一、二氧化氯的性质

 

    二氧化氯是由汉费莱‐戴维先生于1811年发现的。1843年时米隆用盐酸将氯酸钾酸化获得了一种黄绿色气体，并将这一气体吸收在碱性溶液里获得了亚氯酸盐(以及氯酸盐)，而米隆没有将这种气体作为二氧化氯识别。1811年Garzaralli-Thumlackh鉴别出这种气体是二氧化氯和氯气的混合物。

    二氧化氯为黄红色气体，带有一种辛辣气味，在空气中的体积浓度超过10%时便有爆炸性，但在水溶液中则无危险性。比重为3.09克/升(11℃)，熔点-59.5℃，沸点9.9℃(压力为731mmHg时的沸点)。在20℃和30mmHg压力下，二氧化氯在水中的溶解度为2.9克/升。在水中能被光分解，与氨不起反应。对人体有刺激，当大气中二氧化氯含量为14mg/L时，就可使人觉察；45mg/L时，明显地刺激呼吸道。二氧化氯的挥发性较大，稍一曝气即从溶液中逸出。温度升高、曝光或与有机质相接触，会发生爆炸。因此，在实际应用中，二氧化氯须避光保存，一般情况下，现场制备，现场使用。

 

二、二氧化氯的作用

 

1、二氧化氯杀灭病菌和病毒的作用

 

    二氧化氯是一种广谱型的消毒剂，它对水中的病原微生物，包括病毒、细菌芽孢、配水管网中的异养菌、硫酸盐还原菌及真菌等均有很高的杀灭作用。

    二氧化氯能在pH值很宽的范围内杀灭大肠杆菌，其杀灭效果与温度T有关，是温度（1/T）的函数，这一优点弥补了因温度升高而使二氧化氯在水中溶解度降低的缺点。二氧化氯在水中的扩散速度较氯快，所以在低浓度时较氯更为有效。二氧化氯对孢子的杀灭作用比氯强，对水中的放线菌、野生菌种、孢子体等均有较好的杀灭作用。

 

2、二氧化氯的氧化作用

 

2.1 二氧化氯对锰的氧化

 

    二氧化氯能够把二价锰氧化成四价锰，使之形成不溶于水的二氧化锰(MnO₂)，即：

2ClO₂+5Mn²⁺+6H₂O=5MnO₂+12^H++2Cl^-

    通过氧化，二氧化氯对锰的去除率为69%～81%，而氯对锰的去除率仅为25%，一般二氧化氯的投加量为5.0mg/L。

 

2.2 二氧化氯对铁的氧化

 

    二氧化氯同样也能够把二价的铁氧化成三价的铁，形成氢氧化铁沉淀，即：ClO₂+5Fe(HCO₃)₂+13H₂O=5Fe(OH)₃+10CO₃^2-+Cl^-+21H⁺

    通过氧化，二氧化氯对铁的去除率为78%～95%，而氯对铁的去除率仅为50%左右，一般二氧化氯的投加量为2.0mg/L。

 

2.3 二氧化氯对硫化物的氧化

 

    二氧化氯在pH值5～9的区间内，很快将硫化物(S^2-)氧化成硫酸盐(SO₄^2-)，即：

8ClO₂+5S^2-+4H₂O=5SO₄^2-+8Cl^-+8H⁺

    当二氧化氯的投加量为3.0mg/L时，硫的去除率为81%。

 

2.4 二氧化氯对氰化物的氧化

 

    二氧化氯可以将氰化物氧化成二氧化碳和氮，即：

2ClO₂+2CN^-=2CO₂+N₂+2Cl^-

    当氰化物的浓度为3.0mg/L，二氧化氯的投加量为5.0mg/L，其氰化物的去除率一般都大于85%。

 

2.5 二氧化氯对苯酚的氧化

 

    二氧化氯对苯酚的氧化去除效果随着二氧化氯投加量的增加而提高(它对苯酚的去除率明显优于液氯)。当源水中苯酚浓度为2.0mg/L加5mg/L 二氧化氯时，苯酚的去除率一般大于85%。传统的氯消毒随着液氯投加量的增加，氯代酚的量随之增加，而投加二氧化氯时，则基本上不形成氯代酚。

 

2.6 二氧化氯对有机物的氧化

 

    二氧化氯对有机物的的氧化降解，与氯所不同的最大特点是，它不会生成有机氯代物。二氧化氯可以控制三卤甲烷(THM_S)的形成，减少总有机卤的生成。众所周知，三卤甲烷的前驱物质通常有以下3类：一类是天然大分子有机物，如腐殖酸、灰黄霉酸等；另一类是小分子有机物，如酸类化合物、苯胺、苯醌、氨基酸等多种有机物；第三类是藻类及代谢产物。

