【污水處理技術(shù)】二氧化氯的性質(zhì)及殺菌消毒機(jī)理
一、二氧化氯的性質(zhì)
二氧化氯是由漢費(fèi)萊‐戴維先生于1811年發(fā)現(xiàn)到的。1843年時(shí)米隆用鹽酸將氯酸鉀酸化獲得了一種黃綠色氣體，并將這一氣體吸收在堿性溶液里獲得了亞氯酸鹽(以及氯酸鹽)，而米隆沒(méi)有將這種氣體作為二氧化氯識(shí)別。1811年Garzaralli-Thumlackh鑒別出這種氣體是二氧化氯和氯氣的混合物。
二氧化氯為黃紅色氣體，帶有一種辛辣氣味，在空氣中的體積濃度超過(guò)10%時(shí)便有爆炸性，但在水溶液中則無(wú)危險(xiǎn)性。比重為3.09克/升(11℃)，熔點(diǎn)-59.5℃，沸點(diǎn)9.9℃(壓力為731mmHg時(shí)的沸點(diǎn))。在20℃和30mmHg壓力下，二氧化氯在水中的溶解度為2.9克/升。在水中能被光分解，與氨不起反應(yīng)。對(duì)人體有刺激，當(dāng)大氣中二氧化氯含量為14mg/L時(shí)，就可使人覺(jué)察；45mg/L時(shí)，明顯地刺激呼吸道。二氧化氯的揮發(fā)性較大，稍一曝氣即從溶液中逸出。溫度升高、曝光或與有機(jī)質(zhì)相接觸，會(huì)發(fā)生爆炸。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，二氧化氯須避光保存，一般情況下，現(xiàn)場(chǎng)制備，現(xiàn)場(chǎng)使用。
二、二氧化氯的作用
1、二氧化氯殺滅病菌和病毒的作用
二氧化氯是一種廣譜型的消毒劑，它對(duì)水中的病原微生物，包括病毒、細(xì)菌芽孢、配水管網(wǎng)中的異養(yǎng)菌、硫酸鹽還原菌及真菌等均有很高的殺滅作用。
二氧化氯能在pH值很寬的范圍內(nèi)殺滅大腸桿菌，其殺滅效果與溫度T有關(guān)，是溫度（1/T）的函數(shù)，這一優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了因溫度升高而使二氧化氯在水中溶解度降低的缺點(diǎn)。二氧化氯在水中的擴(kuò)散速度較氯快，所以在低濃度時(shí)較氯更為有效。二氧化氯對(duì)孢子的殺滅作用比氯強(qiáng)，對(duì)水中的放線菌、野生菌種、孢子體等均有較好的殺滅作用。
2、二氧化氯的氧化作用
2.1 二氧化氯對(duì)錳的氧化
二氧化氯能夠把二價(jià)錳氧化成四價(jià)錳，使之形成不溶于水的二氧化錳(MnO2)，即：
2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2+12H++2Cl-
通過(guò)氧化，二氧化氯對(duì)錳的去除率為69%～81%，而氯對(duì)錳的去除率僅為25%，一般二氧化氯的投加量為5.0mg/L。
2.2 二氧化氯對(duì)鐵的氧化
二氧化氯同樣也能夠把二價(jià)的鐵氧化成三價(jià)的鐵，形成氫氧化鐵沉淀，即：
ClO2+5Fe(HCO3)2+13H2O=5Fe(OH)3+10CO32-+Cl-+21H+
通過(guò)氧化，二氧化氯對(duì)鐵的去除率為78%～95%，而氯對(duì)鐵的去除率僅為50%左右，一般二氧化氯的投加量為2.0mg/L。
2.3 二氧化氯對(duì)硫化物的氧化
二氧化氯在pH值5～9的區(qū)間內(nèi)，很快將硫化物(S2-)氧化成硫酸鹽(SO42-)，即：
8ClO2+5S2-+4H2O=5SO42-+8Cl-+8H+
當(dāng)二氧化氯的投加量為3.0mg/L時(shí)，硫的去除率為81%。
2.4 二氧化氯對(duì)氰化物的氧化
二氧化氯可以將氰化物氧化成二氧化碳和氮，即：
2ClO2+2CN-=2CO2+N2+2Cl-
當(dāng)氰化物的濃度為3.0mg/L，二氧化氯的投加量為5.0mg/L，其氰化物的去除率一般都大于85%。
2.5 二氧化氯對(duì)苯酚的氧化
二氧化氯對(duì)苯酚的氧化去除效果隨著二氧化氯投加量的增加而提高(它對(duì)苯酚的去除率明顯優(yōu)于液氯)。當(dāng)源水中苯酚濃度為2.0mg/L加5mg/L 二氧化氯時(shí)，苯酚的去除率一般大于85%。傳統(tǒng)的氯消毒隨著液氯投加量的增加，氯代酚的量隨之增加，而投加二氧化氯時(shí)，則基本上不形成氯代酚。
2.6 二氧化氯對(duì)有機(jī)物的氧化
二氧化氯對(duì)有機(jī)物的的氧化降解，與氯所不同的最大特點(diǎn)是，它不會(huì)生成有機(jī)氯代物。二氧化氯可以控制三鹵甲烷(THM)的形成，減少總有機(jī)鹵的生成。眾所周知，三鹵甲烷的前驅(qū)物質(zhì)通常有以下3類：一類是天然大分子有機(jī)物，如腐殖酸、灰黃霉酸等；另一類是小分子有機(jī)物，如酸類化合物、苯胺、苯醌、氨基酸等多種有機(jī)物；第三類是藻類及代謝產(chǎn)物。
我們知道，黃腐酸是腐殖質(zhì)的主要組成物質(zhì)，腐殖質(zhì)里黃腐酸(FA)的含量高達(dá)90%。通過(guò)研究和試驗(yàn)表明，二氧化氯與黃腐酸幾乎不生成氯仿，而液氯與黃腐酸反應(yīng)，則會(huì)生成大量氯仿。而且，氯仿的生成量隨著液氯的投加量和水中腐殖質(zhì)含量的增加而增加。
3、二氧化氯的殺菌消毒機(jī)理
二氧化氯是國(guó)際上公認(rèn)的含氯消毒劑中唯一的高效消毒劑（滅菌劑），它可以殺滅一切微生物,包括細(xì)菌繁殖體、細(xì)菌芽孢、真菌、分枝桿菌和病毒等。 其對(duì)微生物的殺滅機(jī)理為：二氧化氯對(duì)細(xì)胞壁有較強(qiáng)的吸附穿透能力，可有效地氧化細(xì)胞內(nèi)含巰基的酶，還可以快速地抑制徽生物蛋白質(zhì)的合成來(lái)破壞微生物。
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