体内的蓄积、亚慢性中毒和致突变作用不明显。因此，在使用二氧化氯进行消毒时，如果严格控制管网中ClO2-ClO3-ClO2-的含量，应该能够保证饮用水的安全。
根据实验数据，认为安全浓度限值为10~100 mg/L。由于二氧化氯在水溶液中被快速消耗，世界卫生组织认为设定亚氯酸盐指标限值可以保证毒性要求的安全性，无需设定其他毒理学标准（新国标0.7 mg/L）据研究，亚氯酸盐和氯酸盐的产生量也与总有机碳含量有关。碳比小于0.4时的水处理效果*。因此，有人建议在添加二氧化氯后使用活性炭或其他还原剂（如亚铁盐）进行后续处理。十一、过滤水中二氧化氯的衰变规律和亚氯酸盐的生成规律：二氧化氯的反应时间延长和减少，二氧化氯反应前期衰变快，后期衰变平缓。二氧化氯的用量越大，快速衰减所需的时间越短。当投加量为3.23 mg/L时，二氧化氯在1小时内基本完成快速衰减，然后衰减趋于平缓，而2.04 mg/L的二氧化氯投加量在6小时内保持较高水平。衰减速度快。亚氯酸盐的量随着反应时间的延长而增加。二氧化氯的用量越大，及时生成的亚氯酸盐就越多。 24小时后，二氧化氯的投加量为0.51mg/L 2.04 mg/L 3.24 mg/L时，亚氯酸盐的转化率分别为58.3%、72.4%和65.1%。十二、水中二氧化氯及副产物的控制：(1)二氧化氯用量的限制是为了避免水中的二氧化氯及其衍生物对人体健康构成威胁，所以一些国家和组织对二氧化氯的用量和残留量做出了严格的规定。工厂中的二氧化氯及其氯酸盐。从感官上看，对二氧化氯浓度的要求通常以感官性能要求为依据。二氧化氯浓度应小于0.4mg/L（味阈），指标值为0.7mg/L。当氧化氯的浓度在0.42—0.45 mg/L以下时，对水的气味没有影响。 （新国标0.8mg/L）（2）过量二氧化氯及副产物的控制：1、提高二氧化氯产品的纯度，改进工艺，增加控制程度。2、改进水处理工艺。如采取避光、减少水滴、缩短工艺流程时间等措施。3.去除消毒副产物。 （例如：将亚铁加入水中）4Fe+ClO2+10H2O=Fe(OH)3↓+Clˉ+8H+4、去除多余的消毒剂。 （例：向水中添加二氧化碳进行碳酸化处理）十三、适合二氧化氯处理的水质条件：1、原水含有大量腐植酸、黄腐酸等天然有机物或被有机物污染。地表水厂。2、大量藻类和真菌繁殖产生的水源的色、香、味。3、PH值和氨氮含量高的水源。4、原水苯酚浓度高，氯酚是水臭味的主要来源。5、铁、锰含量高，应采用化学氧化法去除水源。6、使用氯消毒会使氯仿水源严重超标等。十四、二氧化氯用量及用量点：1、预处理：用于除铁、除锰、除藻的预处理时，一般添加0.5-3.0mg/L（通常为氯化所需剂量的 30%-50%）。气味也会有所改善，但一般不超过5mg/L。加药点一般设定在加入促凝剂前约 5 分钟。它由二氧化氯和要去除的物质所需的反应时间决定。接触时间约为15--30min。加药点可设置在除臭时间。过滤后。2、消毒处理：用于工厂饮用水的终处理时，一般在水温较低时加入0.1--1.4mg/L，可加大用量；加药点一般在过滤后设定，接触时间在15--30分钟左右。处理后的水中二氧化氯残留浓度没有统一标准，保证消毒安全，水质标准也不同。我国新的水质标准规定为0.8-0.1mg/L。总之，实际中二氧化氯的投加量一般在0.1-5.0mg/L左右，主要与原水水质和投加处理的目的有关。空气中ClO2浓度的毒性表现5ppm开始刺激呼吸器官17ppm，气味很明显45ppm 对眼睛造成伤害和吼叫150ppm 动物在 40 分钟内死亡350ppm 动物迅速死亡

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