氯在处理中的应用已有相当长的历史,它一直被看作控制被处理水中致病菌的重要手段。但近年来,发现氯化出水中产生的三卤甲烷对人身体健康能产生较大危害,所以,推广应用新型高效的消毒剂来控制处理水中的三卤甲烷(THM)以保证出水水质是必要的。

二氧化氯作为一种优良的替换消毒剂,在水处理中又重新引起人们的关注。这主要是由于二氧化氯同水中腐殖质反应不产生三卤甲烷类致癌物质,不与氨反应天生消毒效果差的氯氨。二氧化氯处理系统在操纵上与氯化系统极为相似,而且易于控制和检测。此外。二氧化氯还可用于控制臭味和藻类,有往铁除锰的功效。旨在对二氧化氯在水处理中的应用进行机理分析,为其作为氯的一种替换消毒剂在水处理中的应用提供必要的理论依据。

2二氧化氯在水处理中的反应

2.1二氧化氯的基本特性。

二氧化氯是沸点为11℃的深黄色气体,具有与氯气相似的刺激性气味,易溶于水并形成黄绿色的溶液,与氯气在水中的水解过程不同,二氧化氯在水中的水解程度很低,主要以溶解气体的形式保存在水中。在略为酸性的(PH约为6)的溶液中极为稳定。二氧化氯溶液的紫外吸收光谱在360nm处有一个吸收峰,摩尔吸收系数约为1150(mo·lcm)。一般可用紫外吸收、电流滴定、比色和其它方法测定二氧化氯的含量。水处理中所用的二氧化氯都用亚氯酸钠与氯气混合反应现场制备而得:2NaClO2+Cl2=2ClO2+2NaCl。

二氧化氯是一种强氧化剂,也是一种良好的水处理消毒剂,其杀菌消毒能力约为氯的3倍。水处理中所用二氧化氯的较佳浓度在0.1～5.0mg/l之间,与氯相比,它有较良好的处理功能(降低处理水中的三卤甲烷、控制嗅味等)。

2.2二氧化氯在水中的形态。

如前所述,二氧化氯在水中基本上不发生水解作用。在PH值为2～10的范围内,以一种溶解气体的形式存在。但在较强碱性条件和二氧化氯浓度较高(>10mg/l)时,天生1:1的亚氯酸盐和氯酸盐:2ClO2+2OH-=ClO-2+ClO-3+H2O。其中亚氯酸盐离子也是一种强氧化剂。当二氧化氯的浓度在5～10的之间和PH值为12时,其在水中的半衰期为20分钟～3小时之间,在水处理过程中,约有50～70%的二氧化氯以亚氯酸盐及氧化物的形式存在,一般不存在氯酸盐。

2.3二氧化氯与无机物的反应。

二氧化氯可用于往除水中铁和锰,也可用于硫化物的氧化处理。二氧化氯像其他强氧化剂一样,可将二价锰(Mn2+)氧化成三价锰(Mn3+)而形成不溶性的二氧化锰(MnO2)并产生沉淀。其氧化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天生沉淀:2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2(↓)+12H++2Cl-。该反应在碱性条件下要比酸性条件下更快,效果更好。二氧化氯同样可迅速地将亚铁氧化成三价氢氧化铁(F(eOH)3)的形式沉淀下来。该反应在中性至碱性条件下较易发生。此外,二氧化氯可用于防止铸铁管中铁细菌的生长。据报道,二氧化氯的这种作用,是二氧化氯与细菌体内多糖类物质反应的结果。二氧化氯的另外一个功能是可将硫化氢很快氧化,在PH值为5～9范围内,反映的终极产物仅是硫酸铁,而其它氧化剂(臭氧、氯、氧)对硫化物的氧化产物除硫酸铁外,还产生元素硫。

2.4二氧化氯与有机物的反应。

研究表明,氯可通过氧化及亲电子取代作用与各种有机物反应而天生各种氯代有机物,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强,因而与有机物反应天生三氯甲烷的可能性较大,二氧化氯则不同,它主要是通过氧化作用与有机物反应,并天生少量的有机化合物。

(1)与酚类物质的反应。

二氧化氯与酚及其化合物(如间本二酚和氢醌)反应,可有效地防止因氯化处理时氯酚嗅味的产生。但目前尚不能肯定二氧化氯与酚反应不产生氯代酚。氯代酚在二氧化氯氧化酚的过程中所形成产物(对苯醌、马来酸和草酸)中的含量取决于二氧化氯与原水中酚类化合物的浓度比值。当二氧化氯含量较高时,基本不产生氯代酚,而主要以对苯醌(45%～65%)为主,其余为马来酸和草酸。有研究表明,当PH值为中性且二氧化氯过量时,二氧化氯与酚的反应在2s内即可将酚全部氧化。在一般水处理过程中,原水中的含酚量一般在几个微克每升的范围内,所以二氧化氯的含量总是过量的。因此,它不易产生氯代酚,故不产生嗅味。