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1、二氧化氯（ClO2）在飲用水處理中的應(yīng)用（劉粵明） 摘要：消毒通常是傳統(tǒng)飲用水處理工藝關(guān)鍵一步，從而保證了水質(zhì)的安全可靠。加入到水中消毒劑可以從根本上消除或是抑制傳播水生疾病的病菌，就目前來說，氯氣以及次氯酸鹽是給水處理工業(yè)當(dāng)中最常見的消毒劑。由于認(rèn)識(shí)到加氯消毒副產(chǎn)品的危害，現(xiàn)在研究人員越來越多的把目光投向了其他的替代消毒劑。主要從水處理替代消毒劑二氧化氯的制造，氧化方式，消毒效率以及副產(chǎn)物等方面進(jìn)行論述。關(guān)鍵詞：飲用水處理、消毒、二氧化氯、PH值
1二氧化氯消毒
1.1簡(jiǎn)介。二氧化氯是一種含氯的中性化合物，由于
2、其在化學(xué)反應(yīng)中的單電子轉(zhuǎn)移能力，二氧化氯通常在水消毒的過程中被用作高效率的氧化劑，氧化還原反應(yīng)后的產(chǎn)物為亞氯酸根離子。亞氯酸鹽與亞氯酸根離子之間的電離平衡常數(shù)相對(duì)較小,這也與次氯酸與其共軛堿對(duì)之間的電離平衡關(guān)系有著很大的不同,次氯酸的電離平衡反應(yīng)多發(fā)生在中性的PH范圍內(nèi),這就決定了在飲用水的應(yīng)用范圍內(nèi),水中的主要成分還是次氯酸根離子。根據(jù)Werdehoff和Singer的研究,在使用二氧化氯進(jìn)行給水消毒的過程中,大約有50%到70%的二氧化氯被轉(zhuǎn)化成亞氯酸根離子，還有30%左右的ClO2被轉(zhuǎn)化成氯酸根離子或氯離子。
3、 由于其超強(qiáng)的氧化能力，二氧化氯通常被用作初級(jí)或是二級(jí)消毒劑，并在對(duì)水中的氣、味控制；含氯消毒副產(chǎn)品的消除；鐵、錳離子的氧化，顏色調(diào)節(jié)以及硫化物和酚類物質(zhì)的去處方面有著廣泛的應(yīng)用。作為一種應(yīng)用水處理中的替代消毒劑，二氧化氯對(duì)于病毒，細(xì)菌等微生物的抑制能力要超出氯氣和氯氨類消毒劑。
1.2二氧化氯的制取。因?yàn)槎趸染哂休^強(qiáng)的膨脹性并且在壓力下容易發(fā)生爆炸，因此二氧化氯不可以被壓縮或是簡(jiǎn)單的以氣態(tài)的形式儲(chǔ)存。通常的情況下，二氧化氯多數(shù)是在現(xiàn)場(chǎng)制取。在給水消毒的應(yīng)用過程中，二氧化氯可以通過利用亞氯酸鹽分別與氯氣、次氯酸
4、或是鹽酸直接反應(yīng)而生成二氧化氯。具體的反應(yīng)過程如下所列：
直接與鹽酸的反應(yīng)：反應(yīng)一般發(fā)生在較低的PH值范圍內(nèi)，并且反應(yīng)速率較低。
亞氯酸鹽與氯氣的反應(yīng)：這是在水處理應(yīng)用中最為常見的制取二氧化氯的方式。反應(yīng)包括了兩個(gè)階段：第一，通過向水中通入過量的氯氣來生成次氯酸和鹽酸；第二，次氯酸與亞氯酸鈉反應(yīng)生成二氧化氯。為了提高亞氯酸鹽的使用率，通常需要向水中同入過量的氯氣，以生成足夠反應(yīng)的次氯酸。在反應(yīng)中，由于次氯酸的生成，從而降低了水的PH值，這將更加有利于反應(yīng)的正常進(jìn)行。通過這種方式來制取二氧化氯的反應(yīng)速率要比前一種
5、方式來的快，但比較下面所介紹的第三種方法來說就相對(duì)較慢了。
氯氣直接與亞氯酸鹽反應(yīng)：此類反應(yīng)多發(fā)生在中性的PH值環(huán)境下，而且反應(yīng)速率相對(duì)較快。
1.3通過氧化反應(yīng)去除水中的鐵、錳離子。鐵離子和錳離子是水中最為常見的兩種金屬離子，因此在飲用水處理的過程中，通常要采用一些特殊的方法來對(duì)水中的鐵、錳離子加以去除。其中最常見的方法就是通過加入強(qiáng)氧化劑來與鐵、錳離子反應(yīng)，從而生成沉淀物，再通過后續(xù)處理，例如沉淀和過濾加以去除。而由于二氧化氯具有很強(qiáng)的氧化性，因此在給水處理中被用來作為氧化劑來去除水中過量的鐵、錳離子。
6、 為了能夠生成氫氧化鐵沉淀3），通常控制反應(yīng)發(fā)生在堿性環(huán)境下，與1.0mg/l的鐵離子反應(yīng)需要1.2mg/L的二氧化氯。
在實(shí)際的給水消毒應(yīng)用過程中，特別是在高濃度的鐵、錳離子原水處理中，二氧化氯的用量還要考慮到消毒副產(chǎn)物的生成、氯酸根離子和亞氯酸根離子的濃度等因素，因此在實(shí)際應(yīng)用中，二氧化氯的用量應(yīng)控制在0.07~2.0mg/L的范圍內(nèi)，一般不超過1.0mg/L。
1.4水中天然有機(jī)物的去除。從在水中的濃度以及活性的角度來說，天然有機(jī)物是地表水和地下水中的一種重要成分。存在于水中的天然有機(jī)物，影響微量金屬和親
7、水有機(jī)化合物的流動(dòng)性以及在一定范圍內(nèi)的膠狀顆粒的聚合速度。同時(shí)，對(duì)于微生物和依靠本身特性例如分子重量，分子組成和官能團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)的物質(zhì)來說，天然有機(jī)物也是有機(jī)碳的來源。
通過進(jìn)一步對(duì)天然有機(jī)化合物成分的研究，它們被分成以下幾部分：腐殖質(zhì)酸；非水溶性酸性物質(zhì)；非水溶性堿性物質(zhì)；非水溶性中性物質(zhì)；水溶性酸性物質(zhì)；水溶性堿性物質(zhì)；水溶性中性物質(zhì)。在大多數(shù)的情況下，飲用水中的天然有機(jī)物的主要成分是非水溶性酸性物質(zhì)，約占54%，腐殖質(zhì)酸和非水溶性中性物質(zhì)分別占19%和12%。通常情況下，天然水體中非水溶性堿性物質(zhì)的含量微乎其微
8、，另外水溶性物質(zhì)的比例也相對(duì)較小，大約占總的有機(jī)物的15%左右。
根據(jù)以往的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過二氧化氯的氧化作用，HA，HON和HIB在水中所占的比例明顯減少，而對(duì)于HOA來說，去除量不會(huì)超過9%。HIA的成分會(huì)少許增加，而HIN的成分會(huì)有明顯的增加。二氧化氯打碎大分子量的有機(jī)物質(zhì)使其變成小分子量的物質(zhì)，從而使非生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)
