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二氧化氯消毒液的制备工艺

二氧化氯消毒液的制备工艺

一、概况: 

    二氧化氯灭菌消毒剂经美国食品药物管理局(FDA)和美国环境保护(EPA)的长期科学试验和反复论证,考验了ClO2对饮用水的处理效果后,被确认为是医疗卫生、食品加工中的消毒灭菌、食品(肉类、水产品、果蔬)的防腐、保鲜、环?#22330;?#39278;水和工业循环及污水处理等方面?#26412;?#28165;毒、除臭的理想药剂,是国际上公认的氯系消毒剂理想的更新换代产品。

    二氧化氯作为一个强氧化剂,它还具有除藻、剥泥、防腐、抗霉、保鲜、除臭、氯化及漂白等多方面的功能,用途十分广泛。

    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。               

    二氧化氯发生器,其发生方法有化学法和电解法两大类。电解法二氧化氯发生器的缺点在于耗电大,运行费用高,产生的二氧化氯含量低,?#25910;下?#39640;等,因此已逐渐被市场淘汰。目前市场上主要是化学法二氧化氯发生器,按其生产工艺不同分为复合型二氧化氯发生器和高纯型二氧化氯发生器。复合型二氧化氯发生器,运行成本较低,适合大规模给排水?#20302;?#20351;用,例如:自来水厂、污水处理厂、医院污水及工业循环水处理等。纯二氧化氯发生器、稳定性二氧化氯水溶液,适用于生产工艺对二氧化氯溶液的纯度要求较高,且用量不大,经济效益较高的场合使用,如?#21512;?#32500;的漂白;矿泉水、啤酒厂、饮料厂、食品厂的消毒处理等。复合型,以氯酸钠和盐酸为原料,采用负压多级反应工艺,生产以二氧化氯为主,氯气为辅的复合消毒液,由供料?#20302;场?#21453;应?#20302;场?#25511;制?#20302;场?#21560;收?#20302;场?#21453;应液自动处理?#20302;场?#23433;全?#20302;?#32452;成。

二、灭菌性能:

   二氧化氯一种高效消毒灭菌剂,它可以杀灭微生物,包括细菌繁殖体,细菌芽孢,真菌,分枝?#21496;?#21644;病毒等。二氧化氯对微生物细胞壁有较强的吸附穿透能力,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。

1、 高效、强力。 在常用消毒剂中,相同时间内达到同样的?#26412;?#25928;果所需的ClO2浓度是较低的。对杀灭异养菌所需的ClO2浓度仅为Cl2的1/2。ClO2对地表水中大肠?#21496;?#26432;灭效果比Cl2高5倍以上。二氧化氯对孢子的杀灭作用比氯强。

2、 快速、持久。 二氧化氯溶于水后,基本不与水发生化学反应,也不以二聚或多聚状态存在。它在水中的扩散速度与渗透能力都比氯快,特别在低浓度时更突出。当细菌浓度在105~106个/mL?#20445;?.5ppm的ClO2作用5分钟后即可杀灭99%以上的异养菌;而0.5ppm的Cl2的?#26412;首?#39640;只能达到75%,试验表明,0.5ppm的ClO2在12小时内对异养菌的杀灭率保持在99%以上,作用时间长达24小时?#26412;?#29575;才下降为86.3%。

3、 广谱、灭菌。 ClO2是一种广?#20180;?#28040;毒剂,对经水体传播的病原微生物均有很好的杀灭效果。二氧化氯除对一般细菌有杀死作用外,对芽孢、病毒、异养菌、铁细菌、硫酸?#20301;?#21407;和真菌?#26579;?#26377;很好的杀灭作用,且不易产生抗药性,尤其是对伤寒,甲肝、乙肝、脊髓灰质?#20934;?#33406;滋病毒等也有良好的杀灭和抑制效果。ClO2对病毒的灭活比O3和Cl2更有效。低剂量的二氧化氯还具有很强的?#27604;?#34411;效果。

4、 无毒、无刺激。 急性经口毒性试验表明,二氧化氯消毒灭菌剂属实际无毒级产品,积累性试验结论为弱蓄积性物质。用其消毒的水体不会对口腔粘膜、皮膜和?#33778;?#20135;生损伤,其在急性毒性和遗传毒理学上都是安全的。

