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环保资讯:二氧化氯在治水界的扛把子!

看来氯在水处理中已经用了很多年了,它能有效地去除水中的病菌,保证人们喝到的水质量安全。但最近发现,氯化出水中会产生三卤甲烷,这对人体健康有很大危害。所以我们需要推广应用新型的消毒剂来解决这个问题。而二氧化氯作为一种很好的消毒剂,逐渐又引起了人们的关注。它可以有效地杀灭水中的病菌,而且不会产生三卤甲烷这种致癌物质。不仅如此,它还可以去除臭味和藻类,并且有去铁除锰的功效。操作起来也很简单,不比氯化系统差。当然,这些都是因为它与水中的腐殖质反应不会产生那些有害物质。如果你要了解更多,我们可以从二氧化氯的基本特性和反应入手。我觉得,二氧化氯就像一位黄绿色的游泳者,它很爱水,而且很好溶于水。与氯气不同的是,二氧化氯在水中的水解程度非常低,它会以气体的形式溶在水里,而PH值在6左右的略酸性溶液中,二氧化氯非常稳定。如果你想检测二氧化氯的含量,可以用紫外吸收、电流滴定、比色等方法。我们平时使用的二氧化氯都是在现场制备而得的,通过亚氯酸钠和氯气混合反应而成。二氧化氯是一种强氧化剂,也是一种非常优秀的消毒剂,其杀菌消毒能力比氯高出三倍。在水处理中,较佳的二氧化氯浓度在0.1~5.0mg/l之间,比起氯来,它有更好的处理功能,可以降低处理水中的三卤甲烷,控制水臭味等。相比之下,它表现得更好!在我看来,二氧化氯在水中的存在形式是比较有趣的。通常情况下,它以气体的形式存在,不太会发生水解作用。但是在水中碱性条件较强,或者二氧化氯浓度较高时(>10mg/l),它会生成1:1的亚氯酸盐和氯酸盐,其中亚氯酸盐离子也是一种很强的氧化剂。当二氧化氯浓度在5~10mg/l之间,且PH值为12时,在水中半衰期为20分钟~3小时之间,而在水处理过程中,约有50~70%的二氧化氯以亚氯酸盐的形式存在。这个过程中通常不存在氯酸盐。

二氧化氯还能用于去除水中铁和锰,并可用于硫化物的氧化处理。像其他的强氧化剂一样,二氧化氯能将二价锰(Mn2+)氧化成三价锰(Mn3+),然后产生不溶性的二氧化锰(MnO2)并沉淀。这个氧化的过程是二氧化氯经还原产生亚氯酸盐,后者能迅速与二价锰反应而生成沉淀。此反应在碱性条件下比在酸性条件下更快,也更有效。

据我的了解,二氧化氯可以快速地将亚铁氧化成三价氢氧化铁(F(eOH)3)的形式沉淀下来。这个反应在中性到碱性条件下比较容易发生。另外,二氧化氯也可以用于防止铸铁管内铁细菌的生长。据报道,这一反应是二氧化氯与细菌体内多糖类物质反应的结果。除此之外,二氧化氯还可以迅速氧化硫化氢,而在PH值在5到9之间,反映出来的最终产物只会是硫酸铁,不像其他氧化剂(臭氧、氯、氧)会产生除硫酸铁之外的元素硫氧化物产物。

与这些无机物不同,二氧化氯与有机物的反应则不会产生很多危险的副产物。研究表明,氯通常会通过氧化及亲电取代作用与各种有机物反应,从而生成各种氯代有机物,其中以三氯甲烷(致癌物)为主,加之氯的消毒能力不如二氧化氯,因此与有机物反应生成三氯甲烷的可能性比较大。而二氧化氯则不同,它主要是通过氧化作用与有机物反应,并仅生成少量有机化合物。相比之下,它表现得更安全。二氧化氯还可以与酚类化合物进行反应,如对氯酚进行反应,生成对氯酚酚醌等化合物。对于水处理过程中,二氧化氯可与酚类化合物如酚和氢醌反应,从而有效地防止氯化处理时产生氯酚嗅味。然而,目前还不能确定二氧化氯与酚反应是否会产生氯代酚。在二氧化氯氧化酚的过程中,通过氯代酚形成的产物(对苯醌、马来酸和草酸)的含量取决于二氧化氯与原水中酚类化合物的浓度比值。当二氧化氯的含量较高时,一般不会产生氯代酚,而主要产生对苯醌(约为45-65%)以及少量马来酸和草酸。研究表明,当PH值为中性且二氧化氯过量时,二氧化氯与酚的反应可以在2秒内将酚完全氧化。由于一般水处理过程中的原水中含酚量不高,一般只有几微克每升的范围,因此二氧化氯的投加量通常总是过量的,因此不易产生氯代酚,从而不会产生嗅味。

