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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為1.2×10-7,即基本保持在不離解的狀態。二氧化氯易被硫酸吸收但不與硫酸反應、還能溶于四氯化碳和冰醋酸中。

二氧化氯的揮發性較強,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。它能附在細胞壁上穿過細胞壁與含巰基的酶反應而使細菌死亡。二氧化氯與細菌及其他生物蛋白質中的部分氨基酸發生氧化還原反應使氨基酸分解破壞進而控制微生物蛋白質合成,最終導致細菌死亡。二氧化氯作為飲用水消毒劑具有下列優點。

①二氧化氯不與水中的黃腐酸、腐殖酸等形成三氯甲烷、鹵己酸等消毒副產物。

②二氧化氯在水中不與氨氮反應,殺菌效果優于氯,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,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,過量投加會產生亞氯酸鹽等無機副產物。由于水中剩余二氧化氯比剩余氯更容易揮發,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、穩定性二氧化氯活化法和化學法。

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生二氧化氯。但該法隔膜和電極壽命有限,產生的二氧化氯濃度低,設備復雜,運行維護困難。

②穩定性二氧化氯活化法 二氧化氯不穩定,一般需要現場發生,為此人們先生產出高純度的二氧化氯,再用碳酸鹽等穩定劑使其穩定,以便于儲運,在使用時再用鹽酸等活化劑使其活化產生二氧化氯。穩定性二氧化氯使用方便,但價格較高,只適用于經濟條件較好的地區小規模水消毒。

③化學法 化學法是目前飲用水凈化中應用最多的方法,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,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的產物氯化鈉和氯都可以回收利用進行二氧化氯的再生產(氯化鈉電解再生成氯酸鈉),系統封閉性好。當反應溫度較高時,產生二氧化氯純度可達70%,其生產成本低。國產發生器一般采用此法。反應式為

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行反應產生二氧化氯。國外大水廠多采用此法。反應式為

2NaCIO2+CI2 → 2CI2O2+2NaCI

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

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生爆炸。