5、 安全、广泛。 二氧化氯不与水体中的有机物作用生成三卤甲烷等致癌物质,对高等动物细胞、精子及染色体无致癌、致畸、致突变作用。ClO2对还原性阴、阳离子和氧化效果以去毒为主(H2S、SOS2-、CN-、Mn2+),对有机物的氧化降解?#38498;?#27687;基因的小分子化合物为主,这些产物到目前的研究为止,均证明是无毒害用的,并且ClO2使用剂量是低,因此用ClO2消毒十分安全,无残留毒性。其安全性是被世界卫生组织(WHO)定为AI级。

三、优点:

 二氧化氯在作为饮用水消毒剂时与氯气相比有以下优点:

  1、稳定:二氧化氯以分子状态存在于水中,不水解,不会与氨生成氯?#20445;?#23427;在PH值很宽的范围内?#21152;?#26497;强的?#26412;?#20316;用,对病菌和孢子的杀灭作用也优于氯气。

  2、二氧化氯对三卤甲烷(THMS)?#30446;?#21046;

  三卤甲烷(THMS)是指氯消毒后在水中产生的氯仿和其他氯化和溴化有机衍生物,对动物有致癌作用。美国国?#19968;?#20445;局(USAPA)规定引水中三卤甲烷总量应低于0.1mg/L。我国生活饮用水卫生标准(GB5749-85)规定饮用水中三氯甲烷含量不得超过60ug/L。二氧化氯用于饮用水消毒可降低氯仿97%,一溴二氯甲烷降低95%——98%;四氯化碳可降低89%。

  3、对味和溴?#30446;?#21046;

  地表水常常含有酚类,当用氯气处理?#20445;?#20250;产生氯酚,导致水中含有味和溴。二氧化氯与酚的产物是苯醌,没?#26032;确?#20135;生。在碱性条件下,二氧化氯能把金属铁和锰离子?#26438;?#27687;化形成不溶性的化合物而沉淀。

  4、对藻类?#30446;?#21046;

  二氧化氯对叶绿素的?#37327;?#29615;有一定的亲和性,与之反应,生成无嗅无味的产物。氧化叶绿素后,植物的新陈代谢终止,使新的蛋白质的合成中断。另外,藻类产生气味的物质经二氧化氯氧化后?#37096;?#20197;无嗅无味。

    鉴于二氧化氯在水处理中的诸多优点,建设部《城市供水行业2000年技术进步发展规划》中推荐使用二氧化氯为饮用水首选消毒剂。

5、 物理性质:

  二氧化氯的分子式为CLO2,是一种随温度升高颜色由黄绿色到橙色的气体,具有与氯气相似的刺激性气味。沸点11℃,凝固点-59℃,临界点153℃。纯二氧化氯的液体与气体性质极不稳定,在空气中二氧化氯浓度超过10%?#26412;?#26377;很高的爆炸性。易溶于水,常温下(25℃)、1.1×104pa分压下,溶解度为8克/升。

6、 化学性质:

  二氧化氯的化学性质非常活泼,一般在酸性条件下具有很强的氧化性,仅次于臭氧。

7、 光解反应:

  二氧化氯对光较敏感,见光易发生分解,即使在黑暗条件下每天仍有2-10%的离解率。且日常贮存时应避光保存,并采取现场发生(激活),现场使用。

8、 二氧化氯的消毒性能

  与其它常用消毒剂相比,其?#26412;?#25928;果是:臭氧>二氧化氯>氯>氯?#20445;?#20854;稳定性是:氯氨>二氧化氯>氯>臭氧。综合而言,二氧化氯性能较好。

  与其它消毒剂相比具有五大优点:

