废水处理常用药剂（三）发布日期：2015-12-01
33．氯的物化性质是怎样的？
氯在常压下是黄绿色气体，在0oC和一个大气压时的密度为3.2mg/mL，即约为空气的2.5倍重，具有强烈的刺激性。一般采用电解食盐水溶液的方法制取氯气，然后将氯气加压冷却制得液氯，液氯极易气化，沸点是-34.5oC。加压后的液氯成为黄绿色透明液体，1kg液氯气化后体积可以变为300L。氯性质很活泼，能溶于水，溶解度随水温的升高而降低。氯是具有强烈刺激性的窒息气体，对人的呼吸系统、眼部及皮肤都能产生伤害，空气中最高允许浓度为1mL/m3。虽不自燃，但可以助燃，在日光下与其他易燃气体混合时会发生燃烧和爆炸，可以和大多数物质起反应。
氯是一种强氧化剂，具有杀菌能力强、价格低廉、来源方便的优点，是水处理行业应用历史最为悠久的消毒剂。氯消毒的机理是依靠水解生成的次氯酸HOCl向微生物的细胞壁内扩散，与细胞的蛋白质反应生成化学稳定性极好的N-Cl键。另外，氯能氧化微生物的某些活性物质，抑制并杀死微生物。
34．如何防止氯中毒？
虽然空气中最高允许浓度为1mL/m3，但长期在低于此值的环境中工作，也会导致慢性中毒，表现为患慢性支气管炎、慢性胃肠炎、牙龈炎、口腔炎、皮肤搔痒症等疾病。短时间暴露在高氯环境中，会导致急性中毒。轻度急性中毒表现为喉干胸闷、脉搏加快等症状，重度急性中毒表现为支气管痉挛和水肿，甚至出现昏迷或休克。为防止出现氯中毒的措施可总结如下：
⑴经常接触氯气的工作人员对氯味的敏感程度会有所降低，常常会在闻不到氯味的时候，人就已经受到氯的伤害。因此操作人员的值班室要和加氯间分开设置，并在加氯间安装监测及警报装置，随时对其中的氯浓度进行检测。
⑵加氯间要靠近加氯点，两者间距不超过30m。加氯间建筑要坚固防火、耐冻保温、通风良好、大门外开，并与其他工作间严格分开、没有任何直接连通。由于氯比空气重，因此当氯气在室内泄漏后，会将空气排挤出去，在封闭的室内下部积聚并逐渐向上扩散。所以加氯间的底部必须安装强制排风设施，进气孔要设在高处。
⑶加氯间门外要备用检修工具、防毒面具和抢救器具等，照明和通风设备的开关也要设在室外，在进入加氯间之前，先进行通风。通向加氯间的压力水管必须保证不间断供水，并保持水压稳定，同时还要有应对突然停水的措施。加氯间内要设置碱液池，并定时检验，保证碱液随时有效。当发现氯瓶有严重泄漏时，戴好防毒面具，然后将氯瓶迅速移入碱液池中。
⑷当发现现场有人急性氯中毒后，要设法迅速将中毒者转移到具有新鲜空气的地方，对呼吸困难者，应当让其吸氧，严禁进行人工呼吸，可以用2%的碳酸氢钠溶液为其洗眼、鼻、口等部位，还可以让其吸入雾化的5%碳酸氢钠溶液。
35．使用液氯瓶时的注意事项有哪些？
液氯是目前国内外应用最广的消毒剂，除消毒外还有氧化作用。液氯通常在钢瓶中贮存和运输，使用时，液氯转变成氯气加入水中。
⑴氯瓶内压力一般为0.6～0.8MPa，所以不能在太阳下曝晒或靠近炉火或其他高温热源，以免气化时压力过高发生爆炸。液氯和干燥的氯气对铜、铁和钢等金属没有腐蚀性，但遇水或受潮时，化学活性增强，能腐蚀大多数金属。因此贮氯钢瓶必须保持0.05～0.1MPa的余压，不能全部用空，以免进水。
