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試議二氧化氯與臭氧在水處理中的應(yīng)用
摘要:為了滿足人們對水質(zhì)的不斷要求，二氧化氯和臭氧是今后水處理中的主要應(yīng)用方向。本文對二氧化氯和臭氧消毒機理、氧化消毒特性及性等方面進(jìn)行介紹分析。關(guān)鍵詞:二氧化氯；臭氧；消毒；飲用水處理
1 二氧化氯（ClO2）
1.1 二氧化氯的氧化消毒特性。ClO2是較強的氧化劑，氧化水中有機物具有選擇性。①ClO2氧化能力強，其氧化能力是氯的2.5倍，能迅速殺滅水中的病原菌、病毒和藻類（包括芽孢、病毒和蠕蟲等）。②與氯不同， ClO2消毒性能不受pH值影響。這主要是因為氯消毒靠次氯酸殺菌而二氧化氯則靠自身殺菌。③ClO2不與氨或氯胺反應(yīng)，在含氨高的水中也可以發(fā)揮很好的殺菌作用，而使用氯消毒則會受到很大影響。④ClO2隨水溫升高滅活能力加大，從而彌補了因水溫升高ClO2在水中溶解度的下降。⑤ClO2的殘余量能在管網(wǎng)中持續(xù)很長時間，故對病毒、細(xì)菌的滅活效果比臭氧和氯更有效。⑥ClO2具有較強的脫色、去味及除鐵、錳效果。⑦ClO2消毒只是有選擇的與某些有機物進(jìn)行氧化反應(yīng)將起降解為含氧基團為主的產(chǎn)物。不產(chǎn)生氯化有機物，所需投加量小，約為氯投加量的40%不受水中氨氮的影響。因此，采用ClO2代替氯消毒，可使水中三氯甲烷生成量減少90%。
1.2 二氧化氯的制備及經(jīng)濟性比較。ClO2的制備方法有化學(xué)反應(yīng)法、電解食鹽法、離子交換法等。其中化學(xué)法和電解法在生產(chǎn)上應(yīng)用較多。
①化學(xué)法。化學(xué)反應(yīng)制取ClO2的方法有：a.鹽酸與亞氯酸鈉反應(yīng)：5NaClO2+4HCl=5NaCl+4ClO2+2H2O；b.鹽酸與氯酸鈉反應(yīng): NaClO3+2HCl=NaCl+ClO2+H2O；c.液氣混合反應(yīng)：2NaClO2+Cl2=2NaCl+2ClO2。
目前，一般談到的化學(xué)法制取ClO2指方法a。這種方法生產(chǎn)規(guī)模較小，設(shè)備簡單，便于實現(xiàn)自動化操作，適于水處理中生產(chǎn)應(yīng)用;但碰到的問題同樣是NaClO2價格昂貴，且該法ClO2的理論產(chǎn)率只有80%。為此，有公司研制出使用NaClO2和H2SO4反應(yīng)制取ClO2的二氧化氯發(fā)生器。
②電解法。電解NaCl溶液生產(chǎn)ClO2以食鹽為原料，采用隔膜電解工藝，在陽極室注入飽和食鹽水，陰極室加入自來水，接通電源后使離子定向遷移，從而在陽極室及中性電極周圍產(chǎn)生ClO2、O3、H2O、Cl2等混合氣體。生產(chǎn)中可以通過降低電解溫度，控制鹽水流量，增加陽極室ClO2含量等方法提高ClO2產(chǎn)率。產(chǎn)生的混合氣體ClO2僅占10%左右，除了O3、H2O2外，大部分是氯氣。這就無法避免液氯消毒的缺點。同時ClO2含量也難以精確，設(shè)備復(fù)雜，易損壞部件價格昂貴，運行維護(hù)困難。但目前國內(nèi)仍多用此法。
2 臭氧（O3）