除了与酚反应外,二氧化氯还可以用于控制处理水中的腥臭味、土味以及霉烂味,且具有很好的去除效果。需要指出的是,为了有效去除土腥味(主要由波斯菊帖和2-甲基异冰片MIB产生),二氧化氯的投加量应适当加大,同时反应时间也应该延长。在水处理药剂中使用二氧化氯时,其是否会与腐殖质反应生成三卤甲烷类物质仍需进一步研究。这取决于使用的二氧化氯中是否含氯,而当有氯存在时,可能会由于氯化作用,产生少量的三卤甲烷类物质。但理论上,不含氯的二氧化氯与腐殖质反应不会产生三卤甲烷或者极少量的三卤甲烷。相关研究表明,由二氧化氯形成的总有机卤化物的含量仅为氯的1%~25%。当二氧化氯中含有氯时,上述含量将会显著增加。

目前,针对控制处理出水中的三卤甲烷,通常采用了二氧化氯对原水进行氧化,以去除三卤甲烷母体物,并有初步的消毒作用;然后采用氯对经过混凝沉淀、过滤及其他方式处理后的出水进行处理,二氧化氯的投量一般为氯化投量的30%~50%。这种处理工艺可使出水中三卤甲烷(TMH)的含量降低50%~70%。

关于二氧化氯的生物学特性,在微生物方面,二氧化氯对微生物具有强烈的氧化和杀灭作用,这是由于二氧化氯分解后产生的氧化物和氯离子的共同作用。它被认为是一种有效的消毒剂,用于水处理和食品加工等领域。此外,二氧化氯在水中短暂存在,不会留下氯化物,对环境的影响也相对较小。

面也有很好的效果。我了解到,二氧化氯是一种非常有效的消毒剂,其杀菌效率比氯高出三倍以上,仅次于臭氧。在投量为1~5mg/l时,即可有效地杀灭大肠杆菌和类炭疽杆菌等菌类,对病毒、原生动物和藻类也有很好的灭活作用。

我很欣慰的是,二氧化氯的消毒效果不受一般水中PH值(6~8.5)的影响,并且有非常快的灭菌速度。当二氧化氯浓度为2mg/l时,仅需30秒即可完全杀灭大肠杆菌,而出水中仍保留着1.1mg/l的剩余二氧化氯含量。

除此之外,我还了解到二氧化氯也是一种非常有效的病菌灭活剂。在15℃、PH值为7.0的水中投加1.0mg/l的二氧化氯,仅需1分钟,即可使脊髓灰质炎病毒Ⅰ型灭活99%。实际上,PH值对ClO2分子结构无明显影响,只是在较高PH值时,病毒带有更多的负电荷,使得与ClO2反应更佳。这一点与氯的消毒作用不同。而大多数城市供水的PH值都在偏碱性,因此使用二氧化氯进行消毒更为有效。

此外,我还了解到二氧化氯也能有效地控制藻类和生物膜的生长,并且对水质没有明显的影响。这对于城市供水和工业用水的处理非常重要。

我了解到,使用二氧化氯处理水库或湖泊中的藻类时,可以在处理成本相近的情况下,比使用硫酸铜更为有效。在供水设备中,生物膜生长产生的嗅味不仅会影响水质,而且会严重干扰处理工艺(如离子交换、膜渗析及热处理)的正常运行。

关于微生物的灭活途径,迄今为止的研究还没有发现二氧化氯对微生物表面有多大的损害作用。目前有两种主要观点:一种认为二氧化氯会与微生物的氨基酸、半胱氨酸、色氨酸及酪氨酸反应,从而导致微生物灭活,但对微生物的核糖核酸(RNA)并没有影响。然而,这种观点尚需深入研究,因为二氧化氯与微生物反应时,具体破坏的是周围的结构还是核糖核酸,或者是兼而有之,仍不十分清楚。另一种观点认为二氧化氯主要通过破坏细胞的生理功能使微生物失活,如阻止蛋白质的合成、破坏细胞外层膜的渗透性、抑制微生物的呼吸作用等。

此外,在反应副产物及毒性方面,前面已经提到过,二氧化氯在水中可以通过氧化还原反应以亚氯酸盐或氯离子的形式存在。虽然这些化合物可能会导致一些毒性,但实际上,在建议的使用浓度范围内,其对人体的影响是可以忽略不计的。因此,二氧化氯被认为是一种非常安全、有效的消毒剂,常用于饮用水、游泳池等领域。据我所知,硝酸盐和氯酸盐可以氧化血红蛋白,引起溶血性贫血症,但还需进一步研究。在欧洲许多城市,二氧化氯被用作自来水消毒剂,尚未有关危害健康的报告。但我们应该考虑这一问题,对处理出水中剩余二氧化氯的量要考虑去除措施或限制投放量。例如,德国的最大投放量为0.3mg/l,俄罗斯为0.40-0.45mg/l,而美国则规定出水中剩余二氧化氯的量不得超过1mg/l。

基于氯化出水中存在三卤甲烷等有害物质的严峻事实,我认为二氧化氯作为消毒和氧化剂的良好替代品,越来越受到人们的重视。与氯相比,二氧化氯不仅消毒效果更好,还可以去除一些有害物质。这样,我们可以采取可持续的措施来保护我们的健康和环境。 作者:张振宁