⑵液氯变成氯气要吸收热量，1kg液氯变成1kg氯气约需要289kJ热量。在气温较低时，氯瓶从空气中吸收的热量有限，液氯气化的数量受到限制时，需要对氯瓶进行加热。但切不可用明火、蒸汽直接加热氯瓶，也不宜使氯瓶温度升高太多或太快，一般可使用15～25oC的温水连续淋洒氯瓶的方法对氯瓶加温。
⑶要经常用10%氨水检查加氯机与氯瓶的连接处是否泄漏，如果发现加氯机的氯气管出现堵塞现象，切不可用水冲洗，可以用钢丝疏通，再用打气筒或压缩空气将杂物吹掉。
⑷开启前要检查氯瓶的放置位置是否正确，一定要保证出口朝上，即放出来的是氯气而不是液氯。开氯瓶总阀时，要先缓慢开半圈，随即用10%氨水检查是否漏气，一切正常后再逐渐打开。如果阀门难以开启，不能用榔头敲击，也不能长板手硬扳，以防将阀杆拧断。
使用次氯酸钠消毒时的注意事项有哪些？
固态次氯酸钠NaClO为白色粉末，具有刺激性气味，在空气中极不稳定，受热后迅速分解。商品固态次氯酸钠的有效氯一般为10%～12%，常用制备方法是液碱氯化法，即在30%以下的氢氧化钠溶液中通入氯气进行反应。商品固态次氯酸钠使用方便，但消毒效果比氯差，费用也高于氯消毒。
由于次氯酸钠容易因阳光、温度的作用而分解，一般用次氯酸钠发生器就地制备后立即投加。利用钛阳极电解食盐水(沿海地区可用海水作为盐溶液)，得到的次氯酸钠溶液是淡黄色透明液体，含有效氯6g/L～11g/L。一般每生产1kg有效氯，食盐消耗量约3～4.5kg，耗电量5～10kWh，通常其消耗比使用漂白粉消毒还要低。
次氯酸钠固体或溶液都不宜久存，而且必须在避光低温环境下存放。电解生产次氯酸钠溶液最好是使用多少，随时生产多少。气温低于30oC时，每天损失有效氯0.1～0.15mg/L，如果气温超过30oC，每天损失有效氯可达0.3～0.7mg/L。因此，如果为了具有一定储备量以备用，一般夏天储存时间不超过一天，冬天不超过7d。
36．使用漂白粉消毒时的注意事项有哪些？
漂白粉CaCl2∙Ca(OCl)2∙2H2O为白色粉末，有氯的气味，含有效氯20%～25%。漂白粉易吸潮，性质极不稳定，日光照射、受热均能使其变质而降低有效氯成分。与有机物、易燃液体混合能发热自燃，受高热会发生爆炸。氯片是用漂粉精3Ca(OCl)2∙2Ca(OH)2∙2H2O加工成的片剂，含有效氯60%～70%。氯片和漂粉精稳定性比漂白粉高，可以在常温下储存200d以上不分解。两者的消毒作用与氯相同，以有效氯计的加氯量、接触时间等参数可以参照液氯。
使用漂白粉作消毒剂，需配成溶液加注，而且一般需设混合池。每包50kg的漂白粉先加400～500kg水搅拌成10%～15%溶液，再加水调成1%～2%浓度的溶液。混合池通常有隔板式与鼓风式两种。用氯片消毒时，废水流入特制的氯片消毒器，浸润溶解氯片，并与之混合，然后再进接触池。
37．二氧化氯的物化性质是怎样的？
二氧化氯（ClO2）是一种黄绿色气体，性质极不稳定，与氯一样的刺激性气味，毒性比氯要大，相对密度为2.4。二氧化氯在常温下即能压缩成液体，并很容易挥发。二氧化氯很容易爆炸，温度升高、暴露在光线下或与某些有机物接触摩擦，都可能发生爆炸，而且液体二氧化氯比气体二氧化氯更易爆炸。在空气中的体积浓度超过10%时或水中二氧化氯浓度超过30%就会发生爆炸。二氧化氯易溶于水，在水中的溶解度是氯的5倍，但ClO2不和水起化学反应，在水中极易挥发，在光线照射下容易发生光化学分解。贮存在敞开容器中的ClO2水溶液，ClO2含量会下降很快。因此，二氧化氯不宜贮存，最好现场制取和使用。
