二氧化氯作为水处理剂的反应机理探讨_邵瑞华

1)邵瑞华,女,1976年11月出生,1995年毕业于兰州铁道学院,助理工程师,730070,甘肃省兰州市收稿日期:2003-10-28○问题探讨二氧化氯作为水处理剂的反应机理探讨邵瑞华1)董文魁2)沈骏3)许力4)(兰州大学)摘要:由于二氧化氯具有很强的反应活性和氧化能力,因此在水处理中表现出优良的消毒效果和氧化作用。详尽介绍了二氧化氯作为水处理剂的反应机理。关键词:二氧化氯;水处理剂;反应机理中图分类号:TQ124.4+3文献标识码:A文章编号:1004-6429(2004)01-29-03随着二氧化氯发生器研制技术的不断进步和二氧化氯净化技术研究的逐步深入,有力地推动了二氧化氯在水处理方面的应用。目前,二氧化氯作为消毒剂,氧化剂,杀生剂,杀藻剂,漂白剂,除味剂,清洁剂在其相关领域中正在得到普遍应用。二氧化氯作为水处理剂的反应机理如下:1ClO2的消毒机理由于ClO2在水中几乎100%以单分子型体存在,二氧化氯透过细胞膜为单纯扩散,所以pH值并不影响二氧化氯进入细胞。灭活机理原则上与一般氧化剂类消毒剂相同,也是先进入微生物体内,然后破坏微生物体内的酶和蛋白质以达到灭活微生物的目的;但二氧化氯的消毒机理也有其独特之处,二氧化氯对细胞壁有较强的吸附和穿透能力,特别是在低浓度时更突出,因此它比一般的消毒剂更易进入微生物体内,亦即同等条件下它对微生物的灭活机会增加。2ClO2的漂白机理二氧化氯的氧化电位低于纤维素的氧化电位,与附着在纤维素上的杂质和色素发生氧化反应,达到漂白的目的。二氧化氯在水溶液中的氧化电位随水溶液的PH值而变化,氧化电位只有在0.9以下才用于纤维素的漂白剂,在PH值提高时氧化电位下降,利于漂白。3ClO2的脱色机理水的色度主要是由溶解性有机物、悬浮物、悬浮胶体、铁、锰的颗粒物引起。其中光吸收和散射引起的表色较易去除,溶解性有机物引起的真色较难去除。致色有机物的特征结构是带双键和芳香环。二氧化氯可以与不饱和官能团反应,破坏碳碳双键而去除真色,并可以从一定程度上破坏苯坏结构,因而具较好的脱色能力。二氧化氯还可以迅速有效地氧化铁锰等无机成色离子,使它们成为不溶的化合物氢氧化铁和二氧化锰,再通过沉淀过滤去除,从而使水脱色。反应如下:ClO2+5Fe(CHO3)2+13H2O=5Fe(OH)3+10CO2-3+Cl-+21H+ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2(S)+12H+2HCl-在一定条件下,二氧化氯可与DPD(N,N-二乙基对苯二胺),甲酚红(邻甲酚磺酞),氯酚红(二氯磺酞),酸性靛蓝(5,5-靛蓝二磺酸盐或靛蓝三磺盐),丽丝胺绿B(芳甲烷染料),罗丹明B(四乙基罗丹明)和亚甲蓝等显色剂发生脱色反应。酸性靛蓝在PH<4时,可以与氧化剂二氧化氯发生断键反应,而生成稳定化合物靛红C8H5NO2。二氧化氯除与酸性靛蓝等染料发生反应外,还与许多直接染料和活性染料反应,而使染料褪色。利用二氧化氯的这一性质,可将二氧化氯用于处理印染废水。4ClO2的除臭机理根据有关研究资料,天然水体臭味主要有草腥臭、鱼腥臭、土臭、霉臭、油臭、金属臭等几大类。致臭物来源可分为三大类:一是藻类等水生植物排出的代谢产物以及衰亡过程中产生的各类致臭物,主要是蓝藻中的胶网藻、颤藻、项圈藻和硅藻中的针杆硅藻;二是放线菌、真菌等产生的霉臭、腐败臭类物质;三是排入水体的工业化学污染物和溶解的矿物盐等。4.1二氧化氯去除酚臭的机理酚类化合物与二氧化氯的氧化反应产生对苯醌,当环断裂时,产生羟酸,如草酸和马来酸或富马酸。基于二氧化氯与苯酚反应的单电子转移理论,采用二氧化氯解决酚化合物产生的水体异臭的主要原因有三个方面:二氧化氯完全氧化破坏酚类污染物,不生成异臭不可闻的氯代酚;二氧化氯能破坏预氯化产生的任何一种氯酚;适当提高原水的PH值还会提高二氧化氯的除酚效率。ClO2与苯酚反应历程如下:OHK0O-+H+苯酚酚盐阴离子O+ClO2K1速率决定步骤O+ClO-2苯氧自由基·29·山西科技SHANXISCIENCEANDTECHNOLOGY2004年第1期1月5日出版O-+ClO2K2快OHClO-OOO+HOCl与苯酚相反,对苯二酚(氢醌)的氧化作用不产生次氯酸,其氧化产物是对苯醌和Cl-,OHOHK0O-OH+H+O-OH+ClO2K1速率决定步骤O-OH+ClO-2OOH很快OO-+H+OO-+ClO2很快OO+ClO-2有对位取代基的一元酚,如:对甲酚苯酚CH3C6H4OH,3,4-二甲基酚(CH3)2H6H3OH,邻位或间位有取代羟基的二元(或三元)酚有:间苯酚和邻苯二酚C6H4(OH)2及连苯三酚C6H3(OH)3。它们与二氧化氯反应时经过开环,并被氧化成有机酸———草酸,马来酸和富马酸。如:OHCH3OHOHClO2HOOC—COOH草酸HO