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二氧化氯的制备及其优势

    二氧化氯性质活泼,不易贮存和运输,目前国内外饮水消毒使用二氧化氯都采用现场制备的方式,能现场制备二氧化氯的装置叫做二氧化氯发生器。通常水厂使用的二氧化氯发生器都采用化学反应的原理进行制备,根据采用原料的不同,可分为亚氯酸钠工艺和氯酸钠工艺。

    1、氯酸盐还原法:

    这是目前工业上主要采用的方法。据所用的还原剂、工艺条件和后处理的不同,该法又可分为以氯化钠为还原剂的方法和以盐酸为还原剂的方法

    (1)2NaClO3+2NaCl+2H2SO4→2ClO2+Cl2+2Na2SO4+2H2O

    该法操作简单、收率较高、但副产大量的Na2SO4回收较困难。

    (2)以盐酸为还原剂的方法

    主反应: NaClO3+2HCl→ClO2+1/2Cl2+H2O+NaCl

    副反应: NaClO3+6HCl→3Cl2+ NaCl +3H2O

    在该法中,HCl既是还原剂、又是酸化剂,生成的NaCl可用于电解制NaClO3,可降低生产成本。该法的缺点是一次投资多、收率低、Cl2含量高。

    (3)以甲醇为还原剂的方法

    主反应:30NaClO3+20H2SO4+7CH3OH→30ClO2+23H2O+10Na3H(SO4)2+6HCOOH +CO2

    副反应:6NaClO3+4H2SO4+7 CH3OH→3Cl2+11H2O+2Na3H(SO4)2+6HCOOH + CO2 

    此法采用高酸度反应介质,主反应可连续进行,转化率达99%以上。工艺操作简单易控制,生产效率高,是目前国际上较先进的生产工艺。

    在我国,目前以氯酸钠工艺为基础的二氧化氯发生器仍是市场上的主导产品之一,并在许多水厂中得以运行。其存在的主要原因是由于我国经济总体水平还处于发展中国家的水平,运行成本仍是目前水厂工艺选型的主要制约因素。以制取1kg ClO 2来计,亚氯酸钠法的成本约为30元,氯酸钠法约20元。相差近1倍。这也是氯酸钠法得以广泛使用的主要原因之一。

    2亚氯酸盐氧化法

    (1)氯气氧化法

    2NaClO2+ Cl2→2 ClO2+2NaCl

    此法一般要使用过量的Cl2和较高浓度的NaClO2,并需在酸性条件下反应才能反应完全,达到较高的转化率。

    (2)自氧化法

    5 NaClO2+4HCL→4ClO2+5NaCl+2H2O

    5 NaClO2+2H2SO4→4ClO2+2Na2SO4+NaCl+2H2O

    此法通常是在实验室及小规模生产上采用,操作安全、简单,产物中不含Cl 2。国内外普遍采用法设计出各种类型的Cl2发生器。

    (3)次氯酸盐氧化法

     2 NaClO2+ NaOCl+2HCL→2 ClO2+3NaCl+ H2O

     此法转化率高,易于工业化,但原料费用高。

    二氧化氯的优势 

    二氧化氯是一种高效的强氧化剂,而不是氯化剂,其有效氯含量为氯气263%,很低浓度的二氧化氯就能氧化许多无机物,它对微生物细胞壁有较强的吸附和穿透能力,可有效地氧化细胞内含巯基的酶,还可以快速地抑制微生物蛋白质的合成来破坏微生物,因此二氧化氯除对一般细菌有杀灭作用外,二氧化氯作为新型消毒剂,有许多方面具有优势,如:具广谱杀菌能力,消毒持久性,副产物较少,不生成三卤甲烷等副产物,还可去除水中色度、臭味、铁、锰等,已受全球关注。世界卫生组织已将其列为AI级、广谱、安全消毒剂。二氧化氯与传统的液氯消毒方法的对比如下。 

1:二氧化氯与液氯消毒方法的比较

 
消毒时间
消毒副产物
费用
效果
安全性
液氯
>30分钟
氯仿、卤乙酸、卤化腈
基建、运行费用较低
能有效灭菌,但杀毒的效果差;持久性灭菌效果好
氯气有毒,腐蚀性强,运行、管理有一定危险。
二氧化氯
10-20分钟
亚氯酸盐、氯酸盐、有机性副产物
基建和安装费用高,运行费用较低
灭菌效果较液氯好
二氧化氯不稳定,强氧化性,有毒性和腐蚀性,只能就地生产,操作管理要求高。
  
表2:二氧化氯与液氯消毒成本对比
消毒方式
运行成本(元/t)
设备投入(按50t/h饮用水计算)
二氧化氯
0.008
2万元
液氯
0.006
10万元(包括安全设施投入)


    通过表1和表2的对比表明,二氧化氯灭菌效果好于液氯,尽管二氧化氯的基建和安装费用高,但运行费用低,因此可以说二氧化氯是极好的液氯消毒的替代品。
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