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專(zhuān)注衛生消毒劑生產(chǎn)企業(yè)(豫)衛消證字(2020)第0013號

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恩科生物技術(shù)課堂,洞察二氧化氯技術(shù)動(dòng)態(tài)

熱搜關(guān)鍵詞: 二氧化氯溶液 消毒凈化劑 過(guò)一硫酸氫鉀復合鹽 二氧化氯 亞硝酸還原酶

二氧化氯在預氧化除藻工藝中的應用
來(lái)源: | 發(fā)布日期:2024-04-10
        二氧化氯 (ClO?),是世界衛生組織(WHO)和世界糧食組織(FAO)將其列為 A1 級高效殺菌、消毒劑;歐美等發(fā)達國家也將其廣泛應用于各領(lǐng)域的殺菌、消毒;并可作為食品添加劑使用;另外,它還具有除藻、抗霉、防腐、保鮮、除臭等功能。ClO?具有氧化能力殺菌能力,并且在飲用水消毒中不會(huì )產(chǎn)生鹵代烷烴(THMs)等三致物質(zhì),在我國自來(lái)水凈化中得到應用。

        由于在水中二氧化氯以中性分子形式存在,因此其相對于微生物的細胞壁具有良好的吸附和穿透性,不僅能夠滲入細菌細胞內進(jìn)行殺菌消毒,同時(shí)還可以對其核酸(RNA 或DNA)進(jìn)行氧化,從而阻止細胞的合成代謝,殺滅細胞。由于其分子特性,它比一般的氧化劑(如液氯)更易進(jìn)入藻細胞。早在1944年,美國Niagara Falls水廠(chǎng)就通過(guò)采用二氧化氯預氧化技術(shù)有效控制了水中藻類(lèi)繁殖及酚類(lèi)污染產(chǎn)生的臭味。瑞士蘇梨世湖Lenng水廠(chǎng)和 Moos 兩湖水廠(chǎng)將二氧化氯和氯氣加注在進(jìn)水管的進(jìn)口處進(jìn)行預氧化,處理以藻類(lèi)等浮游生物含量高的富營(yíng)養湖泊水,達到了良好的原水除藻效果。我國目前 80%的水域受到污染,39%的水源水不能滿(mǎn)足地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類(lèi)標準,湖泊、水庫水富營(yíng)養化程度不斷加劇,常規處理工藝出水水質(zhì)很難達標。采用濾前投加二氧化氯,可以達到除藻除臭殺菌的目的,同時(shí)還能有效控制三鹵甲烷的生成。