市场上销售的商品稳定二氧化氯溶液，多为无色或略带黄绿色透明液体，二氧化氯含量一般在2%左右，而且要加入一定量的特制稳定剂（如碳酸钠、硼酸钠及过氯化物的水溶液或二乙烯三胺五亚甲基膦酸等），但运输和储存时仍要注意避开高温和强光。因此，采用二氧化氯消毒时，最好在现场边生产边使用。二氧化氯杀菌后生成无毒物质，对环境水体没有污染。
38．使用二氧化氯时的注意事项有哪些？
⑴在水处理中，二氧化氯的投加量一般为0.1～1.5mg/L，具体投加量随原水性质和投加用途而定。当仅作为消毒剂时，投加范围是0.1～1.3mg/L；当兼用作除嗅剂时，投加范围是0.6～1.3mg/L；当兼用作氧化剂去除铁、锰和有机物时，投加范围是1～1.5mg/L。
⑵二氧化氯是一种强氧化剂，其输送和存储都要使用防腐蚀、抗氧化的惰性材料，要避免与还原剂接触，以免引起爆炸。
⑶采用现场制备二氧化氯的方法时，要防止二氧化氯在空气中的积聚浓度过高而引起爆炸，一般要配备收集和中和二氧化氯制取过程中析出或泄漏气体的措施。
⑷在工作区和成品储藏室内，要有通风装置和监测及警报装置，门外配备防护用品。
⑸稳定二氧化氯溶液本身没有毒性，活化后才能释放出二氧化氯，因此活化时要控制好反应强度，以免产生的二氧化氯在空气中的积聚浓度过高而引起爆炸。
⑹二氧化氯溶液要采用深色塑料桶密闭包装，储存于阴凉通风处，避免阳光直射和与空气接触，运输时要注意避开高温和强光环境，并尽量平稳。
39．二氧化氯的制备方法有哪些？
二氧化氯的制备方法有很多种，在水处理行业中，一般用氯、盐酸或稀硫酸与亚氯酸钠或氯酸钠反应的办法生产，还有使用次氯酸钠酸化后与亚氯酸钠合成二氧化氯的。反应式分别如下：
2NaClO3+2NaCl+2H2SO4→2ClO2+Cl2+2Na2SO4+2H2O
Cl2+2NaClO2→2ClO2+2NaCl
5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O
10NaClO2+5H2SO4→8ClO2+5Na2SO4+4H2O+2HCl
NaClO+2HCl+2NaClO2→2ClO2+3NaCl+H2O
使用氯和亚氯酸钠合成二氧化氯时，先调制pH﹤2.5的氯水溶液，再和一定量的10%亚氯酸钠溶液一起进入反应室，在反应室中充分混合和反应，生成二氧化氯。理论上，每10g亚氯酸钠加3.9g氯，可生成7.5g二氧化氯。为了防止未起反应的亚氯酸钠被带入水中，通常要加入比理论值多的过量氯。
其他方法与上述方法的操作基本类似，为保证反应过程的安全性，酸和氯酸钠或次氯酸钠都配成水溶液，也都是要加入过量的酸，以提高氯酸钠或次氯酸钠的转化率。生成的ClO2溶液可按照合适的投加量直接加到水中进行消毒。
国内市场上有许多使用电解法生产二氧化氯的设备，但实际上，这些设备制造的所谓二氧化氯至多是二氧化氯和氯的复合物，不可能彻底解决氯类消毒剂会产生氯代烃的问题，而且已经有使用复合二氧化氯时发生爆炸的事例。
40．臭氧的物化性质是怎样的？
人类发现臭氧已经有一百年的历史。在距离地球表面15～25公里的高空，因受太阳紫外线照射的缘故，形成了包围在地球外围空间的臭氧层，这厚厚的臭氧层正是人类赖以生存的保护伞。
