二氧化氯在污廢水處理的應用

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摘要：二氧化氯（ClO2）的氧化性質較為特殊，因此可以將二氧化氯應用在污廢水處理中，進而提高污廢水的處理質量。如將二氧化氯應用在城市、化工廠、藥廠、石油廠、印染廠等地方，可以使污廢水得到有效的處理。基于此，對二氧化氯在污廢水處理中的應用進行研究，并介紹ClO2的優勢，了解其在污廢水處理中的應用前景。

關鍵詞：二氧化氯；污廢水處理；處理應用

1二氧化氯及二氧化氯發生器概述

1.1二氧化氯的性質及制備與性能。二氧化氯的化學式為ClO2，其在常溫常壓下為辛辣氣味的氣體，顏色為淡黃色，可以溶解于水，溶解度為107.9g/L。但二氧化氯的氣體性質極其不穩定，其在空氣中的濃度如＞10％便會出現爆炸的危險，如溫度過高還會出現加速分解的現象，溫度達到45~50℃時的分解現象極為劇烈，因此在存儲及運輸的過程中需要尤為注意，盡量避免上述事件的發生。二氧化氯在實際應用過程中需要進行現場制備，使其能夠合成ClO2-與ClO3-，以此進行實際應用，同時需要將二氧化氯的溶液濃度控制在10g/L以下，以免發生爆炸，存放也需要選擇陰涼地帶，避免其出現劇烈分解現象。在調查研究中表明，二氧化氯基如應用碳酸鈉、硼酸鈉及過氧化物，并將其融入水中，可以制成穩定的二氧化氯溶液，且此類溶液不存在爆炸或高速分解的情況，可以進行運輸與儲存。二氧化氯的溶液濃度需要在制備時控制在2％~5%，避免濃度過高而出現危害，提高其殺菌的性能。二氧化氯的優勢較多，其不僅作用快，且較氯氣的用量更少，可以與水中的Mn2+、酚類發生反應，去除污廢水中的各類雜質，降低污廢水的顏色，在我國生態環境保護中發揮著重要的作用。1.2二氧化氯發生器。二氧化氯發生器對于其制備有著尤為最重要的作用，當前常見的制備方式為化學法與電解法。（1）電解法：電解法二氧化氯發生器需要應用到食用鹽水，雖然生產成本不高，但制備而成的二氧化氯純度低，且相關設備較為容易損壞，如更換零件將會出現大量的額外消耗，整體養護困難。不僅如此，電解法只能在小范圍內應用，無法大量生產，現已基本停止使用。（2）化學法：化學法需要在制備的過程中加入特定還原劑，由化學法二氧化氯發生器制備出的溶液較為純凈，且可以將氯酸鹽還原成二氧化氯氣，在經過調整后可以自由控制其濃度。化學法在實際應用中操作較為簡單，相關設備的占地面積較小，無須過多的投入，整體運行安全可高，節省制備中的耗電量。同時，該二氧化氯發生器維護簡單，已被廣泛應用在污廢水處理中。1.3二氧化氯設備技術參數及特點化學法二氧化氯發生器由多個參數組成，其在實際應用中需要按照特定比例將各類原料輸入到反應器中，以在溫度固定的環境下進行反應，反應后產出的制備物以二氧化氯為主，而氯氣則作為消毒氣體進行輔助，隨后可以將其通入應用水體中，實現現場發生參數制備，系統的特點如表1所示。

2二氧化氯的氧化原理

2.1二氧化氯的基本性質。二氧化氯為有順磁性奇電分子，其可以融入水中，且通過觀察后發現其存在明顯的二聚傾向，投入水中可以迅速擴散。二氧化氯的價層電子總數為19，由于未成對電子的存在，以在兩個氧原子與氯之間互相靠近，如存在多個未成對的價電子，可以使二氧化氯變為游離基，吸引相同電子使其活躍，這樣的表現決定了二氧化氯的性質，但在此過程中需要制定衡量相對強弱的定量指標。2.2二氧化氯的化學反應。二氧化氯極不穩定，其在空氣中的濃度大于10％便會爆炸，出現此類現象的根本原因在于二氧化氯的沸點僅為11℃，在光或熱的作用下，凝固點為-59℃。其在接觸空氣后可以產生更大的活性，如O•ClO和ClO3都屬于活潑氫，可以將此作為氧化的誘發，SO3H、-NO2基團生成中間體，但中間體容易發生開環裂解，且會存在碳硫鍵及碳氧雙鍵，最終分解為無機物。根據調查研究發現，二氧化氯在水中的氧化以氧化反應為主，并且在反應的過程中不會出現任何副作用產物，且不存在致癌或有毒有害物質，常見的化合物如多環芳香烴、醇等碳水化合物。2.3二氧化氯的實際作用。二氧化氯可以迅速通過沉淀過濾去除多余物質，從而使水脫色。二氧化氯還可以消滅水中的有毒有害物質，其原意在于二氧化氯的穿透力及吸附能力，可以抑制微生物的生成，將二氧化氯合成后可以殺死細菌，對藻類有著更大的作用。二氧化氯如遇溫度較高的污廢水，則會提高其殺菌的性能，特別適用于工業及城市污廢水處理。