片2 1

1 二氧化氯性質(zhì)
         二氧化氯在常溫常壓下是一種黃綠至橙黃色氣體,具有與氯相似的刺激性氣味。易溶于水, 在室溫, 30 mmHg分壓下, 溶解度為2.9 g/L, 沸點(diǎn)11℃, 凝固點(diǎn)-59℃。二氧化氯易溶于水生成二氧化氯水溶液。二氧化氯水溶液在密閉、陰涼處比較穩定,尤其在水處理工藝中用到的低于1.0mg/L的濃度下更加穩定。與氯不同,二氧化氯在水中以純粹的溶解氣體的形式存在,不易發(fā)生水解反應。二氧化氯具有氧化能力及有效殺菌能力,并且在飲用水消毒中不會(huì )產(chǎn)生鹵代烷烴(THMs)等三致物質(zhì),在我國自來(lái)水凈化中得到應用。
        二氧化氯具有反應活性和氧化能力,以氯氣的氧化能力為 100%,則幾種物質(zhì)的氧化能力強弱次序為:(  NaClO(93)[9]。
在水體中氧化還原電位大小次序為(V):O?(2.07),ClO?(1.511),KMnO?(1.51),Cl?(1.36),ClO?(0.89), ClO??(0.77),從中可以看出,二氧化氯作為氧化劑和消毒劑具有明顯的優(yōu)勢。
        二氧化氯用途廣泛,可用作氧化劑、脫臭劑、殺生劑、保鮮劑、漂白劑等。同時(shí)二氧化氯因為其具有殺菌能力,對人體及動(dòng)物沒(méi)有危害以及對環(huán)境不造成二次污染等特點(diǎn)而備受人們的青睞。二氧化氯不僅是一種環(huán)保型殺菌消毒劑,而且還在殺菌、食品保鮮、除臭等方面表現出顯著(zhù)的效果。
優(yōu)點(diǎn):消毒效果好,用量少,成本較低,不產(chǎn)生“三致”物質(zhì)。
缺點(diǎn):會(huì )產(chǎn)生少量副產(chǎn)物,但毒性低。
2 藻類(lèi)及其危害
        藻類(lèi)是以浮游方式在水中生活且能進(jìn)行光合作用的自養型微生物,其個(gè)體大小一般為2~200 μm,種類(lèi)繁多、均含葉綠素。顯微鏡下觀(guān)察藻類(lèi)為帶綠色的有規則的小個(gè)體或群體。藻類(lèi)一般為光能無(wú)機營(yíng)養型微生物,其細胞內含有葉綠素和其他的輔助色素,能在光照時(shí),利用光能,吸收二氧化碳合成細胞物質(zhì),同時(shí)放出氧氣。無(wú)光照時(shí),則通過(guò)呼吸作用取得能量,吸收氧氣同時(shí)放出二氧化碳。在藻類(lèi)較多的池子中,晝間水中的溶解氧較高,甚至過(guò)飽和;而夜間溶解氧急劇下降。藻類(lèi)的大量繁殖代謝會(huì )對水廠(chǎng)水質(zhì)、工藝以及構筑物等產(chǎn)生影響,主要體現在以下幾個(gè)方面。
2.1 藻類(lèi)致臭
        水的臭味主要是由腐殖質(zhì)等有機物、藻類(lèi)、放線(xiàn)菌和真菌以及過(guò)量投氯引起的,根據研究表明水中致臭物質(zhì)主要為土臭素、2-甲基異冰片、2,4,6-三氯茴香醚等。在藻類(lèi)大量繁殖的水體中,藻類(lèi)一般是主要的致臭微生物。
2.2 藻類(lèi)產(chǎn)生毒素
        據調查認為,世界范圍內大約有70%的蕨藻可以產(chǎn)生毒素。產(chǎn)生毒素最主要的是銅綠微囊藻、水華魚(yú)腥藻和水華束絲藻。部分研究者認為飲用有藻毒素的自來(lái)水會(huì )引起腸道疾病,動(dòng)物學(xué)試驗發(fā)現藻類(lèi)毒素可能有致畸、致突變的作用,對游泳者也會(huì )造成皮炎和結膜炎。流行病學(xué)研究證實(shí),藻類(lèi)產(chǎn)生的藻毒素能抑制蛋白磷酸合成酶的活性,導致細胞骨架破壞,引起肝細胞出血、壞死,而藻毒素以常規的方法不能有效去除。
2.3 藻類(lèi)代謝產(chǎn)物是消毒副產(chǎn)物的前體物
