水処理ソリューション

二酸化塩素
二酸化塩素は主に漂白剤として使用されます。消毒剤としては、その独特の性質により、低濃度でも効果的です。

図1：ハンフリーデー卿が発見1814年の二酸化塩素。

二酸化塩素はいつ発見されましたか？
二酸化塩素は1814年にハンフリーデービー卿によって発見されました。彼は、塩素酸カリウム（KClO3）に硫酸（H2SO4）を注ぐことによってガスを生成しました。彼が硫酸を次亜塩素酸（HOCl）に置き換えたより。過去数年間、この反応は大量の二酸化塩素を生成するためにも使用されてきました。塩素酸カリウムの代わりに塩素酸ナトリウム（NaClO3）を使用しました。
2NaClO3 +4HCl®2ClO2+ Cl2 + 2NaCl + 2H2O

二酸化塩素の特徴は何ですか？
二酸化塩素（ClO2）は塩素のような刺激的な臭いのある合成の緑黄色がかったガス。二酸化塩素は中性の塩素化合物です。二酸化塩素は、その化学構造とその挙動の両方において、元素塩素とは大きく異なります。二酸化塩素は小さく、揮発性で非常に強い分子です。希釈された水溶液では、二酸化塩素はフリーラジカルです。高濃度では、還元剤と強く反応します。二酸化塩素は、塩素ガス（Cl2）、酸素ガス（O2）、および熱に解離する不安定なガスです。二酸化塩素は太陽光によって光酸化されるとバラバラになります。二酸化塩素反応の最終生成物は、塩化物（Cl-）、亜塩素酸塩（ClO-）、および塩素酸塩（ClO3-）です。

–59°Cでは、固体の二酸化塩素は赤みがかった液体になります。 11°Cで二酸化塩素はガスに変わります。
二酸化塩素は空気の2.4倍の密度です。液体二酸化塩素は水よりも密度が高いため。

二酸化塩素は水に溶解できますか？
二酸化塩素の最も重要な品質の1つは、特に冷水での高い水溶性です。二酸化塩素は、水に入っても加水分解しません。それは溶液中に溶存ガスのままです。二酸化塩素は塩素の約10倍水に溶けます。二酸化塩素は、曝気または二酸化炭素によって除去できます。

表1：二酸化塩素の水への溶解度

二酸化塩素はどのように保管できますか？
保管するための最良の方法二酸化塩素は4ºCで液体です。この状態では、かなり安定しています。二酸化塩素はゆっくりと塩素と酸素に解離するため、長期間保存することはできません。圧力下で爆発するため、ガスとして保管されることはめったにありません。空気中の二酸化塩素の濃度が10％を超えると、爆発の危険があります。水溶液中で、二酸化塩素は安定して溶解し続けます。約1％のClO2（10 g / L）を含む水溶液は、光と熱の干渉から保護された状態で安全に保管できます。二酸化塩素は、その爆発性と不安定性のために輸送されることはめったにありません。通常、現場で製造されます。

二酸化塩素はどのように生成されますか？
二酸化塩素は圧力下で爆発します。輸送が難しく、通常は現場で製造されます。二酸化塩素は通常、水溶液またはガスとして生成されます。亜塩素酸ナトリウム（NaClO2）または塩素酸ナトリウム（NaClO3）の酸性溶液で生成されます。大規模な設備の場合、現場での二酸化塩素の生成には、次亜塩素酸ナトリウム、塩素ガス（Cl2）、次亜塩素酸ナトリウム（NaHClO2）、および硫酸または水素酸が使用されます。
二酸化塩素ガス、塩酸（HCl）、または塩素の生成には

主な反応は次亜塩素酸ナトリウムです。
2NaClO2 +Cl2®2ClO2+ 2NaCl
（酸性次亜塩素酸ナトリウムも塩素の代替源として使用できます。）
そして：
5NaClO2 +4HCl®4ClO2+ 5NaCl + 2H2O
（この方法の欠点の1つは、かなり危険なことです。）
代替手段は次のとおりです：
2 NaClO2 +Na2S2O8®2ClO2 + 2Na2SO4
二酸化塩素は次亜塩素酸ナトリウムと塩酸の反応によっても生成されます：
HCl + NaOCl +2NaClO2®2ClO2+ 2NaCl + NaOH
生成される二酸化塩素の量は0から50の間で変化しますg / L。

