Vattenbehandlingslösningar

Klordioxid
Klordioxid används främst som blekmedel. Som desinfektionsmedel är det effektivt även i låga koncentrationer på grund av dess unika egenskaper.

Figur 1: Sir Humphrey Day upptäckte klordioxid 1814.

När upptäcktes klordioxid?
Klordioxid upptäcktes 1814 av Sir Humphrey Davy. Han producerade gasen genom att hälla svavelsyra (H2SO4) på kaliumklorat (KClO3). Än han ersatte svavelsyra med hypoklorsyra (HOCl). Under de senaste åren har denna reaktion också använts för att producera stora mängder klordioxid. Natriumklorat (NaClO3) användes istället för kaliumklorat.
2NaClO3 + 4HCl ® 2ClO2 + Cl2 + 2NaCl + 2H2O

Vilka är kännetecknen för klordioxid?
Klordioxid (ClO2) är en syntetisk, grön-gulaktig gas med en klorliknande, irriterande lukt. Klordioxid är en neutral klorförening. Klordioxid skiljer sig mycket från elementärt klor, både i sin kemiska struktur och i dess beteende. Klordioxid är en liten, flyktig och mycket stark molekyl. I utspädda, vattniga lösningar är klordioxid en fri radikal. Vid höga koncentrationer reagerar den starkt med reduktionsmedel. Klordioxid är en instabil gas som dissocieras i klorgas (Cl2), syrgas (O2) och värme. När klordioxid fotooxideras av solljus faller den isär. Slutprodukterna av klordioxidreaktioner är klorid (Cl-), klorit (ClO-) och klorat (ClO3-).

Vid -59 ° C blir fast klordioxid en rödaktig vätska. Vid 11 ° C förvandlas klordioxid till gas.
Klordioxid är 2,4 gånger tätare än luft. Eftersom en flytande klordioxid har en större densitet än vatten.

Kan klordioxid upplösas i vatten?
En av de viktigaste egenskaperna hos klordioxid är dess höga vattenlöslighet, särskilt i kallt vatten. Klordioxid hydrolyserar inte när det kommer in i vatten; det förblir en upplöst gas i lösning. Klordioxid är ungefär tio gånger mer löslig i vatten än klor. Klordioxid kan avlägsnas genom luftning eller koldioxid.

Tabell 1: lösligheten av klordioxid i vatten

Hur kan klordioxid lagras?
Det bästa sättet att lagra klordioxid är som en vätska vid 4 ºC. Vid detta tillstånd är det ganska stabilt. Klordioxid kan inte lagras för länge eftersom det långsamt dissocieras till klor och syre. Den lagras sällan som en gas, eftersom den är explosiv under tryck. När koncentrationerna är högre än 10% klordioxid i luft, finns det en explosionsrisk. I en vattnig lösning förblir klordioxid stabil och löslig. Vattniga lösningar som innehåller cirka 1% ClO2 (10 g / L) kan förvaras säkert, under förutsättning att de är skyddade från ljus och värmeinterferens. Klordioxid transporteras sällan på grund av dess explosivitet och instabilitet. Det tillverkas vanligtvis på plats.

Hur produceras klordioxid?
Klordioxid är explosiv under tryck. Det är svårt att transportera och tillverkas vanligtvis på plats. Klordioxid produceras vanligtvis som en vattnig lösning eller gas. Den produceras i sura lösningar av natriumklorit (NaClO2) eller natriumklorat (NaClO3). För stora installationer används natriumklorit, klorgas (Cl2), natriumväteklorit (NaHClO2) och svavelsyra eller vätesyra för produktion av klordioxid på plats.
För att producera klordioxidgas, saltsyra (HCl) eller klor förenas med natriumklorit.

De viktigaste reaktionerna är:
2NaClO2 + Cl2 ® 2ClO2 + 2NaCl
(surt hypoklorit kan också användas som en alternativ källa för klor.)
Och:
5 NaClO2 + 4HCl ® 4 ClO2 + 5NaCl + 2H2O
(En nackdel med denna metod är att den är ganska farlig.)
Ett alternativ är:
2 NaClO2 + Na2S2O8 ® 2ClO2 + 2Na2SO4
Klordioxid kan också produceras genom reaktion av natriumhypoklorit med saltsyra:
HCl + NaOCl + 2NaClO2 ® 2ClO2 + 2NaCl + NaOH
Mängden klordioxid som produceras varierar mellan 0 och 50 g / L..