臭氧分子式为O3，是氧的同素异构体，又名三原子氧，因其类似鱼腥味的臭味而得名，雷电后的腥臭味即是电击产生臭氧而使空气具有的气味。在常温常压下，较低浓度的臭氧是无色气体，当浓度达到15%时，呈现出淡蓝色。臭氧的沸点是-112oC，密度是2.144g/m3，是氧的1.65倍。可燃物在臭氧中燃烧比在氧气中燃烧更加猛烈，可获得更高的温度。
臭氧在水中的溶解度较高，在同样条件下是纯氧的10倍。臭氧分子结构极不稳定，容易分解成氧气，而且臭氧在水中比在空气中更容易自行分解。臭氧在空气中的半衰期一般为20～50分钟，一般随温度与湿度的增高而加快。臭氧在水中半衰期约为35分钟，随水质与水温的不同而有所变化。臭氧在水溶液中的稳定性受水中所含杂质的影响较大，特别是有金属离子存在时，臭氧可迅速分解为氧气。
41．臭氧在水处理中的应用有哪些？
臭氧和氯的氧化还原电位分别是2.07V和1.36V，因此，臭氧的氧化性仅次于羟基自由基∙OH和氟，是一种比氯性质更强烈的氧化剂和杀生剂，在水处理中的可以作为氧化剂或消毒剂。
作为消毒剂消毒时，其杀菌和除病毒效果较好，而且接触时间较短。比如臭氧达到某种消毒效果要求投加量与接触时间的乘积是5的话，要达到同样效果，氯的投加量与接触时间的乘积是1440。臭氧消毒的最大特点是当水中含有有机物时，不会产生氯消毒时容易生成的有机氯化物一类有毒物质。而且由于臭氧的氧化力极强，不但可以杀菌，还可以除去水中的色味等有机物，即同时具有杀菌、除臭、去色、除酚等多种作用。由于其分解快而没有残留物质存在，因此特别适用于对微污染地表水为水源的饮用水消毒和污水深度处理出水的消毒。
利用臭氧的强氧化性，可以将污水中的Fe2+、Mn2+等金属离子氧化到较高或最高氧化态，再加碱形成更难溶的氢氧化物沉淀从水中除去。当废水中含有氰化物、硫化物、亚硝酸盐等有毒还原性无机物时，可以使用臭氧氧化的方法，将其氧化为CO2、N2O、SO42-、NO3-等无毒或毒性较小的物质。
与有机物反应时，臭氧的氧化作用可导致不饱和的有机分子的破裂而发生臭氧分解。即臭氧分子在极性有机分子原来的双键位置上发生反应，把其分子分裂为两个羧酸类分子。臭氧化物的自发性分裂产生一个羧基化合物和带有酸性和碱性基团的两性离子，后者是不稳定的，可分解成酸和醛。因此，在废水处理领域，已开始广泛利用臭氧的这一性质对一些难以生物降解的有机废水进行处理，作为二级生物处理的预处理。紫外/臭氧光化学系统能促进臭氧分解产生氧化能力更强的∙OH自由基，从而提高臭氧的氧化速率和效率，实现对有机物彻底的矿化处理。比如这样的系统对含二甲苯废水进行处理时，可以将二甲苯彻底氧化成无毒的水及二氧化碳。
42．使用臭氧时的注意事项有哪些？
⑴臭氧是一种有毒气体，对人体眼和呼吸器官有强烈的刺激作用，正常大气中的臭氧的体积比浓度是(1～4)×10-8m3/m3，当空气中臭氧体积比浓度达到(1～10)×10-6m3/m3时，就会使人出现头痛、恶心等症状。《工业企业设计卫生标准》GBZ1—2002规定车间空气中O3的最高允许浓度为0.3mg/m3。
⑵臭氧极不稳定，在常温常压下容易自行分解成为氧气并放出热量。在空气中，臭氧的分解速度与温度和其浓度有关，温度越高，分解越快，浓度越高，分解越快。臭氧在水中的分解速度比在空气中的分解速度要快得多，水中的羟离子对其分解有强烈的催化作用，所以pH值越高，臭氧分解越快。因此不能贮存和运输，必须在使用现场制备。
