二氧化氯用于處理飲用水副產物氯仿的研究
來源：http://www.tymozhou.com/ 作者：余氯檢測儀 時間：2019-07-18
[摘要] 該文主要研究實驗室化學法制備二氧化氯、氯氣，并用來自來水消毒劑控制水中三氯甲烷的形成。就自來水二氧化氯消毒控制三氯甲烷形成進行了試驗研究，二氧化氯預消毒替代預氯化可以降低水中的三氯甲烷，預消毒形成三氯甲烷反應受溫度和時間影響。隨著二氧化氯含量增加，水中的三氯甲烷將明顯減少。二氧化氯預處理能降低水中有機物，而且使水中三氯甲烷量明顯降低，表明二氧化氯可與有機物發生氧化反應，采用二氧化氯預消毒替代液氯可以有效控制水中三氯甲烷的形成。
[關鍵詞] 二氧化氯 氯 有機物 三氯甲烷
由于采用氯作為預氧化和消毒劑，便捷，效果好，且氯本身價格便宜，在飲用水消毒領域，氯消毒占統治地位已一百多年，至今仍然絕大部分水廠采用氯消毒技術[1,2]。上世紀七十年代，由于氯消毒后的氯仿等消毒副產物被發現，并證明其與人體的生殖、生理健康[3-5]有密切關系，國內外學者為降低消毒副產物的產生，提高飲用水的安全性開展了大量的研究。
本文通過實驗室制備氯、二氧化氯，對閩江水源地原水以氯、二氧化氯為氧化劑去除有機物的研究，通過小試考察氯仿生成，及影響因素進行探討。
1 材料與方法
1.1 儀器和試劑
1.1.1 儀器
氣相色譜、紫外可見分光光度計、容量瓶、碘量瓶、電子天平、燒杯、量筒
1.1.2 試劑
亞氯酸鈉、鹽酸、硫代硫酸鈉、硫酸溶液、碘化鉀、無水碳酸鈉、重鉻酸鉀、二氧化錳
1.2 方法
1.2.1 二氧化氯制備[2]
在酸性條件下，以亞氯酸鈉、鹽酸為原料制備二氧化氯：
反應方程：5NaClO2+4HCl → 4ClO2+5NaCl+2H2O
由二氧化氯發生器制備出的氣態ClO2，利用加有穩定劑過氧水合碳酸鈉的水溶液吸收得到。
1.2.2 氯氣制備[4]
在酸性條件下，用MnO2與濃鹽酸在加熱條件下反應制得：
MnO2+4HCl(濃) → Cl2+MnCl2+2H2O
用向利用非飽和食鹽水收集氯氣。
1.2.3 分析方法
二氧化氯測定[6]：以蒸餾水作參比，在紫外分光光度計的260 nm波長處測其吸光度值，再由標準工作曲線計算對應的二氧化氯含量。
余氯測定[7]：采用碘滴定法(碘標準溶液反滴定法)見文獻。
氯仿測定[8]：采用吹掃捕集-ECD氣相色譜檢測的氯仿。
2 結果與討論
自來水用氯消毒時，氯化作用生成三氯甲烷的反應受溫度、pH值、反應時間以及有機物濃度和有效氯投加量的影響，二氧化氯預消毒水樣之后進行氯化消毒，三氯甲烷的形成也會受以上因素影響。
2.1 pH值的影響
圖1 pH值對氯仿生成量的影響
由圖1可以看出，液氯消毒在投氯量和反應時間相同的情況下，pH值高的水樣中氯仿含量要比pH值低的水樣中的含量高。氯仿更容易在pH值高的水樣中生成。因此，為提高消毒效果及減少消毒副產物的產生，水樣的pH值不宜過高，凈水工藝中，應控制pH值在6.5-7.5之間。而二氧化氯消毒氯仿的生成量受pH影響不大，具有較好的穩定性。
2.2 消毒劑投加量的影響