Vilka tillämpningar har klordioxid?
Klordioxid har många tillämpningar. Det används inom elektronikindustrin för att rengöra kretskort, i oljeindustrin för att behandla sulfider och för att bleka textil och ljus. Under andra världskriget blev klor knappt och klordioxid användes som blekmedel.
Numera används klordioxid oftast för att bleka papper. Det ger en klarare och starkare fiber än klor gör. Klordioxid har fördelen att den producerar mindre skadliga biprodukter än klor.
Klordioxidgas används för att sterilisera medicinsk utrustning och laboratorieutrustning, ytor, rum och verktyg.
Klordioxid kan användas som oxidationsmedel eller desinfektionsmedel.Det är en mycket stark oxidator och dödar effektivt patogena mikroorganismer som svampar, bakterier och virus. Det förhindrar och tar även bort biofilm. Som desinfektionsmedel och bekämpningsmedel används det främst i flytande form. Klordioxid kan också användas mot mjältbrand, eftersom den är effektiv mot sporbildande bakterier.

Klordioxid som oxidator
Som oxidator är klordioxid mycket selektiv. Den har denna förmåga på grund av unika elektronutbytesmekanismer. Klordioxid angriper de elektronrika centra för organiska molekyler. En elektron överförs och klordioxid reduceras till klorit (ClO2-).

Figur 2: klordioxid är mer selektiv som oxidationsmedel än klor. Vid dosering av samma koncentrationer är den kvarvarande koncentrationen av klordioxid mycket högre vid kraftig förorening än den kvarvarande koncentrationen av klor.

Genom att jämföra oxidationsstyrkan och oxidationsförmågan hos olika desinfektionsmedel kan man dra slutsatsen att klordioxid är effektiv vid låga koncentrationer. Klordioxid är inte lika reaktiv som ozon eller klor och reagerar endast med svavelsubstanser, aminer och några andra reaktiva organiska ämnen. Jämfört med klor och ozon krävs mindre klordioxid för att erhålla ett aktivt kvarvarande desinfektionsmedel. Den kan också användas när det finns en stor mängd organiskt material.
Oxidationsstyrkan beskriver hur starkt ett oxidationsmedel reagerar med ett oxiderbart ämne. Ozon har den högsta oxidationsstyrkan och reagerar med alla ämnen som kan oxideras. Klordioxid är svag, den har en lägre potential än hypoklorsyra eller hypobrös syra.
Oxidationskapaciteten visar hur många elektroner som överförs vid en oxidations- eller reduktionsreaktion. Kloratomen i klordioxid har ett oxidationsnummer på +4. Av denna anledning accepterar klordioxid 5 elektroner när den reduceras till klorid. När vi tittar på molekylvikten innehåller klordioxid 263% ”tillgängligt klor”; detta är mer än 2,5 gånger oxidationskapaciteten för klor.

Tabell 2: oxidationspotentialerna för olika oxidanter.

Följande jämförelser visar vad som händer när klordioxid reagerar. Först tar klordioxid upp en elektron och reduceras till klorit:
ClO2 + e- ® ClO2-
Kloritjonen oxideras och blir en kloridjon:
ClO2- + 4H + + 4e- ® Cl- + 2H2O
Dessa jämförelser antyder att klordioxid reduceras till klorid och att den under denna reaktion accepterar 5 elektroner. Kloratomen kvarstår tills stabil klorid bildas. Detta förklarar varför inga klorerade ämnen bildas. När klor reagerar accepterar det inte bara elektroner; det deltar också i additions- och substitutionsreaktioner. Under dessa reaktioner tillsätts en eller flera kloratomer till det främmande ämnet.

