二氧化氯特性及消毒原理

二氧化氯(CO2)在常溫下是一種黃綠色到橙色的氣體,顏色變化取決于其濃度。有刺激性氣味。二氧化氯的沸點為11℃,熔點為一59℃,易溶于水,其溶解度約為氯的5倍以上。中性條件下的離解常數(shù)為1.2×10^-7,即基本保持在不離解的狀態(tài)。二氧化氯易被硫酸吸收但不與硫酸反應(yīng)、還能溶于四氯化碳和冰醋酸中。

二氧化氯的揮發(fā)性較強,稍一曝氣即從溶液中逸出。但氧化氯是一種易于爆炸的氣體,受熱和受光照能加速分解。二氧化氯的檢測手段還不完備,分析檢測較復(fù)雜,相對的操作管理水平也要求較高。

二氧化氯具有較強的氧化能力,它的理論氧化能力是氯的2.63倍。它能附在細(xì)胞壁上穿過細(xì)胞壁與含巰基的酶反應(yīng)而使細(xì)菌死亡。二氧化氯與細(xì)菌及其他生物蛋白質(zhì)中的部分氨基酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)使氨基酸分解破壞進(jìn)而控制微生物蛋白質(zhì)合成,最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡。二氧化氯作為飲用水消毒劑具有下列優(yōu)點。

①二氧化氯不與水中的黃腐酸、腐殖酸等形成三氯甲烷、鹵己酸等消毒副產(chǎn)物。

②二氧化氯在水中不與氨氮反應(yīng),殺菌效果優(yōu)于氯,并且用量少,作用快,不受水的pH值、溫度和氨氮濃度的影響。

③其強氧化性能有效殺滅用氯消毒效果較差的孢子和病毒等,并能有效氧化去除水中的藻類、酚類、氰類及硫化物等有害物質(zhì),具有很好的脫色、除臭效果。陰一鼠該法缺點是消毒成本較高,存放不易,過量投加會產(chǎn)生亞氯酸鹽等無機副產(chǎn)物。由于水中剩余二氧化氯比剩余氯更容易揮發(fā),所以一般水中剩余二氧化氯要比剩余氯消耗速率高。

二氧化氯的制備

二氧化氯的制備方法主要有電解法、穩(wěn)定性二氧化氯活化法和化學(xué)法。

①電解法 同電解食鹽水制取次氯酸鈉一樣,電解法制取可用食鹽水和氯酸鈉溶液電解產(chǎn)生二氧化氯。但該法隔膜和電極壽命有限,產(chǎn)生的二氧化氯濃度低,設(shè)備復(fù)雜,運行維護困難。

②穩(wěn)定性二氧化氯活化法 二氧化氯不穩(wěn)定,一般需要現(xiàn)場發(fā)生,為此人們先生產(chǎn)出高純度的二氧化氯,再用碳酸鹽等穩(wěn)定劑使其穩(wěn)定,以便于儲運,在使用時再用鹽酸等活化劑使其活化產(chǎn)生二氧化氯。穩(wěn)定性二氧化氯使用方便,但價格較高,只適用于經(jīng)濟條件較好的地區(qū)小規(guī)模水消毒。

③化學(xué)法 化學(xué)法是目前飲用水凈化中應(yīng)用最多的方法,包括氯酸鹽法和亞氯酸鹽法等。

a.氯酸鹽法。該法是在高酸性介質(zhì),用還原劑還原氯酸鈉而制取二氧化氯,其效率隨還原劑不同而異,主要還原劑目前有鹽酸、甲醇、氧化鈉等。

還原劑為鹽酸的氯酸鹽法的特點是反應(yīng)的產(chǎn)物氯化鈉和氯都可以回收利用進(jìn)行二氧化氯的再生產(chǎn)(氯化鈉電解再生成氯酸鈉),系統(tǒng)封閉性好。當(dāng)反應(yīng)溫度較高時,產(chǎn)生二氧化氯純度可達(dá)70%,其生產(chǎn)成本低。國產(chǎn)發(fā)生器一般采用此法。反應(yīng)式為

2NaC1O3+4HCI--2C102+C12+-2NaC1-+2H,0

b.亞氯酸鹽法。該法制備的二氧化氯純度高,可分為氧化法和酸化法。

氧化法是在pH值低于3.5的條件下,用亞氯酸鹽與氯或者次氯酸進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生二氧化氯。國外大水廠多采用此法。反應(yīng)式為

2NaCIO2+CI2 → 2CI2O2+2NaCI

酸化法是使亞氯酸鹽與酸(主要是鹽酸)反應(yīng)產(chǎn)生二氧化氯,但反應(yīng)速度慢,鹽酸用量大，只適合小規(guī)模生產(chǎn)。反應(yīng)式為

5NaC1O2+4HCI--4C1O2+5NaCI-+2H2O

由于采用的亞氯酸鹽價格較氯酸鹽高,因此亞氯酸鹽法成本較高。另外,亞氯酸鹽為強氧化劑,易受外界條件影響而發(fā)生爆炸。