二酸化塩素の用途は何ですか？
二酸化塩素には多くの用途があります。エレクトロニクス業界では回路基板の洗浄に、石油業界では硫化物の処理に、繊維やキャンドルの漂白に使用されています。第二次世界大戦では、塩素が不足し、二酸化塩素が漂白剤として使用されました。
現在、二酸化塩素は紙の漂白に最も頻繁に使用されています。塩素よりも透明で強い繊維を生成します。二酸化塩素には、塩素よりも有害な副産物が少ないという利点があります。
二酸化塩素ガスは、医療および実験装置、表面、部屋、工具の滅菌に使用されます。
二酸化塩素は、酸化剤または消毒剤として使用できます。それは非常に強力な酸化剤であり、真菌、細菌、ウイルスなどの病原性微生物を効果的に殺します。また、バイオフィルムを防ぎ、取り除きます。消毒剤および農薬として、主に液体の形で使用されます。二酸化塩素は、胞子形成細菌に対して効果的であるため、炭疽菌に対しても使用できます。

酸化剤としての二酸化塩素
酸化剤としての二酸化塩素は非常に選択的です。独自の一電子交換メカニズムにより、この能力を備えています。二酸化塩素は、有機分子の電子が豊富な中心を攻撃します。 1つの電子が転送され、二酸化塩素が亜塩素酸塩（ClO2-）に還元されます。

図2：二酸化塩素はより選択的です塩素よりも酸化剤として。同じ濃度を投与している間、二酸化塩素の残留濃度は、塩素の残留濃度よりも重度の汚染ではるかに高くなります。

さまざまな消毒剤の酸化強度と酸化能力を比較することにより、二酸化塩素は低濃度で効果的であると結論付けることができます。二酸化塩素はオゾンや塩素ほど反応性がなく、硫酸物質、アミン、その他の反応性有機物質とのみ反応します。塩素やオゾンと比較して、活性残留消毒剤を得るのに必要な二酸化塩素は少なくて済みます。大量の有機物が存在する場合にも使用できます。
酸化強度は、酸化剤が酸化性物質とどの程度強く反応するかを示します。オゾンは最も高い酸化強度を持ち、酸化される可能性のあるすべての物質と反応します。二酸化塩素は弱く、次亜塩素酸や次亜臭素酸よりも電位が低くなります。
酸化能力は、酸化または還元反応で移動する電子の数を示します。二酸化塩素の塩素原子の酸化数は+4です。このため、二酸化塩素は塩化物に還元されるときに5つの電子を受け入れます。分子量を見ると、二酸化塩素には263％の「利用可能な塩素」が含まれています。これは塩素の酸化能力の2.5倍以上です。

表2：さまざまな酸化剤の酸化電位。

次の比較は、二酸化塩素が反応したときに何が起こるかを示しています。まず、二酸化塩素が電子を吸収して亜塩素酸塩に還元されます：
ClO2 +e-®ClO2-
亜塩素酸塩イオンは酸化されて塩化物イオンになります：
ClO2- + 4H ++4e-®Cl- + 2H2O
これらの比較は、二酸化塩素が塩化物に還元され、この反応中に5つの電子を受け入れることを示唆しています。安定した塩化物が形成されるまで、塩素原子は残ります。これは、塩素化物質が形成されない理由を説明しています。塩素が反応すると、電子を受け入れるだけではありません。また、追加および置換反応にも参加します。これらの反応中に、1つまたは複数の塩素原子が異物に追加されます。

