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给水处理中二氧化氯的应用特性

2012-05-09

  给水处理中二氧化氯的应用特性

  目前,我国给水中应用的氧化消毒剂以液氯为主。但随着源水污染的变化,废水中各种有机物的含量有所增加,运用液氯消毒会产生氯代有机物,其中有的产物具有致突变作用。为满足人们对水质要求的不断提高,寻求能替代氯的更安全而经济的新型氧化消毒剂,成为今后给水处理的一个发展方向。其中,较有前途的是二氧化氯(ClO2)和臭氧(O3)。

  1.二氧化氯(ClO2)

  化学反应制取ClO2的方法有:

  (1) 盐酸与亚氯酸钠反应

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

  (2) 盐酸与氯酸钠反应

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

  (3) 液气混合反应

  2NaClO2 + Cl2 = 2NaCl + 2ClO2

  根据方法(3)研制的ClO2发生器,使用时固体亚氯酸钠至于反应器中,以空气稀释的氯气通过反应器,这样可在反应过程中一直保持过量的亚氯酸钠,使全部氯气都参与反应从而避免产物中混入氯气。但由于NaClO2价格昂贵,这种方法的成本与运行费用较高,难以在饮用水处理中推广。

  目前,一般谈到的化学法制取ClO2指方法(1)。这种方法生产规模较小,设备简单,便于实现自动化操作,适于水处理中生产应用;但碰到的问题同样是NaClO2价格昂贵,且该法ClO2的理论产率只有80%。为此,有公司研制出使用NaClO3和H2SO4反应制取ClO2的二氧化氯发生器,其反应原理是:

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

  反应中会产生氯气,用户再根据需要将气体纯化,

  2NaClO2 + Cl2 = 2NaCl + 2ClO2

  据称该种发生器产生的混合气体中ClO2占70%,其余30%为Cl2。使用纯化器后ClO2的含量可达95%。该发生器价格不到相同规格电解法发生器的1/2,比使用NaClO2的发生器价格还低。设备可以连续运转,也可以间歇使用,发生器可调范围大。同时,NaClO3价格低廉,只有NaClO2价格的十分之一,运行费用较低,有一定的竞争力。

  1.5.2 电解法

  电解NaCl溶液生产ClO2以食盐为原料,采用隔膜电解工艺,在阳极室注入饱和食盐水,阴极室加入自来水,接通电源后使离子定向迁移,从而在阳极室及中性电极周围产生ClO2、O3、H2O2、Cl2等混合气体。生产中可以通过降低电解温度,控制盐水流量,增加阳极室ClO3-含量等方法提高ClO2产率。产生的混合气体ClO2仅占10%左右,除了O3、H2O2外,大部分是氯气。这就无法避免液氯消毒的缺点。同时ClO2含量也难以精确计算,设备复杂,易损坏部件价格昂贵,运行维护困难。但目前国内仍多用此法。

  也有报道称电解法可生产一种以ClO2为主的复合消毒剂,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首先降水中的有机物氧化分解,并进行消毒,而27%的Cl2可保证水中足够的余氯。这对快速氧化和杀灭水中微生物及稳定水质都有很好的效果。

  另外,曾有液体稳定性ClO2、固体稳定性ClO2的研究报道。根据有关资料,投加10mg/L的液氯进行消毒,药剂成本约0.022元/吨水;利用HCl和NaClO2制取的ClO2按0.5mg/L投加,吨水消毒成本约0.02元。而采用液体稳定性二氧化氯和固体稳定性二氧化氯消毒,药剂成本分别为每吨水0.35元和0.12元(投加量0.5mg/L),显然经济性较差。

  1.6 使用二氧化氯存在的问题

  ClO2加入水中后,会有50%~70%转变为ClO2-与ClO3-。很多实验表明ClO2-、ClO3-对血红细胞有损害,对碘的吸收代谢有干扰,还会使血液中胆固醇升高。美国EPA建议二氧化氯消毒时残余氧化剂总量(ClO2+ClO2-+ClO3-)<1.0mg/L,使对正常人群健康不致有影响。而实际应用中ClO2的剂量都控制在0.5mg/L以下。

  ClO2氧化分解有机物具有较强的选择性。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,消除水中的不愉快气味,却不易氧化醇、醛、酮、伯胺等有机物,导致去除不彻底。

  二氧化氯性质比较活泼,易爆炸,且其本身也有毒性。因此在使用ClO2时要十分注意安全。一般在ClO2制备系统中应严格控制原料稀释浓度,防止误操作并应建立相应安全措施。ClO2储存要低温避光;ClO2车间禁用火种,设良好的通风换气设备。

  水的预处理原理以及方法详解:

  水的预处理是在水精制处理之前,预先进行初步处理,以便在水的精处理时取得良好效果,提高水质。因为自然界的水都有大量的杂质,如泥沙,粘土,有机物,微生物,机械杂质等,这些杂质的存在,严重影响精制水的水质与处理效果,因此必须在精处理之前将一些杂质降低或除去,这就需要预处理,有时也称前处理。

  预处理的方法很多,主要有预沉,混凝,澄清,过滤,软化等。用这些方法预处理之后,可以使水的悬浮物(浊度),色度,胶体物,有机物,铁,锰,暂时硬度,微生物,挥发性物质,溶解的气体等杂质除去或降低到一定的程度。预沉就是大容积,低流速的自然沉淀处理,如沉沙池,预沉池。混凝 是 利用铁盐,铝盐,高分子等混凝剂,与水中的杂质通过絮凝和架桥作用生成大颗粒沉淀物,然后通过其他设备,如澄清池,过滤池等,予以除去。过滤 是 将被处理的水,流经装有特殊过滤材料 的 装置,如 砂滤器、炭滤器 等,截留水中杂质 ,去除有机物、残余氯等 。软化采用化学药剂,如石灰水,苏打粉等,使水中碳酸氢盐硬度除去;或是采用阳离子交换树脂等方法除去水中的钙,镁,铁离子等,这一过程称为软化。 除铁锰即用锰砂对水中二价铁离子、锰离子进行氧化去除。

  目前我公司的预处理过程主要采用机械过滤器(多介质过滤器)、活性炭过滤器、软水器以及除铁锰装置来进行。同时,我公司生产的各种预处理设备均采用酸洗砂等优质材料,以提高处理效果,为客户赢得更高的经济效益。

经典工程案例