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六、二氧化氯
1、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。
2、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。
3、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。
七、臭氧
1、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。
2、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。