Tabell 3: tillgängligheten av klor per molvikt

agent	tillgängligt klor (%)
klor (Cl2)	100
blekningspulver	35-37
kalciumhypoklorit (Ca (OCl) 2)	99,2
kommersiellt kalciumhypoklorit	70-74
natriumhypoklorit (NaOCl)	95,2
industriell blekmedel	12-15
blekmedel för husholdning	3-5
klordioxid	263,0
monokloramin	137,9
dikloramin	165,0
trikloramin	176,7

Oxiderar klordioxid på samma sätt som klor?
I motsats till ch lorin, klordioxid reagerar inte med ammoniakkväve (NH3) och reagerar knappast med elementära aminer. Det oxiderar nitrit (N02) till nitrat (NO3). Det reagerar inte genom att bryta kolförbindelser. Ingen mineralisering av organiska ämnen sker. Vid neutralt pH eller vid höga pH-värden reducerar svavelsyra (H2SO4) klordioxid till kloritjoner (ClO2-). Under alkaliska omständigheter bryts klordioxid ner till klorit och klorat (ClO3-):
2ClO2 + 2OH- = H2O + ClO3- + ClO2-

Denna reaktion katalyseras av väte (H +) joner. Halveringstiden för vattniga lösningar av klordioxid minskar vid ökande pH-värden. Vid lågt pH reduceras klordioxid till kloridjoner (Cl-).

Framställer klordioxid biprodukter?
Ren klordioxidgas som appliceras på vatten ger mindre desinfektionsbiprodukter än oxidatorer, såsom klor. I motsats till ozon (O3) producerar ren klordioxid inte bromid (Br-) joner till bromatjoner (BrO3-), såvida den inte genomgår fotolys.Dessutom producerar klordioxid inte stora mängder aldehyder, ketoner, ketonsyror eller andra desinfektionsbiprodukter som härrör från ozonisering av organiska ämnen.

Vilka är desinfektionsapplikationerna av klordioxid?

Dricksvattenbehandling är den huvudsakliga applikationen för desinfektion med klordioxid. Tack vare dess adekvata biocidförmåga används klordioxid också i andra branscher idag. Exempel är desinfektion av avloppsvatten, behandling av industriellt processvatten, desinfektion av kyltorn, industriell luftrening, musselkontroll, produktion och behandling av livsmedel, oxidation av industriellt avfall och gassterilisering av medicinsk utrustning.

Hur desinficerar klordioxid ?
Klordioxid desinficerar genom oxidation. Det är den enda biociden som är en molekylär fri radikal. Den har 19 elektroner och har en preferens för ämnen som avger eller tar upp en elektron. Klordioxid reagerar endast med ämnen som avger en elektron. Klor, tvärtom, lägger till en kloratom till eller ersätter en kloratom från det ämne den reagerar med.

Hur fungerar desinfektion med klordioxid?
Ämnen av organisk natur i bakterieceller reagerar med klordioxid , vilket orsakar att flera cellulära processer avbryts. Klordioxid reagerar direkt med aminosyror och RNA i cellen. Det är inte klart om klordioxid angriper cellstrukturen eller syrorna inuti cellen. Produktionen av proteiner förhindras. Klordioxid påverkar cellmembranet genom att ändra membranproteiner och fetter och genom att förhindra inandning.
När bakterier elimineras trängs cellväggen av klordioxid. Virus elimineras på ett annat sätt; klordioxid reagerar med pepton, en vattenlöslig substans som härrör från hydrolys av proteiner till aminosyror. Klordioxid dödar virus genom att förhindra proteinbildning. Klordioxid är effektivare mot virus än klor eller ozon.

Kan klordioxid användas mot protozoan parasiter?
Klordioxid är ett av ett antal desinfektionsmedel som är effektiva mot Giardia Lambia och Cryptosporidium parasiter, som finns i dricksvatten och inducerar sjukdomar som kallas ”giardiasis” och ”cryptosporidiosis”. Det bästa skyddet mot protozoiska parasiter som dessa är desinfektion med en kombination av ozon och klordioxid.