    我们知道，黄腐酸是腐殖质的主要组成物质，腐殖质里黄腐酸(FA)的含量高达90%。通过研究和试验表明，二氧化氯与黄腐酸几乎不生成氯仿，而液氯与黄腐酸反应，则会生成大量氯仿。而且，氯仿的生成量随着液氯的投加量和水中腐殖质含量的增加而增加。

 

三、应用范围（水处理中）

 

    各种供水系统的消毒、除铁、除锰、除味、脱色、灭藻

    高楼供水的二次消毒

    医院污水消毒

    市政污水消毒、脱色、除臭

    循环冷却水杀菌、灭藻、剥离粘泥

    游泳池水、景观用水消毒

    中水回用中的消毒、除臭、脱色

    含氰、含酚废水的无害化处理印染等行业污水的脱色漂白处理石油注井水的杀菌消毒、除垢

 

四、二氧化氯与其它几种消毒产品的比较（水处理中）

 

    在水处理中常用的消毒剂有液氯、臭氧、二氧化氯、氯胺和紫外线等，应用较多的是液氯、臭氧和二氧化氯。

    目前在我国液氯仍然是水处理过程中应用最多的消毒剂，这主要是由于它应用历史长，积累了丰富的运行管理数据，并且成本低、运输方便、在管网中可保持一定的持续杀菌效果的原因。但随着全球环境污染的加剧，在对一些遭受污染的水源进行处理时，氯化处理常需投加过量的氯气，研究证明这往往易生成大量的有机卤化物（如三氯甲烷）而造成水体的二次污染。对人体的健康产生潜在的危害。另外一些中小型水厂或污水处理厂采用氯气消毒，不仅占地面积大，而且由于管理不善常产生一些人身伤害事故。因此，近年来各国都在研究替代氯气进行消毒的新一代消毒剂。

    臭氧是一种优良的消毒剂，其杀菌效果好，且一般无有害副产物生成。但目前臭氧发生装置的产率通常较低，设备昂贵，安装管理复杂，运行费用高，而且臭氧在水中溶解度低，衰减速度快，为保证管网内持续的杀菌作用，必需和其它消毒方法协同进行。紫外线消毒也是近来发展的一种新型消毒方法，它是通过对水体进行紫外线辐射，将水中的有害菌杀死，同时不改变水的物理化学性质，且不产生气味和其它有害的卤代甲烷等副产物，但该方法对消毒前的原水浊度要求较高，且必须保证一定的水流厚度，当水深较大时杀菌效果急剧下降。故现在只在纯净水等小型高标准水处理中应用较广。

    二氧化氯是一种强氧化剂和高效杀菌剂，自从美国尼亚加拉水厂最早将其作为消毒剂以来，在欧洲及美国得到广泛应用，其综合指标远远好于其他消毒剂，表一对几种消毒剂的各项指标作了一个综合比较，通过对比可知，二氧化氯发生器无论在安装、使用还是维护等方面都较其他消毒产品有很高的优越性，随着水源污染的日益加重及人们对水质要求的日益提高，二氧化氯必将成为广泛应用的新一代消毒产品。     

 

    在水处理中使用二氧化氯，主要有如下优势：

    （1）消毒效果好而且具有持续消毒、杀菌作用。

    （2）消毒效果不受氨的影响。

    （3）在碱性条件下，杀菌效果不受影响。

    （4）对病毒具有强力的杀灭作用。

    （5）对换热管表面的生物膜具有剥离效果。

    （6）不会形成致癌物如卤代烃。

    （7）具有脱色、助凝、除氰、除酚、除臭等多种功能。

 

各种消毒剂的比较见下表：

 

 

项   目	液 氯	臭 氧	紫外线	二氧化氯
消毒效果	较好	很好	一般	很好
除臭去味	无作用	好	无作用	好
PH的影响	很大	小，不等	无	小
水中的溶解度	高	低	无	很高
THMs的形成	极明显	当溴存在时有	无	无
水中的停留时间	长	短	短	长
杀菌速度	中等	快	快	快
等效条件所用的剂量	较多	较少	——	少
处理水量	大	较小	小	大
使用范围	广	水量较小时	水量较小时	广
除铁、锰效果	不明显	——	不明显	很好
氨的影响	很大	无	无	无
原料	易得	——	——	易得
管理简便性	较简便	复杂	较复杂	简便
操作安全性	不安全	不安全	——	安全
自动化程度	一般	较高	较高	高
投 资	低	高	较高	低
设备安装	简便	复杂	较复杂	简便
占地面积	大	大	小	小
维护工作量	较小	大	较大	小
电耗	低	高	较高	低
运行费用	低	高	较高	低
维护费用	低	高	高	低