2.1 臭氧的氧化消毒特性。①O3作為高效的無二次污染的氧化劑，是常用氧化劑中氧化能力最強的（O3>ClO2>Cl2>NH2Cl），其氧化能力是氯的2倍。②O3消毒受pH值、水溫及水中含氨量影響較小，但也有一定的選擇性。③O3去除微生物、水草、藻類等有機物產(chǎn)生的嗅、味，效果良好，脫色能力比Cl2和ClO2更為有效和迅速。④投加O3能改變小粒徑顆粒表面電荷的性質(zhì)和大小，使帶電的小顆粒聚集;同時O3氧化溶解性有機物的過程中，還存在“徽絮凝作用”，對提高混凝效果有一定作用。⑤O3消毒效果好，劑量小，作用快，不產(chǎn)生三氯甲烷等有害物質(zhì)，同時還可使水具有較好的感官指標(biāo)。⑥O3能將水中不易降解的大分子有機物氯化分解為小分子有機物，并向水中充氧使水中溶解氧增加，為后續(xù)處理（特別是生物處理）提供了更好的條件。但從經(jīng)濟上考慮， O3投加量不可能太高，所以氧化并不徹底，如果后續(xù)工藝處理不當(dāng)，也會產(chǎn)生三氯甲烷等有害物質(zhì)。⑦在水處理過程中，應(yīng)盡量不要生成新的三氯甲烷物質(zhì)，因為三氯甲烷一且形成， O3也很難將其氧化去除。 2.2 臭氧的制備及性分析。生產(chǎn)O3的方法有無聲放電法、放射法、紫外線法、電解法等。在實際凈水廠應(yīng)用中都采用無聲放電法。
使氧氣（O2）轉(zhuǎn)變O3，首先需要有很大的能量將O-O鍵裂解為氧原子。無聲放電就是利用高速來轟擊氧氣，使其分解成氧原子: O2=2O。
離解后的氧原子有些合成臭氧:3O=O3
有些重新合成為氧氣，有些則和氧氣合成為O3:O+O2=O3
上述反應(yīng)都是可逆的，生成的O3也會分解成為氧原子活氧氣。所以，通過放電區(qū)域的氧氣中只有一部分能夠變成O3，因此生產(chǎn)出來的O3通常指含一定濃度O3的空氣，稱為臭氧化空氣，并非純臭氧氣。
根據(jù)目前的技術(shù)水平， O3的生產(chǎn)原料分為空氣、純氧氣、液氧三種。
采用液氧一般適用于中小規(guī)模（臭氧量<50kg/h）。采用變壓吸附法或負(fù)壓吸附法現(xiàn)場制取純氧，適用于臭氧量>50kg/h的規(guī)模。利用干燥空氣制取O3獲得的臭氧濃度一般在1%～3%；而利用純氧或液氧生產(chǎn)的臭氧濃度可達(dá)10%左右，而且空氣制取O3的電耗約為另外兩種方法的2倍。
3 結(jié)論
3.1 ClO2和O3都是高效的氧化消毒劑，其氧化消毒能力受pH值及水中氨氮的影響均較小，消毒都不會產(chǎn)生三氯甲烷，是液氯消毒的理想替代產(chǎn)品。
3.2 ClO2和O3具有更高的穩(wěn)定性，同時又比氯具有更強的消毒能力;但氧化能力比O3差。但用臭氧消毒時，為了維持管網(wǎng)中的持續(xù)消毒能力，需要采用氯、氯胺、二氧化氯等作為輔助消毒劑。
3.3 為避免生成三氯甲烷難以去除，在原水腐殖質(zhì)、藻類、酚含量高的水廠，建議使用ClO2或O3進(jìn)行預(yù)處理。
3.4 水處理中采用O3要比采用ClO2成本略高，但從水質(zhì)來講，采用臭氧-活性炭工藝要比采用ClO2好。就經(jīng)濟水平而言，這兩種改進(jìn)水質(zhì)的方法都是可以接受的，各水廠可以根據(jù)具體情況采用相應(yīng)的措施。
3.5 由于ClO2和O3氧化能力都很強，并都具有毒性和腐蝕性.在使用中要注意安全防護(hù)措施。
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[1]梁光.城市污水再生水二氧化氯消毒研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2008.
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