二氧化氯在污废水处理的应用

摘要：二氧化氯（ClO2）的氧化性质较为特殊，因此可以将二氧化氯应用在污废水处理中，进而提高污废水的处理质量。如将二氧化氯应用在城市、化工厂、药厂、石油厂、印染厂等地方，可以使污废水得到有效的处理。基于此，对二氧化氯在污废水处理中的应用进行研究，并介绍ClO2的优势，了解其在污废水处理中的应用前景。

关键词：二氧化氯；污废水处理；处理应用

1二氧化氯及二氧化氯发生器概述

1.1二氧化氯的性质及制备与性能。二氧化氯的化学式为ClO2，其在常温常压下为辛辣气味的气体，颜色为淡黄色，可以溶解于水，溶解度为107.9g/L。但二氧化氯的气体性质极其不稳定，其在空气中的浓度如＞10％便会出现爆炸的危险，如温度过高还会出现加速分解的现象，温度达到45~50℃时的分解现象极为剧烈，因此在存储及运输的过程中需要尤为注意，尽量避免上述事件的发生。二氧化氯在实际应用过程中需要进行现场制备，使其能够合成ClO2-与ClO3-，以此进行实际应用，同时需要将二氧化氯的溶液浓度控制在10g/L以下，以免发生爆炸，存放也需要选择阴凉地带，避免其出现剧烈分解现象。在调查研究中表明，二氧化氯基如应用碳酸钠、硼酸钠及过氧化物，并将其融入水中，可以制成稳定的二氧化氯溶液，且此类溶液不存在爆炸或高速分解的情况，可以进行运输与储存。二氧化氯的溶液浓度需要在制备时控制在2％~5%，避免浓度过高而出现危害，提高其杀菌的性能。二氧化氯的优势较多，其不仅作用快，且较氯气的用量更少，可以与水中的Mn2+、酚类发生反应，去除污废水中的各类杂质，降低污废水的颜色，在我国生态环境保护中发挥着重要的作用。1.2二氧化氯发生器。二氧化氯发生器对于其制备有着尤为最重要的作用，当前常见的制备方式为化学法与电解法。（1）电解法：电解法二氧化氯发生器需要应用到食用盐水，虽然生产成本不高，但制备而成的二氧化氯纯度低，且相关设备较为容易损坏，如更换零件将会出现大量的额外消耗，整体养护困难。不仅如此，电解法只能在小范围内应用，无法大量生产，现已基本停止使用。（2）化学法：化学法需要在制备的过程中加入特定还原剂，由化学法二氧化氯发生器制备出的溶液较为纯净，且可以将氯酸盐还原成二氧化氯气，在经过调整后可以自由控制其浓度。化学法在实际应用中操作较为简单，相关设备的占地面积较小，无须过多的投入，整体运行安全可高，节省制备中的耗电量。同时，该二氧化氯发生器维护简单，已被广泛应用在污废水处理中。1.3二氧化氯设备技术参数及特点化学法二氧化氯发生器由多个参数组成，其在实际应用中需要按照特定比例将各类原料输入到反应器中，以在温度固定的环境下进行反应，反应后产出的制备物以二氧化氯为主，而氯气则作为消毒气体进行辅助，随后可以将其通入应用水体中，实现现场发生参数制备，系统的特点如表1所示。

2二氧化氯的氧化原理

2.1二氧化氯的基本性质。二氧化氯为有顺磁性奇电分子，其可以融入水中，且通过观察后发现其存在明显的二聚倾向，投入水中可以迅速扩散。二氧化氯的价层电子总数为19，由于未成对电子的存在，以在两个氧原子与氯之间互相靠近，如存在多个未成对的价电子，可以使二氧化氯变为游离基，吸引相同电子使其活跃，这样的表现决定了二氧化氯的性质，但在此过程中需要制定衡量相对强弱的定量指标。2.2二氧化氯的化学反应。二氧化氯极不稳定，其在空气中的浓度大于10％便会爆炸，出现此类现象的根本原因在于二氧化氯的沸点仅为11℃，在光或热的作用下，凝固点为-59℃。其在接触空气后可以产生更大的活性，如O•ClO和ClO3都属于活泼氢，可以将此作为氧化的诱发，SO3H、-NO2基团生成中间体，但中间体容易发生开环裂解，且会存在碳硫键及碳氧双键，最终分解为无机物。根据调查研究发现，二氧化氯在水中的氧化以氧化反应为主，并且在反应的过程中不会出现任何副作用产物，且不存在致癌或有毒有害物质，常见的化合物如多环芳香烃、醇等碳水化合物。2.3二氧化氯的实际作用。二氧化氯可以迅速通过沉淀过滤去除多余物质，从而使水脱色。二氧化氯还可以消灭水中的有毒有害物质，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，将二氧化氯合成后可以杀死细菌，对藻类有着更大的作用。二氧化氯如遇温度较高的污废水，则会提高其杀菌的性能，特别适用于工业及城市污废水处理。