Kan mikroorganismer bli resistenta mot klordioxid?
Klordioxid som desinfektionsmedel har fördelen att det reagerar direkt med mikroorganismernas cellvägg. Denna reaktion är inte beroende av reaktionstid eller koncentration. Till skillnad från icke-oxiderande desinfektionsmedel dödar klordioxid mikroorganismer även när de är inaktiva. Därför är klordioxidkoncentrationen som behövs för att effektivt döda mikroorganismer lägre än icke-oxiderande desinfektionsmedelkoncentrationer. Mikroorganismer kan inte bygga upp någon resistens mot klordioxid.

Kan klordioxid användas mot biofilm?
Klordioxid förblir gasformig i lösningen. Klordioxidmolekylen är kraftfull och har förmågan att gå igenom hela systemet. Klordioxid kan tränga igenom slemlagren av bakterier, eftersom klordioxid lätt upplöses, även i kolväten och emulsioner. Klordioxid oxiderar polysackaridmatrisen som håller biofilmen ihop. Under denna reaktion reduceras klordioxid till kloritjoner. Dessa är uppdelade i bitar av biofilm som förblir stabila. När biofilmen börjar växa igen bildas en sur miljö och kloritjoner omvandlas till klordioxid. Denna klordioxid tar bort den återstående biofilmen.

Vad är desinfektionsbiprodukterna av klordioxid?
Reaktionsprocessen av klordioxid med bakterier och andra ämnen sker i två steg. Under denna process bildas desinfektionsbiprodukter som förblir i vattnet. I det första steget accepterar klordioxidmolekylen en elektron och klorit bildas (ClO3). I det andra steget accepterar klordioxid 4 elektroner och bildar klorid (Cl-). I vattnet kan man också hitta klorat (ClO3), som bildas genom produktion av klordioxid. Både klorat och klorit är oxidationsmedel. Klordioxid, klorat och klorit dissocieras i natriumklorid (NaCl).

Kan klordioxid användas för att desinficera dricksvatten?
På 1950-talet är klordioxidens biocidförmåga, särskilt vid högt pH värden, var känd. För behandling av dricksvatten användes den primärt för att avlägsna oorganiska komponenter, till exempel mangan och järn, för att avlägsna smak och lukt och för att minska klorrelaterade desinfektionsbiprodukter.

För dricksvattenbehandling klordioxid kan användas både som desinfektionsmedel och som oxidationsmedel.Den kan användas för både föroxidations- och postoxidationssteg. Genom att tillsätta klordioxid i föroxideringssteget vid ytvattenbehandling kan tillväxt av alger och bakterier förhindras i följande steg. Klordioxid oxiderar flytande partiklar och hjälper koagulationsprocessen och avlägsnande av grumlighet från vatten.

Klordioxid är ett kraftfullt desinfektionsmedel för bakterier och virus. Biprodukten, klorit (ClO2-), är ett svagt bakteriedödande medel. I vatten är klordioxid aktiv som en biocid i minst 48 timmar, dess aktivitet överträffar sannolikt den för klor.
Klordioxid förhindrar tillväxt av bakterier i dricksvattens distributionsnätverk. Det är också aktivt mot bildandet av biofilm i distributionsnätverket. Biofilm är vanligtvis svår att besegra. Det bildar ett skyddande skikt över patogena mikroorganismer. De flesta desinfektionsmedel når inte de skyddade patogenerna. Klordioxid avlägsnar dock biofilmer och dödar patogena mikroorganismer. Klordioxid förhindrar också bildning av biofilm, eftersom den förblir aktiv i systemet under lång tid.

Hur mycket klordioxid ska doseras?
För föroxidering och minskning av organiska ämnen mellan 0 , Krävs 5 och 2 mg / l klordioxid vid en kontakttid mellan 15 och 30 minuter. Vattenkvaliteten bestämmer erforderlig kontakttid. För efter desinfektion appliceras koncentrationer mellan 0,2 och 0,4 mg / L. Den återstående biproduktkoncentrationen av klorit är mycket låg och det finns inga risker för människors hälsa.

Kan klordioxid användas för att desinficera simbassänger?
För desinfektion av simbassänger kan kombinationen av klor (Cl2) och klordioxid (ClO2) appliceras. Klordioxid tillsätts till vattnet. Klor finns redan i vattnet som hypoklorsyra (HOCl) och hypokloritjoner (OCl-). Klordioxid bryter ner ämnen, såsom fenoler. Fördelarna med klordioxid är att den kan användas i låga koncentrationer för att desinficera vatten, att det knappast reagerar med organiskt material och att lite desinfektionsbiprodukter bildas.