        近來(lái)有研究證明,加氯前 Ames 試驗呈陰性的藻類(lèi)培養物在加氯后呈陽(yáng)性。氯化后離心上清液的致突變高于細胞培養物的致突變強度。這表明藻類(lèi)及其可溶性代謝產(chǎn)物是Ames試驗氯化致突前體物。另有研究指出,藻類(lèi)有機物可與氯反應生成三氯甲烷。
2.4 藻類(lèi)堵塞濾池
        藻類(lèi)會(huì )在濾池(尤其是慢濾池)表面形成一層很密實(shí)的覆蓋物,阻止水的通過(guò)。藻類(lèi)釋放出來(lái)的氣體也會(huì )阻塞濾池,特別是光合作用反應產(chǎn)生的氧;藻類(lèi)堵塞濾池后,致使運行周期縮短,產(chǎn)水量下降,反沖水量增加,運行成本增加。
2.5 藻類(lèi)腐蝕管網(wǎng)、降低水質(zhì)
        藻類(lèi)以及殘留在水中的生物可同化有機物(AOC)能夠穿透濾池進(jìn)入管網(wǎng),成為微生物繁殖的基質(zhì),促進(jìn)細菌的生長(cháng),甚至可能在管網(wǎng)中生成較大的有機體,如線(xiàn)蟲(chóng)和海綿動(dòng)物等,這些動(dòng)物很難消除,嚴重時(shí)可堵塞水表、水龍頭。藻類(lèi)代謝產(chǎn)物在混凝過(guò)程中與混凝劑反應,降低處理效果,增加藥劑用量,提高生產(chǎn)成本;而生成的化合物又會(huì )導致管網(wǎng)腐蝕;細菌的再繁殖還會(huì )造成管網(wǎng)水質(zhì)悲化,如水的濁度、色度上升、細菌總數增加等,并加速了配水系統的腐蝕和結垢,使管網(wǎng)服務(wù)年限縮短。
3 二氧化氯除藻技術(shù)
3.1 二氧化氯的除藻機理
        糖類(lèi)、脂肪、蛋白質(zhì)是構成藻細胞的主要有機化學(xué)成分,在氧化劑的作用下藻細胞中的主要化學(xué)成分被老化或分解。而細胞壁在藻類(lèi)細胞結構中主要發(fā)揮保護內部原生質(zhì)免受外部侵擾的作用,構成了藻類(lèi)的第一道屏障。因其化學(xué)組成制約著(zhù)藥劑的實(shí)際作用效能,故二氧化氯對藻類(lèi)細胞的氧化破損作用較弱。
        一般情況下藻類(lèi)細胞壁是由纖維素(β-1,4-D 聚葡萄糖)、半纖維素和果膠類(lèi)物質(zhì)(多糖)構成,而某些特殊藻類(lèi)的細胞壁中為二氧化硅和碳酸鈣等無(wú)機物質(zhì),如硅藻。硅藻細胞壁中硅化作用比較突出,部分硅藻中二氧化硅約占其質(zhì)量分數的50%,這大大的增加了硅藻壁面的強度,對于抵抗外界干擾,保護細胞內含原生質(zhì)具有重要的作用[13]。在氧化劑作用下也不能將硅藻細胞徹底氧化分解,而只能透過(guò)硅藻殼面中央的殼縫滲透進(jìn)入細胞內部,對內含物產(chǎn)生作用,鏡檢過(guò)程中可以清楚地觀(guān)察到完整的舟形藻透明殼體。
二氧化氯易溶于水,其分子的電子結構雖然為不飽和狀態(tài),但其在水中卻基本不與水發(fā)生化學(xué)反應,以中性分子的形式存在。由于二氧化氯在水中以中性分子存在,因而它能夠迅速地擴散到帶有負電荷的藻細胞表面,憑借其對細胞壁良好的吸附和穿透性能,滲透到細胞內部。二氧化氯對苯環(huán)有一定的親和性,能使苯環(huán)發(fā)生變化而無(wú)嗅無(wú)味。藻類(lèi)葉綠素中的吡咯環(huán)與水環(huán)非常類(lèi)似,二氧化氯也同樣能作用于吡咯環(huán),氧化葉綠素,使得其光合作用中斷,藻類(lèi)新陳代謝終止,使得蛋白質(zhì)的合成中斷。這個(gè)反應結果對植物的損害在于原生質(zhì)脫水帶來(lái)高滲透的收縮(質(zhì)壁分離),破壞藻細胞系統,且不可逆,最終導致藻類(lèi)死亡。
3.2 二氧化氯在除藻技術(shù)中特點(diǎn)
