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        專注衛生消毒劑生產企業(豫)衛消證字(2020)第0013號

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        恩科生物技術課堂,洞察二氧化氯技術動態

        熱搜關鍵詞: 二氧化氯溶液 消毒凈化劑 過一硫酸氫鉀復合鹽 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
        來源: | 發布日期: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;歐美等發達國家也將其廣泛應用于各領域的殺菌、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產生鹵代烷烴(THMs)等三致物質,在我國自來水凈化中得到應用。

                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行殺菌消毒,同時還可以對其核酸(RNA 或DNA)進行氧化,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)更易進入藻細胞。早在1944年,美國Niagara Falls水廠就通過采用二氧化氯預氧化技術有效控制了水中藻類繁殖及酚類污染產生的臭味。瑞士蘇梨世湖Lenng水廠和 Moos 兩湖水廠將二氧化氯和氯氣加注在進水管的進口處進行預氧化,處理以藻類等浮游生物含量高的富營養湖泊水,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%的水源水不能滿足地表水環境質量Ⅲ類標準,湖泊、水庫水富營養化程度不斷加劇,常規處理工藝出水水質很難達標。采用濾前投加二氧化氯,可以達到除藻除臭殺菌的目的,同時還能有效控制三鹵甲烷的生成。

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        1 二氧化氯性質
                 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11℃, 凝固點-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產生鹵代烷烴(THMs)等三致物質,在我國自來水凈化中得到應用。
                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。同時二氧化氯因為其具有殺菌能力,對人體及動物沒有危害以及對環境不造成二次污染等特點而備受人們的青睞。二氧化氯不僅是一種環保型殺菌消毒劑,而且還在殺菌、食品保鮮、除臭等方面表現出顯著的效果。
        優點:消毒效果好,用量少,成本較低,不產生“三致”物質。
        缺點:會產生少量副產物,但毒性低。
        2 藻類及其危害
                藻類是以浮游方式在水中生活且能進行光合作用的自養型微生物,其個體大小一般為2~200 μm,種類繁多、均含葉綠素。顯微鏡下觀察藻類為帶綠色的有規則的小個體或群體。藻類一般為光能無機營養型微生物,其細胞內含有葉綠素和其他的輔助色素,能在光照時,利用光能,吸收二氧化碳合成細胞物質,同時放出氧氣。無光照時,則通過呼吸作用取得能量,吸收氧氣同時放出二氧化碳。在藻類較多的池子中,晝間水中的溶解氧較高,甚至過飽和;而夜間溶解氧急劇下降。藻類的大量繁殖代謝會對水廠水質、工藝以及構筑物等產生影響,主要體現在以下幾個方面。
        2.1 藻類致臭
                水的臭味主要是由腐殖質等有機物、藻類、放線菌和真菌以及過量投氯引起的,根據研究表明水中致臭物質主要為土臭素、2-甲基異冰片、2,4,6-三氯茴香醚等。在藻類大量繁殖的水體中,藻類一般是主要的致臭微生物。
        2.2 藻類產生毒素
                據調查認為,世界范圍內大約有70%的蕨藻可以產生毒素。產生毒素最主要的是銅綠微囊藻、水華魚腥藻和水華束絲藻。部分研究者認為飲用有藻毒素的自來水會引起腸道疾病,動物學試驗發現藻類毒素可能有致畸、致突變的作用,對游泳者也會造成皮炎和結膜炎。流行病學研究證實,藻類產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 藻類代謝產物是消毒副產物的前體物
                近來有研究證明,加氯前 Ames 試驗呈陰性的藻類培養物在加氯后呈陽性。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。這表明藻類及其可溶性代謝產物是Ames試驗氯化致突前體物。另有研究指出,藻類有機物可與氯反應生成三氯甲烷。
        2.4 藻類堵塞濾池