  ① 二氧化氯不与腐殖酸等天然有机物反应形成三卤甲烷等致癌物质。

  ② 在水中不发生水解、始终以分子状态存在,不与氨氮反应,其?#26412;?#25928;果不受PH值影响。

  ③ 能有效去除水中藻类、酚类物质。

  ④ 能杀死其它氯系列消毒剂难以杀死的病毒和孢子等。

  ⑤ 水中?#20013;本?#33021;力强。

二氧化氯是一种黄绿色具有刺激性气味的气体。沸点11℃,凝固点-59℃,易溶于水。液态或气态的二氧化氯都不安定,易挥发,易爆炸。早在1811年就由英国化学家Humphrey Davey制得,但由于二氧化氯的不稳定性使得大规模的应用受到了限制。直到近十几年?#24202;?#24341;起人们的极大关注,国外正在积极开发和研制各种新产品,扩大应用范围。二氧化氯很有开发和应用的价值,市场前景广阔。但是,二氧化氯在我国的应用尚不?#36824;?#27867;,为此本文将介绍有关二氧化氯的各种制备方法及在各领域中的应用。

1 二氧化氯及稳定性二氧化氯的制备

1.1二氧化氯的制备

1.1.1化学法

⑴氯酸钠还原法

以氯酸钠为原料制备二氧化氯时,常用的还原剂和发生的化学反应如下:

方法

还原剂

化学反应

Mathieson法

SO2+H2SO4

2NaCLO3+SO2+H2SO4══2CLO2+2NaHSO4

R1法

SO2+H2O

3NaCLO3+4SO2+3H2O══2CLO2+Na2SO4+3H2SO4+NaCL

R2法

NaCL+H2SO4

NaCLO3+NaCL+H2SO4══CLO2+½CL2+Na2SO4+H2O

Solvey

CH3OH+H2SO4

2NaCLO3+2H2SO4+3CH4OH══2CLO2+2NaHSO4+HCHO+2H2O

R5法

无水HCL

NaCLO3+2HCL══CLO2+½CL2+H2O+NaCL

有机酸法

H2C2O4+H2SO4

2NaCLO3+H2SO4+H2C2O4══2CLO2+2CO2+Na2SO4+2H2O

NO2

NaCLO3+NO2══NaNO3+CLO2

Na2SO3+H2SO4

2NaCLO3+Na2SO3+H2SO4══2CLO2+Na2SO4+H2O

⑵亚氯酸钠氧化法

A.与氯气反应

2NaCLO2+CL2══2CLO2+2NaCL

B.与盐酸反应

5NaCLO2+4HCL══4CLO2+5NaCL+2H2O

C.与硫酸反应

10NaCLO2+5H2SO4══8CLO2+5Na2SO4+2HCL+4H2O

D.与酸化后的次氯酸?#21697;?#24212;

NaCLO+HCL══NaCL+HOCL

HCL+HOCL+2NaCLO2══2CLO2+2NaCL+H2O

1.1.2电解法

目前仍采用亚氯酸盐电解氧化和氯酸盐电解还原法制备二氧化氯.此法较化学法制备的二氧化氯纯度高,但要求的电极材质高,电耗也较大.因此,目前在大规模的生产中,还无法与传统的化学法竞争.在饮用水消毒工艺中,也常用电解饱和浓度的食?#31283;?#28082;制取二氧化氯,但反应过程中还伴生?#26032;?#27668;、臭氧、氢气等其他气体。

1.2稳定性二氧化氯的制备

稳定性二氧化氯是80年代为推广应用二氧化氯而开发的新型产品。它无色、无味、无毒、无腐蚀性,不易燃,不挥发。目?#26696;?#20135;品的生产工艺主要是氯酸?#20301;?#20122;氯酸盐经酸化作用,发生高纯度的二氧化氯气体,经空气或惰性气体稀释后,通入稳定剂溶液中吸收而成。稳定剂主要指碳酸钠、过碳酸钠、硼酸钠、硅酸钠等。近年来,发达国家相继开发了固体稳定性二氧化氯。据报道,将硅酸钙与二氧化氯稳定液混和,硅酸钙吸附溶液中二氧化氯后可制?#38665;?#20307;二氧化氯。除硅酸钙外,分子筛、硅胶等多孔性物质?#37096;?#21560;附二氧化氯制固体二氧化氯。

2.二氧化氯和稳定性二氧化氯的应用

2.1 工业和饮用水处理

工业冷却水和废水中存在的微生物对设备产生微生物诱导腐蚀,造成很大的经济损失。为抑制微生物的生长和繁?#24120;?#38656;在水处理?#20302;?#20351;用杀生剂。二氧化氯就是一种新型的有效杀生剂。它对工业水中存在的主要菌种具有强的杀灭作用,较传统的氯气杀生剂有以下优点:

⑴用量省,?#26412;?#25928;果好,作用快。

⑵?#26412;?#25928;果不受PH值的影响,因此特别适合于合成氨等碱性水处理?#20302;场?/p>

⑶?#26412;?#30340;同时不会产生有机氯致癌物,符合环保要求。

⑷二氧化氯的氧化性强于氯气,能除去工业废水中的氰化物、酚类、硫化物和恶臭物质。

⑸降低能耗和处理费用

虽然生产1kg的二氧化氯需耗能11.6kwh,而产生1kg的氯气为2kwh,但对于工业冷却水,二氧化氯的日投加量约为氯气投加量的几十分之一,甚?#33391;?#30334;分之一,因此从总的成本核算二氧化氯比氯气更经济。下表列出了国外合成氨厂用氯法和二氧化氯法处理冷却水的情况,通过两种方法的比较可见,用二氧化氯取代氯气作为工业冷却水的杀生剂可以取得更好的经济效益。

氯法和二氧化氯法处理冷却水

注:氯气按2元/千克计,二氧化氯按30元/千克计

国外二氧化氯在工业水处理?#20302;?#30340;应用?#21152;?#19978;世?#25512;?#21313;年代.稳定性二氧化氯产品的问世,为其在工业水处理的应用创造了条件。在使用时,其投加方式和测试?#20302;?#19982;氯相同,?#22411;?#19981;久的将来,在我国用二氧化氯代替氯气处理工业水。

1944年美国首先采用二氧化氯处理饮用水,到目前已有400多家水厂应用二氧化氯。在?#20998;?#33258;1850年开?#21152;?#20108;氧化氯处理饮用水以来,目前已发展成数千家水厂在使用。二氧化氯除对一般的细菌有杀灭作用外,对孢子、?#20180;?#21644;乙型肝炎病毒等也有很好的杀灭作用。二氧化氯还可除臭、除味、脱色、除铁、除锰,减少水中致癌物的形?#26705;?#22240;此是理想的饮用水消毒剂。

2.2造纸工业

二氧化氯是一种优良的漂白剂,目前在北美、西欧和日本大?#21152;?#23427;代替氯气来漂白纸浆。它作为漂白剂,能彻底去色素和杂质,效果极?#36873;?#26412;身性能柔和,不损伤纤维,迄今为止,还未发现有其它漂白剂可与之媲美。据报道,造纸工业使用稳定性二氧化氯还能有效地驱散纸浆中的粘液及无机沉积物,从而消除纸浆中固体块状的形?#26705;?#25552;高纸张质量。

2.3食品工业

世界卫生组织将稳定性二氧化氯列为IA级高效安全消毒剂,在国外已广泛用于食品工业。利用稳定性二氧化氯浸泡肉类、海鲜可杀死体内病菌,且不会使蛋白质改性,故能有效地延长贮藏期,达到保鲜效果。稳定性二氧化氯?#37096;?#29992;于鱼虾类饲养水的消毒、牛奶场,食品加工设备、管道、贮槽、混合槽等的?#26412;?#22312;食品生产车间的墙体涂料中添加适量的稳定性二氧化氯,可有效防止生霉。

2.4其他方面

在医学上稳定性二氧化氯可用于医疗器械消毒、隐形眼镜片消毒,殡仪馆尸体防腐。还可治疗白发症,治疗6个月可使头发大都变黑。日本开发也了一系列固体二氧化氯新产品,如将二氧化氯加入各种表面活性剂制成?#26412;?#27927;涤剂,去污能力?#23545;?#36229;过了普通洗衣粉,而且可杀死各类传染病菌,深受家庭主妇青睐。在室内空调?#20302;?#20013;,装入少?#25239;?#20307;二氧化氯产品,可保?#36136;?#20869;空气清新。此外,它还可以用于汽车除臭消毒、米?#37210;?#20928;化等等。

综上所述,二氧化氯制备方法多种多样,国外对二氧化氯?#30446;?#21457;、推广应用十分活跃。我国应加快研究开发各种二氧化氯产品,以取?#38665;?#27867;的经济环保效益。

 

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