⑶臭氧具有强烈的腐蚀性，除铂、金、铱、氟以外，臭氧几乎可与元素周期表中的所有元素反应。因此凡与其接触的容器、管道、扩散器均要采用不绣钢、陶瓷、聚氯乙烯塑料等耐腐蚀材料或作防腐处理。
⑷臭氧在水中的溶解度只有10mg/L，因此通入污水中的臭氧往往不能被全部利用。为了提高臭氧的利用率，接触反应池最好建成水深5～6m的深水池，或建成封闭的多格串联式接触池，并设置管式或板式微孔扩散器散布臭氧。
43．臭氧的制备方法有哪些？
臭氧的制备方法有化学法、电解法、紫外线法、辐照法和无声放电法等。水处理中应用的多是无声放电法，其生产臭氧的原理是在两平行高压电极之间隔以一层介电体(又称诱电体，通常是特种玻璃材料)并保持一定的放电间隙；通入15000～17500V高压交流电后，在放电间隙形成均匀的蓝紫色电晕放电，经过净化和干燥的空气或氧气通过放电间隙，氧分子受高能电子激发获得能量，并相互发生碰撞聚合形成臭氧分子。生产1kg臭氧耗电约20～30kW。
臭氧由臭氧发生器制取，一般以空气或氧气为原料，空气中含有的蒸气和灰尘都会形成弧电损坏电极和降低臭氧产量，所以进入臭氧发生器的空气必须预先经过净化和干燥。利用氧气作为制造臭氧的原料时，并不是纯氧效果最好，一般氧气浓度在92%～99%臭氧产率最高，这可能是因为其中的杂质起到了催化剂的作用。利用氧气为原料的臭氧发生器，国外单机发生量已可达250kg/h，这为大规模利用臭氧消毒打下了良好的基础。
为了提高臭氧的溶水效果，一般使用水深较大（5～6m）的接触池，而且应使臭氧以微气泡形式，在水中迅速混合和扩散。常用臭氧加注方法有静态混合器、文丘里管和微孔曝气等形式，这一过程要在接触池内完成，接触时间通常只要数分钟，结合不同的水质，臭氧的投加量一般为1～5mg/L之间。为此，臭氧氧化工艺主要包括空气净化干燥装置、臭氧发生器以及水-臭氧的接触池。
44．废水处理中常用的氧化剂和还原剂有哪些？
从理论上说，氧化还原电位不同的两种物质都可以相对地成为氧化剂或还原剂，但在废水处理实践中能够使用的氧化剂或还原剂必须满足以下要求：
①对废水中希望去除的污染物质有良好的氧化或还原作用
②反应后生成的物质应当无害以避免二次污染
③价格便宜、来源可靠
④能在常温下快速反应、不需要加热
⑤反应时所需的pH值最好在中性，不能太高或太低。
在废水处理中常用的氧化剂有：
①在接受电子后还原变成带负电荷离子的中性原子，如O2、Cl2、O3等；
②带正电荷的原子，接受电子后还原成带负电荷的离子，比如在碱性条件下，漂白粉、次氯酸钠等药剂中的次氯酸根OCl-中的CL+和二氧化氯中的Cl4+接受电子还原成Cl-；
③带高价正电荷的原子在接受电子后还原成带低价正电荷的原子，例如三氯化铁中的Fe3+和高锰酸钾中的Mn7+在接受电子后还原成Fe2+和Mn2+。
在废水处理中常用的还原剂有：
①在给出电子后被氧化成带正电荷的中性原子，例如铁屑、锌粉等；
②带负电荷的原子在给出电子后被氧化成带正电荷的原子，例如硼氢化钠中的硼元素为负5价，在碱性条件下可以将汞离子还原成金属汞，同时自身被氧化成正三价。
③金属或非金属的带正电的原子，在给出电子后被氧化成带有更高正电荷的原子。例如硫酸亚铁、氯化亚铁中的二价铁离子Fe2+在给出一个电子后被氧化成三价铁离子Fe3+；二氧化硫SO2和亚硫酸盐SO32-中的四价硫在给出两个电子后，被氧化成六价硫，形成SO42-。