二氧化氯預消毒水樣中，隨二氧化氯投加量增加三氯甲烷有所降低，而液氯消毒水樣中，隨有效氯投加量增加，三氯甲烷會明顯增加。二氧化氯預消毒水樣中三氯甲烷產生量要遠少于液氯消毒水樣，以二氧化氯替代液氯進行預消毒可以有效降低水中的三氯甲烷，見圖2。
圖2 投加量與三氯甲烷生成量的關系
三氯甲烷的形成與后氯化之前水樣中三氯甲烷前體物的含量和有效氯總的投加量有關。二氧化氯作為氧化劑可與有機物反應，去除部分三氯甲烷前體物，因此二氧化氯替代液氯消毒可有效減少三氯甲烷生成。
2.3 反應溫度的影響
圖3 反應溫度與三氯甲烷生成量關系
二氧化氯預消毒一段時間之后取上清液，測定三氯甲烷，并與只進行液氯消毒的水樣對照。三氯甲烷的形成受溫度影響見圖3，二氧化氯投加量為5mg/L，有效氯投加量均為5mg/L。溫度對兩組水樣三氯甲烷形成的影響趨勢相似，溫度升高，三氯甲烷產生量增加，但二氧化氯預消毒水樣中三氯甲烷遠低于液氯處理的水樣。
由圖3可以看出，在相同的投氯量的情況下，溫度越高反應生成的氯仿越多，本試驗30℃時生成的氯仿的量是5℃時生成量的2倍多。因此，夏天因為水溫高而產生的消毒副產物濃度相應比較高，冬天水溫低消毒副產物的濃度就比較低。
2.4 反應時間的影響
從圖4可以看出，二氧化氯消毒水樣中的三氯甲烷隨氯化時間的變化趨勢與液氯消毒水樣變化趨勢相同，二氧化氯消毒水樣中三氯甲烷低于只進行氯化消毒的水樣，與圖3結果一致。
圖4 氯化時間與三氯甲烷關系
從圖4我們還可以看出，氯仿在反應的開始階段比較快，投加的氯在水中停留的時間越長，氯與水中的有機物接觸時間越長，其反應生成的氯仿量就越多，從而影響水質。
2.5 混合消毒劑控制三氯甲烷
圖5 混合消毒劑二氧化氯含量與三氯甲烷關系
混合消毒劑投加量為5mg/L，不同二氧化氯含量的混合消毒劑消毒時水中的三氯甲烷產生量不同，三氯甲烷產生情況見圖5。
二氧化氯預消毒，后續用氯消毒，可以減少水中三氯甲烷的產生量。二氧化氯和氯也可以配成混合消毒劑使用，以下將研究混合消毒劑三氯甲烷的形成情況。將二氧化氯和氯配制成混合消毒劑，以二氧化氯和有效氯質量百分含量表示其含量。使用混合消毒劑消毒時，水中三氯甲烷的形成是因為其中的有效氯與有機物發生氯代反應的結果，混合消毒劑中的二氧化氯也會對生成三氯甲烷的反應有影響。氯含量相同，增加混合消毒劑中二氧化氯含量，水中三氯甲烷含量明顯減少。
3 結論
3.1 二氧化氯預消毒可降低三氯甲烷的產生量，以二氧化氯預消毒替代液氯可減少水中三氯甲烷的形成。
3.2 使用二氧化氯和氯的混合消毒劑消毒時，隨二氧化氯含量增加，三氯甲烷產生量明顯降低。
3.3 水樣經二氧化氯預消毒處理，后氯化消毒三氯甲烷的形成受溫度和氯化時間的影響，其所產生的三氯甲烷比只進行氯化消毒的水樣低。
3.4 使用二氧化氯預消毒可以減少有效氯的投加量，也可以減少水中三氯甲烷的形成。
3.5 pH值對液氯消毒三氯甲烷的形成的影響較大，而對二氧化氯消毒副產物的產生幾乎沒有影響。
3.6 不考慮其他因素，二氧化氯或二氧化氯+液氯消毒要比單獨液氯消毒安全性更高。
參考文獻
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