Hur mycket klordioxid ska doseras?
Mängden desinfektionsmedel som behövs måste bestämmas först. Denna mängd kan bestämmas genom att tillsätta desinfektionsmedel i vattnet och mäta mängden som finns kvar efter en definierad kontakttid. Mängden klordioxid som doseras beror på kontakttiden, pH, temperaturen och mängden föroreningar som finns i vattnet.

Kan klordioxid användas för att desinficera kyltorn?
Klordioxid används för att desinficera vattnet som strömmar genom kyltorn. Det tar också bort biofilmer och förhindrar bildande av biofilm i kyltorn. Avlägsnande av biofilm förhindrar skador på och korrosion av utrustning och rörledningar och gör att pumpens effektivitet förbättras. Klordioxid är också effektivt för att ta bort legionellabakterier. Omständigheterna i kyltorn är idealiska för tillväxt av Legionella-bakterier. Klordioxid har fördelen att den är effektiv vid ett pH mellan 5 och 10 och att inga syror krävs för att justera pH.

Vilka är fördelarna med användning av klordioxid?

Fördelar
Intresset för användning av klordioxid som ett alternativ för eller tillsats av klor för desinfektion av vatten har ökat de senaste åren. Klordioxid är ett mycket effektivt bakteriedesinfektionsmedel och det är ännu mer effektivt än klor för desinfektion av vatten som innehåller virus. Klordioxid har återfått uppmärksamhet eftersom den effektivt inaktiverar de klorresistenta patogenerna Giardia och Cryptosporidium. Klordioxid avlägsnar och förhindrar biofilm.
Desinfektion med klordioxid orsakar inte luktproblem. Det förstör fenoler, vilket kan orsaka lukt och smakproblem. Klordioxid är effektivare för avlägsnande av järn och mangan än klor, särskilt när dessa finns i komplexa ämnen.

Bildar klordioxid klorerade desinfektionsbiprodukter?
Användningen av klordioxid istället för klor förhindrar bildandet av skadliga halogenerade desinfektionsbiprodukter, till exempel trihalometaner och halogenerade sura syror. Klordioxid reagerar inte med ammoniakkväve, aminer eller annat oxiderbart organiskt material. Klordioxid avlägsnar ämnen som kan bilda trihalometaner och förbättrar koagulering. Det oxiderar inte bromid till brom. När bromidinnehållande vatten behandlas med klor eller ozon oxideras bromid till brom och hypobrom syra. Därefter reagerar dessa med organiskt material för att bilda bromerade desinfektionsbiprodukter, till exempel bromoform.

Behövs klordioxidkoncentrationen för tillräcklig desinfektion hög?
Användningen av klordioxid minskar hälsorisken för mikrobiella föroreningar i vatten och minskar samtidigt risken för kemiska föroreningar och biprodukter. Klordioxid är ett mer effektivt desinfektionsmedel än klor, vilket gör att den erforderliga koncentrationen för att döda mikroorganismer blir mycket lägre. Den erforderliga kontakttiden är också mycket låg.

Påverkar pH-värdet klordioxideffektiviteten?
I motsats till klor är klordioxid effektiv vid ett pH mellan 5 och 10. Effektiviteten ökar vid hög pH-värden, medan de aktiva formerna av klor påverkas i hög grad av pH. Under normala omständigheter hydrolyserar inte klordioxid. Det är därför oxidationspotentialen är hög och desinfektionskapaciteten inte påverkas av pH. Både temperaturen och alkaliniteten i vattnet påverkar inte effektiviteten. Vid de koncentrationer som krävs för desinfektion är klordioxid inte frätande. Klordioxid är mer vattenlöslig än klor. Under de senaste åren har bättre och säkrare metoder för klordioxidproduktion utvecklats.