                藻類會在濾池(尤其是慢濾池)表面形成一層很密實的覆蓋物,阻止水的通過。藻類釋放出來的氣體也會阻塞濾池,特別是光合作用反應產生的氧;藻類堵塞濾池后,致使運行周期縮短,產水量下降,反沖水量增加,運行成本增加。
        2.5 藻類腐蝕管網、降低水質
                藻類以及殘留在水中的生物可同化有機物(AOC)能夠穿透濾池進入管網,成為微生物繁殖的基質,促進細菌的生長,甚至可能在管網中生成較大的有機體,如線蟲和海綿動物等,這些動物很難消除,嚴重時可堵塞水表、水龍頭。藻類代謝產物在混凝過程中與混凝劑反應,降低處理效果,增加藥劑用量,提高生產成本;而生成的化合物又會導致管網腐蝕;細菌的再繁殖還會造成管網水質悲化,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,使管網服務年限縮短。
        3 二氧化氯除藻技術
        3.1 二氧化氯的除藻機理
                糖類、脂肪、蛋白質是構成藻細胞的主要有機化學成分,在氧化劑的作用下藻細胞中的主要化學成分被老化或分解。而細胞壁在藻類細胞結構中主要發揮保護內部原生質免受外部侵擾的作用,構成了藻類的第一道屏障。因其化學組成制約著藥劑的實際作用效能,故二氧化氯對藻類細胞的氧化破損作用較弱。
                一般情況下藻類細胞壁是由纖維素(β-1,4-D 聚葡萄糖)、半纖維素和果膠類物質(多糖)構成,而某些特殊藻類的細胞壁中為二氧化硅和碳酸鈣等無機物質,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,而只能透過硅藻殼面中央的殼縫滲透進入細胞內部,對內含物產生作用,鏡檢過程中可以清楚地觀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,但其在水中卻基本不與水發生化學反應,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。二氧化氯對苯環有一定的親和性,能使苯環發生變化而無嗅無味。藻類葉綠素中的吡咯環與水環非常類似,二氧化氯也同樣能作用于吡咯環,氧化葉綠素,使得其光合作用中斷,藻類新陳代謝終止,使得蛋白質的合成中斷。這個反應結果對植物的損害在于原生質脫水帶來高滲透的收縮(質壁分離),破壞藻細胞系統,且不可逆,最終導致藻類死亡。
        3.2 二氧化氯在除藻技術中特點
        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的時間。經試驗研究表明:0.5 ppm的二氧化氯作用時間在12 h以內,它對在12 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程中,二氧化氯能在管網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以其價格低廉、效率高、易與常規工藝相結合等優點,已經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,技術應用簡便,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,它用于除藻的優勢在于:對藻類有良好的去除效果,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,在低濃度時更為突出,因此它比一般的氧化劑(如高錳酸鉀)更易進入藻細胞,在較低濃度下即可取得理想的除藻效果,根據實際水廠應用效果表明采用0.156mg/L 的二氧化氯進行預氧化時的除藻率即可達67%以上,并且除藻效果隨著投加量的增加而增強。根據該水廠在投加二氧化氯后出廠水的 COD 值降低的情況也表明二氧化氯在直接殺滅藻類的同時,還能選擇性的與水中有機污染物進行氧化反應,有效削弱有機物對絮凝過程的影響,改善架體的沉淀特性,便于藻類更好地通過絮凝沉淀去除。同時,根據研究二氧化氯氧化除藻技術對鹵代副產物的前驅物質也有一定的去除效果。
                隨著我國社會經濟的快速發展,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發利用,國家也加大了水污染的防治力度。水處理行業面臨巨大壓力的同時也包含著無限的發展機遇?!笆濉币巹澖ㄗh將二氧化氯作為Ⅰ類精細化工環保新產品列入國家和地方政府的高新技術規劃,增加研究的開發和投入,予以優先發展。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、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,規定出廠水中余二氧化氯值≥0.1m g/L,但其限值為0.8 mg/, 管網末梢水中余量≥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品。

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