1)用 二氧化氯消毒,其與有機物的反應為氧化反應,因此不生成鹵仿等有機物。
2)二氧化氯為型消毒劑,具有良好的殺菌效果,對病毒、藻類(lèi)和浮游生物也有良好的殺滅作用,且效果持久。
3)二氧化氯作為氧化劑,對介質(zhì)的pH要求不高。當水中的pH在3~9之間變化,二氧化氯仍能發(fā)揮出殺菌除藻效果。
4)在現有的給水處理中二氧化氯的投加量較小,而且作用速率相當快,經(jīng)張勇、陳文娟等研究結果顯示,二氧化氯預氧化的投加量選擇1.0 mg/L,就可以基本完全去除藻類(lèi)污染,并有效控制藻毒素的釋放。
5)二氧化氯的殺菌效果可以維持較長(cháng)的時(shí)間。經(jīng)試驗研究表明:0.5 ppm的二氧化氯作用時(shí)間在12 h以?xún)?,它對?2 h內對異養菌的殺滅率保持在99%以上。應用于飲用水的消毒過(guò)程中,二氧化氯能在管網(wǎng)中能夠保一定的殘留。
4 結論及展望
        二氧化氯預氧化除藻技術(shù)以其價(jià)格低廉、效率高、易與常規工藝相結合等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)引起許多國家的重視。由于投加二氧化氯除藻效果較好,而且不需在水處理工藝流程中增設處理構筑物,技術(shù)應用簡(jiǎn)便,二氧化氯氧化除藻得到了廣泛的研究。二氧化氯作為一種的氧化殺菌劑,它用于除藻的優(yōu)勢在于:對藻類(lèi)有良好的去除效果,二氧化氯在水中以中性分子形式存在,對微生物細胞壁有的吸附和穿透能力,在低濃度時(shí)更為突出,因此它比一般的氧化劑(如高錳酸鉀)更易進(jìn)入藻細胞,在較低濃度下即可取得理想的除藻效果,根據實(shí)際水廠(chǎng)應用效果表明采用0.156mg/L 的二氧化氯進(jìn)行預氧化時(shí)的除藻率即可達67%以上,并且除藻效果隨著(zhù)投加量的增加而增強。根據該水廠(chǎng)在投加二氧化氯后出廠(chǎng)水的 COD 值降低的情況也表明二氧化氯在直接殺滅藻類(lèi)的同時(shí),還能選擇性的與水中有機污染物進(jìn)行氧化反應,有效削弱有機物對絮凝過(guò)程的影響,改善架體的沉淀特性,便于藻類(lèi)更好地通過(guò)絮凝沉淀去除。同時(shí),根據研究二氧化氯氧化除藻技術(shù)對鹵代副產(chǎn)物的前驅物質(zhì)也有一定的去除效果。
        隨著(zhù)我國社會(huì )經(jīng)濟的快速發(fā)展,人民生活水平的提高,水資源短缺的矛盾日益突出,各級政府高度重視水資源的合理保護與可持續性的開(kāi)發(fā)利用,國家也加大了水污染的防治力度。水處理行業(yè)面臨巨大壓力的同時(shí)也包含著(zhù)無(wú)限的發(fā)展機遇?!笆濉币巹澖ㄗh將二氧化氯作為Ⅰ類(lèi)精細化工環(huán)保新產(chǎn)品列入國家和地方政府的高新技術(shù)規劃,增加研究的開(kāi)發(fā)和投入,予以?xún)?yōu)先發(fā)展。根據研究表明:二氧化氯不僅能夠殺菌、滅藻、除臭、降低COD、降低 BOD,還能有效的去除水中的     酚類(lèi)、氰化物、有機硫化物、仲胺等[17]。國家《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2006)明確了二氧化氯可以作為水的消毒劑,規定出廠(chǎng)水中余二氧化氯值≥0.1m g/L,但其限值為0.8 mg/, 管網(wǎng)末梢水中余量≥0.02 mg/ L。這些標準的頒布為二氧化氯在國內城市供水行業(yè)中廣泛應用奠定了基礎,也必將使得二氧化氯成為凈水處理中的主導產(chǎn)品。

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