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次氯酸钠的性能以及相关设备的使用特点

发布时间:2015年11月25日 点击:1431

目前,从水体消毒的种类来说,有氯气、次氯酸钠、漂白粉、三氯异氰尿酸、二氧化氯、双氧水、臭氧等药剂和方式,此外还有紫外线消毒等一些手段。

由于氯气运输、管储方面的不安全;在投加方面,气体同水体的溶解性较低,容易散失,水中留存余量难以达到标准;氯气瓶气压不断变化,存在投加计量不够准确的问题;加之,氯气等气体的极强扩散性对环境存在毒害作用,游离氯的高活性容易形成许多象四氯化碳一类的致癌物质,故而,取消液氯的主张越来越多,也日益受到人们的关注。

就拿氯气的安全性来说,就始终是一个让人时时警觉的问题。在我国,几乎每一年都有氯气罐泄漏的安全事故发生。氯气作为危险品受到各国安全机关的严格管制。前些年,发生在福建三明火车站氯气瓶运输中的跑氯事件造成几千人的紧急疏散,又如2004年重庆市一家储存有十多吨的液氯发生泄漏迫使三十多万人疏散;在北京有些游泳场由于操作人员不谨慎,三分钟跑氯就有37名孩子住进医院。我国的天津地区就明确规定公共娱乐场所禁用氯气进行消毒。

在国外许多发达国家,像美国、德国、日本等就相当限制氯气的使用,氯气主要用于污水处理。尤其是公用场所和中小型自来水厂一般不再使用液氯,而多以使用次氯酸钠液体进行消毒。当然,也有根据用水要求,如像小量饮用水就采用诸如紫外线、臭氧、双氧水等手段进行灭菌杀毒。

氯气、次氯酸钠、二氧化氯和臭氧[1]都是工农业生产和日常生活中比较容易见到的几种强氧化剂,除臭氧以外,它们均为非天然存在的化学物质。一般都可以用作水体杀生剂。它们不仅具有灭杀细菌和病毒的功能,还能够漂白纸张、纤维以及用作化学合成等。广泛用于自来水消毒、游泳池水灭菌、污水处理、循环水除藻、造纸工业、化学合成业、以及医药卫生和防疫等各个领域。

但是,不同的药剂具有不同的性能和特点,就如同不同厂家的产品具有并不相同的质量一样。氯气、次氯酸钠、二氧化氯和臭氧在物理化学性能上,以及实际使用中都有很大的区别。就这几种消毒剂的应用来讲,以次氯酸钠为最为安全有效,易于储存,使用最为方便。

有关氯气的性能和使用我们都很熟悉了,它的杀生效果很好,容易获得,经济廉价,而且投加方便,占用地方很小,但安全性比较低,管理上容易疏忽。在这里,我们主要想具体探讨一下次氯酸钠的性能以及相关设备的使用特点。

次氯酸钠

次氯酸钠的分子式是NaClO,属于强碱弱酸盐,它清澈透明,是一种能完全溶解于水的液体。但由于次氯酸钠液不易久存,次氯酸钠多以电解低浓度食盐水现场制备。

次氯酸钠液体通过电解食盐水制备,这种设备称为次氯酸钠发生器。其次氯酸钠的生成过程可以通过化学方程式表达如下:

其总反应表达如下:

NaCl+H2O→NaClO+H2↑

电极反应:

阳极:2Cl--2e→Cl2

阴极:2H++2e→H2

溶液反应:2NaOH+Cl2→NaCl+NaClO+H2O

当然,次氯酸钠消毒液体以次氯酸钠发生器生产为最佳。因为,它生产出的次氯酸钠液体比较稳定、单一,也容易保存,不含制氯厂出品的那些复杂甚至有害的成分。

关于次氯酸钠发生器,我国已于1990年1月12日发布了GB12176-90国家标准。它是一种已经认可、可以信赖、十分稳定、并有权威资料可查询的产品。次氯酸钠发生器已经有一百多年的历史了,已经证明是一种运行成本很低、药物投加准确、消毒效果极佳的设备。

就消毒而言,次氯酸钠液还是具有明显优势的。作为一种真正高效、广谱、安全的強力灭菌、杀病毒药剂,它同水的亲和性很好,能与水任意比互溶,它不存在液氯、二氧化氯等药剂的安全隐患,且其消毒效果被公认为和氯气相当。也正是因为这一特点,所以它消毒效果好,投加准确,操作安全,使用方便,易于储存,对环境无毒害,不存在跑气泄漏,可以任意环境工作状况下投加。

事实上,次氯酸钠广泛用于包括自来水、中水、工业循环水、游泳池水、医院污水等等各种水体的消毒。次氯酸钠还能够破坏氰根离子和苯环等,用作处理含氰废水和一些工业重度污染废水的高级氧化,还可以用于纸浆等漂白。高浓度的次氯酸钠液体还可以用于剥离设备及管道上附着的沾泥[2]。