Figur 3: pH-påverkan på effektivitet är större för klor än för klordioxid

Kan klordioxid användas i kombination med andra desinfektionsmedel?
Klordioxid kan användas för att minska mängden trihalometaner och halogenerade syror, bildade genom reaktionen klor med organiskt material i vatten. Innan vattnet kloreras tillsätts klordioxid. Mängden ammonium i vattnet minskar. Det klor som tillsätts efteråt oxiderar klorit till klordioxid eller klorat. Ozon kan också användas för att oxidera klorjoner till kloratjoner.
Genom användning av kloraminer kan nitrifikering äga rum i distributionsnätet. För att reglera detta tillsätts klordioxid.
Kontroll av biprodukter med klordioxid kan ske i kombination med adekvat desinfektion, särskilt minskning av brominnehållande trihalometaner och halogenerade sura syror som härrör från reaktionen av brominnehållande vatten med naturligt organiskt material. Själva klordioxiden i kombination med brom bildar inte hypobrom syra eller bromat, medan klor och ozon gör det. Klordioxid har utmärkta antimikrobiologiska egenskaper utan ospecifik oxidation av ozon.

Vilka är nackdelarna med användningen av klordioxid?

Är klordioxid explosiv?
Vid framställning av klordioxid med natriumklorit och klorgas måste säkerhetsåtgärder vidtas med avseende på transport och användning av klorgas. Tillräcklig ventilation och gasmasker krävs. Klordioxidgas är explosiv.
Klordioxid är ett mycket instabilt ämne. när den kommer i kontakt med solljus sönderdelas den.
Under klordioxidproduktionsprocesser bildas stora mängder klor. Detta är en nackdel. Fritt klor reagerar med organiskt material för att bilda halogenerade desinfektionsbiprodukter.
Bildar klordioxid biprodukter?
Klordioxid och desinfektion av biprodukter klorit och klorat kan skapa problem för dialyspatienter.
Är klordioxid effektiv?
Klordioxid är i allmänhet effektiv för deaktivering av patogena mikroorganismer. Det är mindre effektivt för deaktivering av rotavirus och E. coli-bakterier.
Vad är kostnaden för klordioxidanvändning?
Klordioxid är ungefär 5 till 10 gånger dyrare än klor. Klordioxid tillverkas vanligtvis på plats. Kostnaderna för klordioxid beror på priset på de kemikalier som används för att producera klordioxid. Klordioxid är billigare än andra desinfektionsmetoder, såsom ozon.

Vilka är hälsoeffekterna av klordioxid?

Klordioxidgas
Medan klordioxid används som desinfektionsmedel måste man komma ihåg att klordioxidgas kan fly från en vattnig lösning som innehåller klordioxid. Särskilt när desinficering sker i ett tillslutet utrymme kan detta vara farligt. När klordioxidhalterna når 10% eller mer i luft blir klordioxid explosiv.
Akut exponering av huden för klor som härrör från nedbrytningen av klordioxid, orsakar irritationer och brännskador. Ögon exponering ögon för klordioxid orsakar irritationer, vattnar ögonen och en suddig syn. Klordioxidgas kan absorberas av huden, där den skadar vävnad och blodkroppar. Inandning av klordioxidgas orsakar hosta, ont i halsen, svår huvudvärk, lungödem och bronkiospasma. Symtomen kan börja visa sig långt efter att exponeringen har ägt rum och kan förbli länge. Kronisk exponering för klordioxid orsakar bronkit. Hälsostandarden för klordioxid är 0,1 ppm.

Utveckling och reproduktion
Klordioxid anses ha effekter på reproduktion och utveckling. Det finns dock för lite bevis för att grunda denna avhandling.Ytterligare forskning krävs.

Mutagenitet
Ames-testet används för att bestämma mutageniteten hos ett ämne. Ames-testet använder Salmonella-bakterier som är genetiskt modifierade. Inga bakteriekolonier bildas, såvida de inte kommer i kontakt med en mutagen substans som förändrar genetiskt material. Tester visar att närvaron av 5-15 mg / L ClO2 ökar mutageniteten hos vatten. Det är svårt att bevisa mutageniteten hos klordioxid och klordioxidbiprodukter, eftersom ämnena är biocider. Biocider dödar vanligtvis indikatororganismerna som används för att bestämma mutagenitet.