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时间:2018-11-21
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1、二氧化氯及其在给水中的应用摘要:二氧化氯由于它不会与水中的腐殖质反应产生卤代烃,近年来受到了广泛的注意。它不会与氨生成氯胺,加注操作与加氯系统相近,易于监测水中的剩余量。本文拟就二氧化氯的性质,制造,毒性及分析方法作一概略介绍。关键词:二氧化氯ClO2THM消毒 二氧化氯由于它不会与水中的腐殖质反应产生卤代烃,近年来受到了广泛的注意。它不会与氨生成氯胺,加注操作与加氯系统相近,易于监测水中的剩余量。本文拟就二氧化氯的性质,制造,毒性及分析方法作一概略介绍。 二氧化氯的物理性质 二氧化氯分子量67.46,液体二氧化氯深红色,-40℃以上时有爆炸性。气体二氧化氯与气体氯有相似的颜色和嗅
2、味。浓的气态二氧化氯在超过大气压40仟帕约4个大气压的压力下,也会爆炸。商业上企图单独将二氧化氯或与其他气体一道压缩储存,均告失败。因之二氧化氯只能在使用现场制造。二氧化氯溶液在10克/升以下时所产生的蒸气压不致产生爆炸。一般水厂所用二氧化氯很少超过4克/升,加注量在0.1~5.0毫克/升。二氧化氯气体易溶于水,形成黄绿色溶液。与氯气不同它几乎不水解,密封避光冷藏的二氧化氯溶液十分稳定。酸化其溶液(pH=6)可阻止其酸化作用而增加其稳定性。 二氧化氯的制造 所有用于给水处理的二氧化氯都用亚氯酸盐生产。大都用氧化工艺。气态氯或氯水与亚氯酸钠混和可获得二氧化氯,反应式如下: 2NaCl
3、O2+CI2=2ClO2+2NaCI (1)并有一定程度的副产品氯酸盐生成: NaClO2+CI2+OH-=NaCIO3+HCI+CI- (2) 采用比反应(1)超过200~300%以上的氯可获得满意的二氧化氯得率。但所得的二氧化氯含氯较多,并有副反应: 2ClO2+HOCI+H2O=2ClO3-+2H++HCI (3) 在与NaClO2反应前,仔细加HCI到氯水中,调整pH到2~3,可获得90%的得率,而只含氯7%,另一提高二氧化氯得率而含氯最少的方法是采用浓度大于4克/升的氯水,制备成6~10克/升的二氧化氯立即稀释至1克/升储存、备用。 另
4、一种产生二氧化氯的工艺是盐酸一亚氯酸法: 5NaClO2+4HCI=4ClO2+5NaCI+2H2O (4) 新式二氧化氯发生器是在真空下,气态氯直接与浓NaClO2溶液反应,生成的二氧化氯被抽出反应室,此种发生器与真空加氯系统相似,得率可达95%,浓度为2000~1000毫克/升,含氯小于5%。 二氧化氯生产设备一般可用玻璃钢制成,最好用钛板加工,我国已有钛板生产供应。 二氧化氯在水中与无机物的反应 二氯化氯可加在原水中,沉淀池进水中,滤池进水中,也可加在出厂水中,用作为预氧化剂和消毒剂并在其后加氯以保持管网余氯,降低三卤甲烷。 二氧化氯在水中不水解,并在pH2~1
5、0之间以溶解气体存在,在碱性溶液中岐化成亚氯酸盐及氯酸盐: 2ClO2+2OH-=ClO2-+ClO3-+H2O (5) 于ClO2浓度为5~10毫克/升,pH=12时,半寿期为20分钟到3小时。因此在高pH值软化水的工艺中,软化及再碳酸化时,应尽量使ClO2浓度低一些。 二氧化氯在水中由于氧化还原反应而生成ClO2-,ClO2-又进一步还原成。在水处理中几乎有50~70%的ClO2立即成为ClO2-,余者以CI-存在。ClO2-在管网中进一步被可氧化物还原,在此条件下,不会形成氯酸根ClO3-。 水厂于沉淀前加ClO2,滤后加氯,故出厂水中有低浓度ClO2,CI2(
6、以HOCI及OCI-状态存在),ClO2-。由于反应条件及浓度不同,不同的氯化合物之间的低浓度反应产物,将与发生器内的产物不同,反应机理及反应速率最终决定用户龙头水中氧氯化合物的品种。 反应(3)的速率极慢,于两反应物浓度为0.5~1.0毫克/升时,反应进行至一半需15~20天,故此反应并无重大意义,除非是大城市的配水系统。 饮水在储存条件下,或许由于HOCI的催化作用,ClO2会按下式分解: 2ClO2=CI2+2O2 (6)故反应(3)的ClO2消耗量常高出于HOCI摩尔数的两倍。 反应(1)是反应器中ClO2的生成反应。不少试验证明(1)、(2)速率随
7、PH增加和反应物浓度的减少而剧烈降低。HOCI及CIO-,(于中性pH,饮用水正常浓度的ClO2-)生成ClO3-的反应进行极慢。 ClO2氧化还原性Mn的反应较氯为快速,ClO2与Mn反应后,生成的ClO2-又进一步与Mn反应,故ClO2与Mn的总反应为: 2ClO2+5Mn+++6H2O=5MnClO2(S)+12H++2CI- (7)碱性条件较酸性条件有利于Mn的氧化,ClO2也能氧化被有机物螯合的Mn。 ClO2
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