3.1二氧化氯处理含酚废水

二氧化氯可以去除酚类物质，且不会生成氯化产物，防止异味的出现。含酚废水主要来源于化工企业生产加工，如煤气厂、焦化厂的污废水含酚质量浓度最高可达2500~3000mg/L，如将二氧化氯溶液加入其中可以有效防止含酚废水的裂变，且会降低污废水中的含酚浓度，整体脱酚率可达90%以上，无须稀释即可达到我国规定的污废水排放标准，且可以促进煤气厂、焦化厂的可持续发展。二氧化氯在煤气废水中的有效应用，可以反映出投量与COD的比例关系，反应过程中二氧化氯的消耗在30min后，将水中的酚类物质去除97％，且基本没有氯代有机物生成。3.2二氧化氯处理含氰废水氰化物含有剧毒，如出现在处理后的水中会降低水质，且游离态的氰化物危害更大。二氧化氯可以大量清除水中的氰化物，且在实际应用中可以避免出现二次污染，整体操作方便，避免安全问题的出现。二氧化氯处理矿山含氰废水，在11.5的pH可以提高其反应时间，整体反应效率为30min，在二氧化氯CN－≥3条件下，氰化物的去除率可以达到99%以上，在整个pH范围内，可以通过二氧化氯清除99%左右的氰自由离子，在平均浓度为650mg/L的高浓度含氰废水中，如pH大于10时，则去除率为95％左右。

4二氧化氯在污废水处理中的应用

4.1在城市污水处理中的应用。将二氧化氯应用在城市生活污水处理中可以提高质量，通常情况下城市的污水中含有细菌，且细菌在滋生后会产生病原菌，如常见的大肠杆菌，城市生活污废水每1000mL可达10万~100万个，粪便球菌最高可达100000个/L，此外的各类病菌更是数不胜数。水会传播各类肠道传染疾病，且未经消毒的废水可能会出现严重的卫生安全问题，因此在处理中需要着重考虑其稳定性。消毒剂可以起到杀菌的作用，且在水中有着较高的稳定性，但在实际应用需要在应用中对其进行控制，当前常用的消毒剂如二氧化氯、氯氨等，而二氧化氯溶液则是其中最为稳定的消毒剂，通过对比得出该消毒剂的稳定性、安全性、消毒性较高，将其应用在城市污水处理中可以提高污水处理的杀菌能力，在高pH的含氨系统中，可以起到杀灭细菌的作用。如某市的污水处理系统每日处理污水为13.8×104m3/d，在实际应用中选择了20kg/h的二氧化氯发生器3台，设计加氯量为10mg/L，采用盐酸和氯酸钠现场制作，接触时间为30min，经过ClO2消毒后，菌群数可以控制在900个/L以下，符合我国的A级排放标准，且整体操作较为简单。4.2在采油废水处理中的应用。油田污废水中的微生物污染较为严重，如不及时处理将会导致产油量下降，因此可以利用二氧化氯溶液进行处理，将Fe2+、FeS等还原，实际应用中不仅提高了油田的产量，且提高了污废水的处理质量，使其能够达到我国规定的要求。采油废水经处理可以有效减少环境污染，为我国生态环境建设做好铺垫，因此为了减少腐蚀，需要避免使用细菌制剂，以免细菌产生抗药性而增加治理成本。在此过程中可以应用二氧化氯溶液选择性氧化的特性，进而提高杀菌效果，而且二氧化氯不受细菌耐药程度影响，对微生物诱导腐蚀（MIC）有独特的作用。同时，二氧化氯还可破坏胶体的稳定性，使达到去除悬浮物、降低浊度的目的，防止铁离子等悬浮物堵塞和破坏地层。4.3在医院污水处理中的应用。医院污水中存在细菌、病毒、寄生虫等物质，如处理不当将会对环境造成污染。我国制定医院污水排放标准较高，要求其在排放前进行消毒，但长期利用消毒剂使得各类细菌出现了抗药性，影响医院污废水排放的消毒效果。因此，医院污废水处理可以应用二氧化氯溶液，在研究中发现，如原水中细菌总数为1.62×105个/mL，在接触二氧化氯溶液60min后，可以彻底去除水中的寄生虫卵、病毒、细菌等物质，如细菌群为94000个/L、pH=7.6时，二氧化氯溶液在接触60min后，可以达到我国对医院污废水处理的要求，且对CODcr和BOD5也有着去除的效果。4.4在印染废水处理中的应用。印染废水排放量大、水质复杂、碱性大，含有大量带发色基团的染料有机物和印染助剂，并带有显色基团和极性基团化合物，利用二氧化氯来处理印染废水已得到一定的进展，从当前情况来看有着广阔的推广应用前景。二氧化氯溶液强氧化性的研究越来越多，应用也愈发普及，其氧化能力与有机物相关性较大。利用二氧化氯溶液对活性艳红X-3B和活性艳红K-2BP两种模拟印染废水进行脱色，脱色率均超过90%，脱色率最适pH为7~10，在偶氮和碱性进行脱色处理，二氧化氯溶液有较好的处理效果，1h后脱色率均达到95%以上，但由于印染废水多为碱性，需要先调节pH，以免出现脱色效果较差的现象。同时，氧化法需要与混凝、气浮、生化法等组合使用，在碱性条件下达到较好的脱色效果，可以在实际应用中先加入浓度100mg/L的PAC，然后加入60mg/L的二氧化氯溶液，静置60min后，实现对印染污水的脱色，结果表明，氧化脱色效果明显，脱色率可达85%以上。4.5在VC生产废水处理中的应用某地区的VC生产企业，生产力为8000t/a，日排废水量为7000t，最高浓度达1.0×105mg/L，在实际废水处理中的工艺流程从废水入手，随后将废水输送至水池，将水池内的废水进行中和，然后进行好氧氧化处理，将处理后的废水输送至一沉池，由一沉池进行氧化沟，最后在二沉池处理后进行排放。但通过调查研究显示，该地区的VC生产废水处理尽在5个月份中达到了我国规定的标准均，即COD为250mg/L，其余月份不达标。针对这种情况需要在二氧化氯溶液应用的过程汇总进行全面分析，发现废水中甲醇含量为1.0×103mg/L左右，由此可以推断污水在处理过程中温度不能恒定，使得废水不能达标排放。基于此，需要合理应用二氧化氯溶液，改进废水处理流程，使COD的排放达到要求，调查发现二氧化氯溶液的应用将COD浓度降至200mg/L左右，解决了现有废水黑臭的现象，具体处理流程为收集废水，将废水输送至集水池，由集水池将废水与二氧化氯溶液进行中和，随后进行混凝沉淀，最后输送至二沉池进行外排。4.6在煤气废水处理中的应用煤气化工厂的废水含酚，在排放之前必须加以处理。在实际处理中可以应用二氧化氯溶液进行废水沉淀，将COD浓度降低至342mg/L，在此过程中需要控制二氧化氯溶液的浓度为10~15mg/L，在二氧化氯溶液反应40min之后，将煤气废水中含有的酚类物质基本去除，部分的酚类物质均被氧化，如存在为氧化的酚，可以继续提高二氧化氯溶液的浓度，以将煤气废水处理，提高煤气厂废水处理的效果。4.7二氧化氯处理垃圾渗滤液。垃圾渗滤液属高浓度难降解有机废水，水中存在难降解有机物，二氧化氯作为一种强氧化剂和消毒剂，可以兼顾生物毒性的消毒，在垃圾渗滤液处理中有着广阔的应用前景。利用二氧化氯溶液处理COD浓度约450mg/L的垃圾填埋渗滤液，反应时间在50min后，可以加入约25mg/L的二氧化氯，杀灭水样中的细菌。