表3：モル重量あたりの塩素の利用可能性

エージェント	利用可能な塩素（％）
塩素（Cl2）	100
漂白剤	35-37
次亜塩素酸カルシウム（Ca （OCl）2）	99,2
市販の次亜塩素酸カルシウム	70-74
次亜塩素酸ナトリウム（NaOCl）	95,2
工業用漂白剤	12-15
ハウスホールドブリーチ	3-5
二酸化塩素	263,0
モノクロラミン	137,9
ジクロラミン	165,0
トリクロラミン	176,7

二酸化塩素は塩素と同じように酸化しますか？
chとは逆にロリン、二酸化塩素はアンモニア態窒素（NH3）と反応せず、元素アミンとはほとんど反応しません。亜硝酸塩（N02）を硝酸塩（NO3）に酸化します。カーボン接続を切断しても反応しません。有機物質の鉱化作用は起こりません。中性pHまたは高いpH値では、硫酸（H2SO4）が二酸化塩素を亜塩素酸イオン（ClO2-）に還元します。アルカリ性の状況下では、二酸化塩素は亜塩素酸塩と塩素酸塩（ClO3-）に分解されます：
2ClO2 + 2OH- = H2O + ClO3- + ClO2-

この反応は水素（H +）イオンによって触媒されます。二酸化塩素の水溶液の半減期は、pH値が高くなると短くなります。低pHでは、二酸化塩素は塩化物イオン（Cl-）に還元されます。

二酸化塩素は副生成物を生成しますか？
水に適用される純粋な二酸化塩素ガスは、酸化剤などの酸化剤よりも消毒副生成物を生成しません。塩素。オゾン（O3）とは異なり、純粋な二酸化塩素は、光分解を受けない限り、臭化物（Br-）イオンを臭素酸イオン（BrO3-）に生成しません。さらに、二酸化塩素は、有機物質のオゾン処理に起因する大量のアルデヒド、ケトン、ケトン酸、またはその他の消毒副生成物を生成しません。

二酸化塩素の消毒用途は何ですか？

飲用水処理は、二酸化塩素による消毒の主な用途です。その適切な殺生物能力のおかげで、二酸化塩素は今日、他の産業部門でも使用されています。例としては、下水消毒、工業プロセス水処理、冷却塔水消毒、工業用空気処理、ムール貝の管理、食品の生産と処理、産業廃棄物の酸化、医療機器のガス滅菌などがあります。

二酸化塩素はどのように消毒しますか？
二酸化塩素は酸化によって消毒します。それは分子フリーラジカルである唯一の殺生物剤です。それは19個の電子を持っており、電子を放出または吸収する物質を好みます。二酸化塩素は、電子を放出する物質とのみ反応します。反対に、塩素は、反応する物質に塩素原子を追加するか、塩素原子を置換します。

二酸化塩素による消毒はどのように機能しますか？
細菌細胞の有機性物質は二酸化塩素と反応します、いくつかのセルラープロセスが中断されます。二酸化塩素は、細胞内のアミノ酸やRNAと直接反応します。二酸化塩素が細胞構造を攻撃するのか、細胞内の酸を攻撃するのかは明らかではありません。タンパク質の生成が防止されます。二酸化塩素は、膜タンパク質と脂肪を変化させ、吸入を防ぐことによって細胞膜に影響を与えます。
バクテリアが除去されると、細胞壁に二酸化塩素が浸透します。ウイルスは別の方法で排除されます。二酸化塩素は、タンパク質のアミノ酸への加水分解に由来する水溶性物質であるペプトンと反応します。二酸化塩素は、タンパク質の形成を防ぐことによってウイルスを殺します。二酸化塩素は、塩素やオゾンよりもウイルスに対して効果的です。

二酸化塩素は原生動物の寄生虫に対して使用できますか？
二酸化塩素は、ランブル鞭毛虫やクリプトスポリジウムの寄生虫に対して効果的な多くの消毒剤の1つです。これらは飲料水に含まれ、「ジアルジア症」や「クリプトスポリジウム症」と呼ばれる病気を引き起こします。このような原虫の寄生虫に対する最善の保護は、オゾンと二酸化塩素の組み合わせによる消毒です。