次氯酸钠的灭菌原理主要是通过它的水解形成次氯酸,次氯酸再进一步分解形成新生态氧[O],新生态氧的极强氧化性使菌体和病毒的蛋白质变性,从而使病源微生物致死。氯气消毒的原理也主要是以产生出次氯酸方式。

根据化学测定,次氯酸钠的水解受PH值的影响,当PH超过9.5就会不利于次氯酸的生成。但是,绝大多数水质的PH值都在6—8.5,而对于PPM级浓度的次氯酸钠在水里几乎是完全水解成次氯酸,其效率高于99.99%。其过程可用化学方程式简单表示如下:

NaClO+H2O→HClO+NaOH

HClO→HCl+[O]

次氯酸在杀菌、杀病毒过程中,不仅可作用于细胞壁、病毒外壳,而且因次氯酸分子小,不带电荷,可渗透入菌(病毒)体内与菌(病毒)体蛋白、核酸、和酶等发生氧化反应,从而杀死病原微生物。

R-NH-R+HClO→R2NCl+H2O

同时,氯离子还能显著改变细菌和病毒体的渗透压使其丧失活性而死亡。

在消毒方面,值得肯定的是,由于次氯酸钠发生器所生产的消毒液中不象氯气、二氧化氯等消毒剂在水中产生游离分子氯,所以,一般难以形成因存在分子氯而发生氯代化合反应,生成不利于人体健康的有毒有害物质。并且,次氯酸钠也不会象氯气同水反应会最后形成盐酸那样,对金属管道构成严重腐蚀。不过,它同氨可以发生反应,在水中生成微量的带有气味的氯氨化合物,但这种物质也是一种安全的杀生药剂,只是远不及次氯酸钠的杀生能力。

NH3+HClO→NH2Cl+H2O

NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O

NHCl2+HClO→NCl3+H2O

就运行成本而言,采用次氯酸钠消毒的运行成本费用是很低的,稍比氯气高一些。根据英国所统计的一组数据表明,次氯酸钠同氯气成本相比大约为1.05:1[3]。

使用次氯酸钠消毒以采用次氯酸钠发生器为最优。以前,次氯酸钠发生器未能在我国大范围推广的原因,主要是:过去在阳极防腐材料方面不过关;其次是我国经济发展滞后和对水处理技术不够重视;再次是次氯酸钠发生器比氯气的一次性投入要略高等因素造成的;当然还有限制用电的因素,尽管设备耗电不大。

实际中,还有一些单位对水体消毒所使用的消毒剂是从氯碱工厂出产的次氯酸钠液。事实上,氯碱工厂生产的次氯酸钠液同次氯酸钠发生器现场制备的次氯酸钠液还是有一定区别的。次氯酸钠是氯碱工厂生产过程中必然留下的一种副产品,它是通过碱液吸收多余的氯气生成的。这是为了保障安全必须设置的一道工艺。对于大多数制氯碱的工厂来说,次氯酸钠作为一种副产物,成分较复杂,还很容易分解。有些氯碱工厂将阴极碱液直接流到尾端作为富余氯气的收集液,当然这种碱液的成分是非常复杂的了。据一些报道分析,有些厂从经济效益上考虑,使用石墨做电极还产生出相当多的二恶因成分。

2OH-+Cl2→Cl-+ClO-+H2O

一般来讲,该反应通常在低温下进行,因为低温下一分子氯气还可以同八分子水结合成暂时性的水合氯,它在水中呈游离氯状态。这样,当温度略高时,它就会很自然地从水中释放出来,不能长时间保存,很容易挥发失效,投加中也散逸出一些氯气。另外,它需要大型塑料桶装储,占用一定空间,在运输、储存和管理上也还是比较麻烦的。所以,这种含有一定游离分子氯的次氯酸钠溶液用于水体消毒,自然不及现场使用次氯酸钠发生器好。但它还是比使用液氯消毒更为安全可靠。

此外,还必须说明的是,采用次氯酸钠消毒,不可避免地使水中存在一定盐分。不过,由于投加是按每一吨水几克的标准进行的,象自来水等流动水体根本就不存在累积的问题,更不可能产生咸盐的感觉。对于游泳池水来说,某一个较短时期可能有一些累积的,但由于游泳池本身会定期对净化设备进行反冲洗,因而需要补充一部分新鲜水,加之投加的量很小,约为百万分之几的量,从长期来看,池中也不会有盐分累积,池水更不可能变得咸盐的。通过我们的调查和走访,我们也没有发现有哪一家用户因使用次氯酸钠发生器设备而造成池水变得盐咸了的事例,大多数游泳池还是远低于用作消毒的生理食盐水之浓度。

另外需要说明的一点,次氯酸钠发生器在工作过程中电极会逐步结垢,这就需要定期清洗电极。一般大约一至三月清洗一次,其方法都是将稀盐酸通过防腐泵打入电解槽中浸泡一定时间进行溶解。当然,效果还是很不错的。

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