3.1二氧化氯處理含酚廢水

二氧化氯可以去除酚類物質，且不會生成氯化產物，防止異味的出現。含酚廢水主要來源于化工企業生產加工，如煤氣廠、焦化廠的污廢水含酚質量濃度最高可達2500~3000mg/L，如將二氧化氯溶液加入其中可以有效防止含酚廢水的裂變，且會降低污廢水中的含酚濃度，整體脫酚率可達90%以上，無須稀釋即可達到我國規定的污廢水排放標準，且可以促進煤氣廠、焦化廠的可持續發展。二氧化氯在煤氣廢水中的有效應用，可以反映出投量與COD的比例關系，反應過程中二氧化氯的消耗在30min后，將水中的酚類物質去除97％，且基本沒有氯代有機物生成。3.2二氧化氯處理含氰廢水氰化物含有劇毒，如出現在處理后的水中會降低水質，且游離態的氰化物危害更大。二氧化氯可以大量清除水中的氰化物，且在實際應用中可以避免出現二次污染，整體操作方便，避免安全問題的出現。二氧化氯處理礦山含氰廢水，在11.5的pH可以提高其反應時間，整體反應效率為30min，在二氧化氯CN－≥3條件下，氰化物的去除率可以達到99%以上，在整個pH范圍內，可以通過二氧化氯清除99%左右的氰自由離子，在平均濃度為650mg/L的高濃度含氰廢水中，如pH大于10時，則去除率為95％左右。

4二氧化氯在污廢水處理中的應用

4.1在城市污水處理中的應用。將二氧化氯應用在城市生活污水處理中可以提高質量，通常情況下城市的污水中含有細菌，且細菌在滋生后會產生病原菌，如常見的大腸桿菌，城市生活污廢水每1000mL可達10萬~100萬個，糞便球菌最高可達100000個/L，此外的各類病菌更是數不勝數。水會傳播各類腸道傳染疾病，且未經消毒的廢水可能會出現嚴重的衛生安全問題，因此在處理中需要著重考慮其穩定性。消毒劑可以起到殺菌的作用，且在水中有著較高的穩定性，但在實際應用需要在應用中對其進行控制，當前常用的消毒劑如二氧化氯、氯氨等，而二氧化氯溶液則是其中最為穩定的消毒劑，通過對比得出該消毒劑的穩定性、安全性、消毒性較高，將其應用在城市污水處理中可以提高污水處理的殺菌能力，在高pH的含氨系統中，可以起到殺滅細菌的作用。如某市的污水處理系統每日處理污水為13.8×104m3/d，在實際應用中選擇了20kg/h的二氧化氯發生器3臺，設計加氯量為10mg/L，采用鹽酸和氯酸鈉現場制作，接觸時間為30min，經過ClO2消毒后，菌群數可以控制在900個/L以下，符合我國的A級排放標準，且整體操作較為簡單。4.2在采油廢水處理中的應用。油田污廢水中的微生物污染較為嚴重，如不及時處理將會導致產油量下降，因此可以利用二氧化氯溶液進行處理，將Fe2+、FeS等還原，實際應用中不僅提高了油田的產量，且提高了污廢水的處理質量，使其能夠達到我國規定的要求。采油廢水經處理可以有效減少環境污染，為我國生態環境建設做好鋪墊，因此為了減少腐蝕，需要避免使用細菌制劑，以免細菌產生抗藥性而增加治理成本。在此過程中可以應用二氧化氯溶液選擇性氧化的特性，進而提高殺菌效果，而且二氧化氯不受細菌耐藥程度影響，對微生物誘導腐蝕（MIC）有獨特的作用。同時，二氧化氯還可破壞膠體的穩定性，使達到去除懸浮物、降低濁度的目的，防止鐵離子等懸浮物堵塞和破壞地層。4.3在醫院污水處理中的應用。醫院污水中存在細菌、病毒、寄生蟲等物質，如處理不當將會對環境造成污染。我國制定醫院污水排放標準較高，要求其在排放前進行消毒，但長期利用消毒劑使得各類細菌出現了抗藥性，影響醫院污廢水排放的消毒效果。因此，醫院污廢水處理可以應用二氧化氯溶液，在研究中發現，如原水中細菌總數為1.62×105個/mL，在接觸二氧化氯溶液60min后，可以徹底去除水中的寄生蟲卵、病毒、細菌等物質，如細菌群為94000個/L、pH=7.6時，二氧化氯溶液在接觸60min后，可以達到我國對醫院污廢水處理的要求，且對CODcr和BOD5也有著去除的效果。4.4在印染廢水處理中的應用。印染廢水排放量大、水質復雜、堿性大，含有大量帶發色基團的染料有機物和印染助劑，并帶有顯色基團和極性基團化合物，利用二氧化氯來處理印染廢水已得到一定的進展，從當前情況來看有著廣闊的推廣應用前景。二氧化氯溶液強氧化性的研究越來越多，應用也愈發普及，其氧化能力與有機物相關性較大。利用二氧化氯溶液對活性艷紅X-3B和活性艷紅K-2BP兩種模擬印染廢水進行脫色，脫色率均超過90%，脫色率最適pH為7~10，在偶氮和堿性進行脫色處理，二氧化氯溶液有較好的處理效果，1h后脫色率均達到95%以上，但由于印染廢水多為堿性，需要先調節pH，以免出現脫色效果較差的現象。同時，氧化法需要與混凝、氣浮、生化法等組合使用，在堿性條件下達到較好的脫色效果，可以在實際應用中先加入濃度100mg/L的PAC，然后加入60mg/L的二氧化氯溶液，靜置60min后，實現對印染污水的脫色，結果表明，氧化脫色效果明顯，脫色率可達85%以上。4.5在VC生產廢水處理中的應用某地區的VC生產企業，生產力為8000t/a，日排廢水量為7000t，最高濃度達1.0×105mg/L，在實際廢水處理中的工藝流程從廢水入手，隨后將廢水輸送至水池，將水池內的廢水進行中和，然后進行好氧氧化處理，將處理后的廢水輸送至一沉池，由一沉池進行氧化溝，最后在二沉池處理后進行排放。但通過調查研究顯示，該地區的VC生產廢水處理盡在5個月份中達到了我國規定的標準均，即COD為250mg/L，其余月份不達標。針對這種情況需要在二氧化氯溶液應用的過程匯總進行全面分析，發現廢水中甲醇含量為1.0×103mg/L左右，由此可以推斷污水在處理過程中溫度不能恒定，使得廢水不能達標排放。基于此，需要合理應用二氧化氯溶液，改進廢水處理流程，使COD的排放達到要求，調查發現二氧化氯溶液的應用將COD濃度降至200mg/L左右，解決了現有廢水黑臭的現象，具體處理流程為收集廢水，將廢水輸送至集水池，由集水池將廢水與二氧化氯溶液進行中和，隨后進行混凝沉淀，最后輸送至二沉池進行外排。4.6在煤氣廢水處理中的應用煤氣化工廠的廢水含酚，在排放之前必須加以處理。在實際處理中可以應用二氧化氯溶液進行廢水沉淀，將COD濃度降低至342mg/L，在此過程中需要控制二氧化氯溶液的濃度為10~15mg/L，在二氧化氯溶液反應40min之后，將煤氣廢水中含有的酚類物質基本去除，部分的酚類物質均被氧化，如存在為氧化的酚，可以繼續提高二氧化氯溶液的濃度，以將煤氣廢水處理，提高煤氣廠廢水處理的效果。4.7二氧化氯處理垃圾滲濾液。垃圾滲濾液屬高濃度難降解有機廢水，水中存在難降解有機物，二氧化氯作為一種強氧化劑和消毒劑，可以兼顧生物毒性的消毒，在垃圾滲濾液處理中有著廣闊的應用前景。利用二氧化氯溶液處理COD濃度約450mg/L的垃圾填埋滲濾液，反應時間在50min后，可以加入約25mg/L的二氧化氯，殺滅水樣中的細菌。