微生物は二酸化塩素に対して耐性を持つことができますか？
消毒剤としての二酸化塩素には、微生物の細胞壁と直接反応するという利点があります。この反応は、反応時間や濃度に依存しません。非酸化性消毒剤とは対照的に、二酸化塩素は微生物が不活性であっても微生物を殺します。したがって、微生物を効果的に殺すために必要な二酸化塩素濃度は、非酸化性消毒剤の濃度よりも低くなります。微生物は二酸化塩素に対する耐性を構築できません。

二酸化塩素はバイオフィルムに対して使用できますか？
二酸化塩素は溶液中で気体のままです。二酸化塩素分子は強力で、システム全体を通過する能力があります。二酸化塩素は、炭化水素やエマルジョンであっても容易に溶解するため、二酸化塩素はバクテリアの粘液層に浸透する可能性があります。二酸化塩素は、バイオフィルムを一緒に保つ多糖類マトリックスを酸化します。この反応中に、二酸化塩素は亜塩素酸イオンに還元されます。これらは、安定したままのバイオフィルムの断片に分割されます。バイオフィルムが再び成長し始めると、酸性環境が形成され、亜塩素酸イオンが二酸化塩素に変換されます。この二酸化塩素は残りのバイオフィルムを取り除きます。

二酸化塩素の消毒副生成物は何ですか？
二酸化塩素とバクテリアや他の物質との反応プロセスは2つのステップで行われます。このプロセス中に、水中に残る消毒副生成物が形成されます。最初の段階では、二酸化塩素分子が電子を受け取り、亜塩素酸塩が形成されます（ClO3）。第2段階では、二酸化塩素が4つの電子を受け取り、塩化物（Cl-）を形成します。水中には、二酸化塩素の生成によって形成される塩素酸塩（ClO3）も含まれています。塩素酸塩と亜塩素酸塩はどちらも酸化剤です。二酸化塩素、塩素酸塩、亜塩素酸塩は塩化ナトリウム（NaCl）に解離します。

二酸化塩素を使用して飲料水を消毒できますか？
1950年代、特に高pHでの二酸化塩素の殺生物能力飲料水処理では、主にマンガンや鉄などの無機成分を除去し、味や臭いを除去し、塩素関連の消毒副産物を減らすために使用されました。

飲料水処理では二酸化塩素消毒剤と酸化剤の両方として使用できます。これは、前酸化と後酸化の両方のステップに使用できます。地表水処理の前酸化段階で二酸化塩素を添加することにより、次の段階で藻類やバクテリアの成長を防ぐことができます。二酸化塩素は浮遊粒子を酸化し、凝固プロセスと水からの濁りの除去を助けます。

二酸化塩素は、バクテリアやウイルスの強力な消毒剤です。副産物である亜塩素酸塩（ClO2-）は、弱い殺菌剤です。水中では、二酸化塩素は少なくとも48時間殺生物剤として活性があり、その活性はおそらく塩素の活性を上回っています。
二酸化塩素は飲料水流通ネットワークでのバクテリアの増殖を防ぎます。また、流通ネットワークでのバイオフィルムの形成に対しても有効です。バイオフィルムは通常、打ち負かすのが難しいです。それは病原性微生物の上に保護層を形成します。ほとんどの消毒剤は、それらの保護された病原体に到達することはできません。しかし、二酸化塩素はバイオフィルムを取り除き、病原性微生物を殺します。二酸化塩素は、システム内で長期間活性を維持するため、バイオフィルムの形成も防ぎます。

二酸化塩素はどのくらいの量を投与する必要がありますか？
酸化前および有機物の0から、5〜2 mg / Lの二酸化塩素は、15〜30分の接触時間で必要です。水質によって必要な接触時間が決まります。消毒後は、0.2〜0.4 mg / Lの濃度が適用されます。亜塩素酸塩の残留副産物濃度は非常に低く、人の健康へのリスクはありません。

