二氧化氯的性质、生产及其它

二氧化氯因其强氧化性及其他一些优良性能，已在饮用水消毒，医疗器械消毒，纸浆漂白等领域得到广泛应用，而在工业废水处理上也显示了很强的优势，越来越受到重视。

一、二氧化氯的性质

二氧化氯是由汉费莱‐戴维先生于1811年发现到的。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年鉴别出这种气体是二氧化氯和氯气的混合物。二氧化氯是一种绿色气体，比重是氯的2.4倍。二氧化氯在水中的溶解度是氯的5倍。二氧化氯是一种易于爆炸的气体。当空气中的二氧化氯浓度大于10%或水溶液浓度大于30%时都易于发生爆炸。工业上经常使用空气和惰性气体冲淡二氧化氯，使其浓度小于8%～10%。将其溶解于水时，二氧化氯的水溶液为6～8mg/L。二氧化氯溶液须置于阴凉处，严格密封，于避光的条件下才能稳定。二氧化氯在微酸化条件下可抑制它的歧化，从而加强其稳定性。

当二氧化氯用于水消毒时，其投加量为0.1至1.3mg/L；用于除臭时，其投加量为0.6至1.3mg/L；二氧化氯如兼用于前处理，氧化有机物、铁及锰时，其投加量为1至1.5mg/L。

二、二氧化氯的生产

1、用氯酸钠制取二氧化氯
1) 将氯酸钠、氯化钠和硫酸加在反应器中，生成二氧化氯。
2) 电解氯酸钠和氯化钠生产二氧化氯

2、 用亚氯酸钠制取二氧化氯
在给水处理中用于消毒时常用亚氯酸钠合成二氧化氯。
1）由亚氯酸钠与氯气合成二氧化氯
2) 亚氯酸钠与酸（盐酸或硫酸）合成二氧化氯
3) 采用次氯酸钠酸化后与亚氯酸钠合成二氧化氯。
次氯酸钠先酸化，生成次氯酸，生成的次氯酸与亚氯酸钠合成二氧化氯。

三、二氧化氯的氧化作用

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，使之形成不容于水的二氧化锰(MnO2)
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) 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：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。
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(S2-)氧化成硫酸盐(SO42-)
当二氧化氯的投加量为3.0mg/L时，硫的去除率为81%。
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%。
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。

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)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，如腐植酸、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。间苯二酚是黄腐酸中最多、最基本的部分，一般用它代表黄腐酸来说明二氧化氯和氯的作用机理。

以上反应的最后结果是有机酸、水和二氧化碳，通过反应，二氧化氯则被还原成氯离子。由此可见，二氧化氯与黄腐酸等有机物的反应是以氧化还原反应为主，没有氯代物生成。

由此可见，液氯与水中黄腐酸等有机物发生反应是以亲电取代反应为主，反就结果生成大量的氯仿和有机氯代物等有害物质。

因此，二氧化氯对酚类化合物都有比较好的去除效果。例如当二氧化氯的投量为5.0mg/L时，它对间苯二酚、简苯三酚的去除率都在90%以上；而当氯的投加量和二氧化氯相同时，它的去除率只有60%左右。

二氧化氯对间甲酚的去除率为50%以上；而氯对它的去除率只有30%左右。

因为二氧化氯与酚类化合物的反应是氧化还原反应，所以不会形成氯代酚；而氯与酚类化合物所产生的是“取代反应”，所以会形成氯代酚。 7)二氧化氯除色二氧化氯具有较强的氧化作用，所以，有较好的脱色作用。例如江南太湖系某河流，在初春其原水色度为17度，而传统的水处理工艺，即反应、沉淀、过滤、液氯消毒只能脱色4度，即达到14度，而当投加二氧化氯时，则色度有显著降低，如当预投加二氧化氯0.5mg/L时，色度可降低至11度；当预投加二氧化氯1.0mg/L，色度可降低至10度；当预投加二氧化氯1.5mg/L(或大于1.5mg/L)时，色度可降低至9度，也即传统的水处理工艺，其脱色效率只能达到23.5%，而二氧化氯对低色度的原水，其脱色效率可以达到47.0%

四、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、芽子包、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、孢子体进行氯与二氧化氯的对比试验结果是：

氯(Cl2)：logNt(%)=logNo(%)4.08×10-3× C1.33(min)

二氧化氯(ClO2)：logNt(%)=logNo(%)-10-2×C0.48×t(min)

式中：Nt—为温度t时，孢子的成活率。

二氧化氯杀灭病毒的作用比臭氧(O3)和氯有效。在洪水期间，二氧化氯对水中柯萨奇(肠道)病菌、人类肠道病毒、疱疹病毒、新城病毒、噬菌体、牛痘病毒、脊髓灰质炎病毒等众多病毒，均有很好的杀灭效果。如果使用剂量为0.02mg/L的二氧化氯，可在几分钟内将水中病毒杆菌杀灭，比氯要有效的多。低剂量的二氧化氯还具有很强的杀蠕虫效果，如果使用二氧化氯0.5mg/L，便可将微生物甲壳类中的水生二节虱类杀灭，而用氯杀灭则需6.0～7.0mg/L。

氧化氯对水处理系统中的沉淀、澄清、过滤设备以及配水管网中的藻类异养菌、铁细菌、硫酸盐及还原菌等，都有较好的去除杀灭效果，投加二氧化氯将有利于水处理设施的运行和维护。

Akin和Hoff等人对臭氧、二氧化氯、氯及氯胺4种消毒剂进行比较，消毒效率：臭氧>二氧化氯>氯>氯胺；稳定性：氯胺>二氧化氯>氯>臭氧。综合以上两方面的因素以及我国的实际情况来看，二氧化氯消毒具有比较好的效果和广阔的前途。

五、二氧化氯的不利影响二氧化氯在碱性条件下，会发生歧化反应(但是在一般水处理消毒过程中不会产生)。反应式如下：

上述反应所产生的氯酸盐(ClO3-)和亚氯酸盐(ClO2-)都会产生某些毒性问题。这两种化合物都会在动物体内产生过氧化氢，把血红朊氧化成没有颜色的正铁血红朊，造成溶血性的贫血。当然这些危害只有当氯酸盐和亚氯酸盐在动物体内大量积累，才会产生，一般使用二氧化氯作为消毒剂的情况下，不太会产生。

总之，二氧化氯作为消毒剂替代氯，有很多有利的方面，但对它所生成的各种副产物的毒理作用也必须给与充分的注意，并作深入的研究。