5投加二氧化氯對設備腐蝕情況研究

在某污水站針對不同投藥量，采用靜態掛片法，進行了腐蝕率測定，結果見表2。從表2可以看出，測得靜態腐蝕率為0.040~0.060mm/a，可以采用ClO2殺菌，不免對系統的腐蝕率造成影響，具體如表2所示。6二氧化氯氧化法的改進二氧化氯溶液強氧化性的研究越來越多，應用也愈發普及，其氧化能力與有機物相關性較大。因此，可以在二氧化氯溶液中加入Al2O3催化劑，利用ClO2降解苯酚廢水實驗，苯酚降解率為91.66%時，則用量要加大一倍。同時，在改進過程中可以加入催化劑的體系，在二氧化氯投加量100mg/L，使其能夠其適應pH范圍，達到pH為3~5。在色度550，pH6~7的染織廠廢水進行二氧化氯催化氧化處理，應對原水CODcr進行設定，設定值為3000mg/L，pH擴大為3~9，CODcr的去除率僅達到35%和43%；加入催化劑后進行氧化處理，CODcr和色度的去除率顯著提高，常溫反應45min后，催化劑用量1g/L，去除率分別高達96%和93%，由此可以看出，對二氧化氯溶劑進行改進可以提高各類廢水的處理效果，將其有效應用可以提高我國的環境質量。

7結束語

二氧化氯在污廢水處理中的應用尤為重要，其在油田廢水處理、城市廢水處理、醫院廢水處理、印染廢水處理等方面均發揮著作用。二氧化氯為有順磁性奇電分子，其可以融入水中，且通過觀察后發現其存在明顯的二聚傾向，投入水中可以迅速擴散。應在此基礎上加大對該技術應用的改進，并不斷提高設備的安全性，使該基礎發揮實際作用。

參考文獻

[1]沈峰.二氧化氯在醫院污水處理中的應用淺析[J].環球市場，2018（35）：389.

[2]彭弘.二氧化氯在污廢水處理中的應用[J].中國市政工程，2011（5）：26-27.

作者:劉明瑋 單位:江蘇開放大學