二酸化塩素を使用してプールを消毒できますか？
プールの消毒には、塩素（Cl2）と二酸化塩素（ClO2）の組み合わせを適用できます。二酸化塩素が水に加えられます。塩素は、次亜塩素酸（HOCl）および次亜塩素酸イオン（OCl-）としてすでに水中に存在しています。二酸化塩素は、フェノールなどの物質を分解します。二酸化塩素の利点は、水を消毒するために低濃度で使用できること、有機物とほとんど反応しないこと、消毒副生成物がほとんど生成されないことです。

二酸化塩素はどのくらいの量を投与する必要がありますか？
必要な消毒剤の量を最初に決定する必要があります。この量は、水に消毒剤を追加し、定義された接触時間後に残っている量を測定することによって決定できます。投与される二酸化塩素の量は、接触時間、pH、温度、および水中に存在する汚染の量によって異なります。

二酸化塩素を使用して冷却塔を消毒できますか？
二酸化塩素は、冷却塔を流れる水を消毒するために使用されます。また、バイオフィルムを除去し、冷却塔でのバイオフィルムの形成を防ぎます。バイオフィルムを除去することで、機器や配管の損傷や腐食を防ぎ、ポンプ効率を向上させます。二酸化塩素は、レジオネラ菌の除去にも効果的です。冷却塔の状況は、レジオネラ菌の増殖に理想的です。二酸化塩素には、5〜10のpHで効果があり、pHを調整するために酸を必要としないという利点があります。

二酸化塩素を使用する利点は何ですか？

利点
水の消毒のための塩素の代替または追加として二酸化塩素を使用することへの関心は、過去数年で高まっています。二酸化塩素は非常に効果的な細菌消毒剤であり、ウイルスを含む水の消毒には塩素よりもさらに効果的です。二酸化塩素は、耐塩素性病原体であるジアルジアとクリプトスポリジウムを効果的に不活化するため、注目を集めています。二酸化塩素はバイオフィルムを取り除き、防ぎます。
二酸化塩素による消毒は、悪臭の不快感を引き起こしません。フェノールを破壊し、臭いや味の問題を引き起こす可能性があります。二酸化塩素は、特に複雑な物質に含まれる場合、塩素よりも鉄とマンガンの除去に効果的です。

二酸化塩素は塩素化消毒副生成物を形成しますか？
塩素の代わりに二酸化塩素を使用する有害なハロゲン化消毒副生成物、たとえばトリハロメタンやハロゲン化酸性酸の形成を防ぎます。二酸化塩素は、アンモニア態窒素、アミン、その他の酸化性有機物とは反応しません。二酸化塩素は、トリハロメタンを形成する可能性のある物質を除去し、凝固を改善します。臭化物を酸化して臭素にすることはありません。水を含む臭化物を塩素またはオゾンで処理すると、臭化物は酸化されて臭素と次亜臭素酸になります。その後、これらは有機物質と反応して、ブロモホルムなどの臭素化消毒副生成物を形成します。

十分な消毒に必要な二酸化塩素濃度は高いですか？
二酸化塩素の使用は、水中の微生物汚染の健康リスクを低減し、同時に化学汚染と副産物のリスクを低減します。二酸化塩素は塩素よりも効果的な消毒剤であり、微生物を殺すのに必要な濃度をはるかに低くします。必要な接触時間も非常に短いです。

pH値は二酸化塩素の効率に影響しますか？
塩素とは異なり、二酸化塩素はpH 5〜10で効果的です。効率は高いと増加します。塩素の活性型はpHに大きく影響されますが、pH値。通常の状況では、二酸化塩素は加水分解しません。これが酸化電位が高く、消毒能力がpHの影響を受けない理由です。水の温度とアルカリ度の両方が効率に影響を与えません。消毒に必要な濃度では、二酸化塩素は腐食性ではありません。二酸化塩素は塩素よりも水溶性が高いです。過去数年間で、二酸化塩素を生成するためのより優れた安全な方法が開発されました。