5投加二氧化氯对设备腐蚀情况研究

在某污水站针对不同投药量，采用静态挂片法，进行了腐蚀率测定，结果见表2。从表2可以看出，测得静态腐蚀率为0.040~0.060mm/a，可以采用ClO2杀菌，不免对系统的腐蚀率造成影响，具体如表2所示。6二氧化氯氧化法的改进二氧化氯溶液强氧化性的研究越来越多，应用也愈发普及，其氧化能力与有机物相关性较大。因此，可以在二氧化氯溶液中加入Al2O3催化剂，利用ClO2降解苯酚废水实验，苯酚降解率为91.66%时，则用量要加大一倍。同时，在改进过程中可以加入催化剂的体系，在二氧化氯投加量100mg/L，使其能够其适应pH范围，达到pH为3~5。在色度550，pH6~7的染织厂废水进行二氧化氯催化氧化处理，应对原水CODcr进行设定，设定值为3000mg/L，pH扩大为3~9，CODcr的去除率仅达到35%和43%；加入催化剂后进行氧化处理，CODcr和色度的去除率显著提高，常温反应45min后，催化剂用量1g/L，去除率分别高达96%和93%，由此可以看出，对二氧化氯溶剂进行改进可以提高各类废水的处理效果，将其有效应用可以提高我国的环境质量。

7结束语

二氧化氯在污废水处理中的应用尤为重要，其在油田废水处理、城市废水处理、医院废水处理、印染废水处理等方面均发挥着作用。二氧化氯为有顺磁性奇电分子，其可以融入水中，且通过观察后发现其存在明显的二聚倾向，投入水中可以迅速扩散。应在此基础上加大对该技术应用的改进，并不断提高设备的安全性，使该基础发挥实际作用。

参考文献

[1]沈峰.二氧化氯在医院污水处理中的应用浅析[J].环球市场，2018（35）：389.

[2]彭弘.二氧化氯在污废水处理中的应用[J].中国市政工程，2011（5）：26-27.

作者:刘明玮 单位:江苏开放大学