図3：pHの影響効率は二酸化塩素よりも塩素の方が大きい

二酸化塩素は他の消毒剤と組み合わせて使用できますか？
二酸化塩素は、反応によって形成されるトリハロメタンとハロゲン化酸性酸の量を減らすために使用できます水中の有機物と塩素の反応。水が塩素化される前に、二酸化塩素が追加されます。水中のアンモニウムの量が減少します。その後に加えられる塩素は、亜塩素酸塩を二酸化塩素または塩素酸塩に酸化します。オゾンは、亜塩素酸イオンを塩素酸イオンに酸化するためにも使用できます。
クロラミンを使用することにより、硝化が流通ネットワークで起こります。これを調整するために、二酸化塩素が追加されます。
二酸化塩素による副産物の制御は、適切な消毒、特に臭素含有水と天然有機物との反応に起因する臭素含有トリハロメタンおよびハロゲン化酸性酸の還元と組み合わせて行うことができます。二酸化塩素自体は臭素と結合して次亜臭素酸や臭素酸塩を形成しませんが、塩素とオゾンは形成します。二酸化塩素は、オゾンの非特異的酸化がなく、優れた抗菌性を備えています。

二酸化塩素を使用することの欠点は何ですか？

二酸化塩素は爆発性ですか？
亜塩素酸ナトリウムと塩素ガスで二酸化塩素を生成する場合、塩素ガスの輸送と使用に関して安全対策を講じる必要があります。十分な換気ガスマスクが必要です。二酸化塩素ガスは爆発性です。
二酸化塩素は非常に不安定な物質です。日光に当たると分解します。
二酸化塩素の製造工程では、大量の塩素が生成されます。これは不利です。遊離塩素は有機物と反応して、ハロゲン化消毒副生成物を形成します。
二酸化塩素は副生成物を形成しますか？
二酸化塩素とその消毒副生成物である亜塩素酸塩と塩素酸塩は、透析患者に問題を引き起こす可能性があります。
二酸化塩素は効果的ですか？
二酸化塩素は一般に病原性微生物の不活化に効果的です。ロタウイルスや大腸菌の不活化にはあまり効果がありません。
二酸化塩素の使用コストはどれくらいですか？
二酸化塩素は塩素の約5〜10倍の費用がかかります。二酸化塩素は通常、現場で作られます。二酸化塩素のコストは、二酸化塩素の生成に使用される化学物質の価格によって異なります。二酸化塩素は、オゾンなどの他の消毒方法よりも安価です。

二酸化塩素の健康への影響は何ですか？

二酸化塩素ガス
消毒剤として二酸化塩素を使用している場合、二酸化塩素ガスは二酸化塩素を含む水溶液から逃げることができることを覚えておく必要があります。特に密閉された空間で消毒を行う場合、これは危険な場合があります。空気中の二酸化塩素濃度が10％以上になると、二酸化塩素は爆発性になります。
二酸化塩素の分解に起因する塩素への皮膚の急性暴露は、炎症や火傷を引き起こします。二酸化塩素に目がさらされると、刺激、水やり、視力障害を引き起こします。二酸化塩素ガスは皮膚に吸収され、組織や血球に損傷を与えます。二酸化塩素ガスを吸入すると、咳、喉の痛み、激しい頭痛、肺の浮腫、気管支のけいれんを引き起こします。症状は、曝露が行われた後も長く現れ始め、長期間続く可能性があります。二酸化塩素への慢性暴露は気管支炎を引き起こします。二酸化塩素の健康基準は0.1ppmです。

発生と生殖
二酸化塩素は生殖と発生に影響を与えると考えられています。しかし、この論文を根拠付けるには証拠が少なすぎます。さらなる研究が必要です。

変異性
エームス試験は、物質の変異性を決定するために使用されます。 エームス試験では、遺伝子組み換えされたサルモネラ菌を使用します。 遺伝物質を変化させる変異原性物質と接触しない限り、細菌コロニーは形成されません。 テストでは、5〜15 mg / LのClO2の存在が水の変異率を高めることが示されています。 二酸化塩素と二酸化塩素の副産物は殺生物剤であるため、その変異性を証明することは困難です。 殺生物剤は通常、突然変異誘発性を決定するために使用される指標生物を殺します。