二氧化氯在飲用水消毒上的應(yīng)用前景分析.

1、二氧化氯在飲用水消毒上的應(yīng)用前景分析飲用水是否衛(wèi)生和安全直接關(guān)系到人類的生命與健康，目前雖然有不少人開始喝 純凈水、礦泉水，但中國(guó)人絕大多數(shù)喝的仍是天然水體經(jīng)常規(guī)處理工藝處理后的 自來(lái)水。由于天然水體受到的各種污染日趨嚴(yán)重，自來(lái)水仍采用液氯進(jìn)行消毒，將造成水中存在不安全隱患。目前，我國(guó)自來(lái)水廠大部分采用液氯進(jìn)行水的消毒，液氯在消毒過(guò)程中與水中存 在的腐殖質(zhì)及其他有機(jī)物作用會(huì)產(chǎn)生氯仿等有機(jī)鹵代物。美國(guó)環(huán)保局曾指出，在 用液氯消毒的飲用水中，有機(jī)鹵代烴類化合物普遍存在，其中氯仿、溴仿、一溴 二氯甲烷、二溴一氯甲烷等有機(jī)鹵代物含量最多?？茖W(xué)家經(jīng)過(guò)大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究證明，氯仿為致癌物，一溴二氯甲烷、二溴

2、一氯甲 烷具有使肝、腎中毒的作用，它們對(duì)人體的危害已被世界公認(rèn)。美國(guó)、加拿大、 日本等國(guó)家的學(xué)者經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，在有機(jī)鹵代烴含量高的區(qū)域，胃癌、肝癌和 膀胱癌的發(fā)病死亡率明顯增高。我國(guó)臺(tái)灣成功大學(xué)楊倍昌教授研究了臺(tái)灣地區(qū)14個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)用液氯進(jìn)行飲用水消毒與癌癥危險(xiǎn)性關(guān)系，并與13 個(gè)未用液氯消毒的鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在 19811991 年間，用液氯消毒的鄉(xiāng)鎮(zhèn)其結(jié)腸癌、膀胱 癌、肺癌及腎癌的死亡率明顯高于未加液氯的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。我國(guó)曾規(guī)定飲用水中氯仿的含量不得超過(guò) 60 微克/升，美國(guó)則更為嚴(yán)格，規(guī)定氯 仿、一溴二氯甲烷和二溴一氯甲烷的總含量不得超過(guò) 80 微克/升。但是，采用液 氯進(jìn)行飲用水的消毒，氯

3、仿含量超標(biāo)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。前不久，非典疫情暴發(fā)，有 的電視臺(tái)還專門報(bào)道不少水廠都在加大消毒劑的投放量，以確保安全，但卻增加了以上致癌物質(zhì)產(chǎn)生的幾率。由于液氯消毒飲用水存在不安全隱患，世界衛(wèi)生組織和世界糧農(nóng)組織已向全世界 推薦A1 級(jí)廣譜、安全和高效的消毒劑-二氧化氯。目前，歐洲各國(guó)、美國(guó)和加拿大等的大多數(shù)水廠都已使用該消毒劑。美國(guó)環(huán)保局將二氧化氯作為替代液氯 的首選消毒劑，并對(duì)二氧化氯用于飲用水消毒做了具體規(guī)定。意大利不僅采用二 氧化氯處理飲用水，而且還將其用于鋼廠、電廠、紙漿廠和石油化工廠等用水和 冷卻水系統(tǒng)中控制生物污染的藥劑。我國(guó)目前也有幾十家水廠采用二氧化氯消毒0二氧化氯之所以被廣泛接受

4、，主要原因有四點(diǎn)：二氧化氯在失活病毒及其他微生 物方面比液氯更有效，即殺菌效果明顯好于液氯；二氧化氯在水中不形成氯仿等 對(duì)人體健康有害的有機(jī)鹵代物；二氧化氯殺菌特性幾乎不受pH 影響；二氧化氯可用于控制藻類、腐敗植物和酚類化合物產(chǎn)生的嗅和味等。據(jù)有關(guān)資料介紹，目前我國(guó)已擁有用高純二氧化氯替代液氯進(jìn)行飲用水消毒的成 熟技術(shù)。這其中包括生產(chǎn)穩(wěn)定性二氧化氯及其活化技術(shù)，生產(chǎn)二氧化氯發(fā)生器設(shè) 備的技術(shù)。并有準(zhǔn)確分析水中二氧化氯、氯氣、亞氯酸根和氯酸根的方法，為我國(guó)推廣二氧化氯消毒飲用水提供了技術(shù)保障。從成本上分析，采用現(xiàn)場(chǎng)制備二氧 化氯的方式進(jìn)行飲用水消毒的成本較液氯僅高出0. 0035 元/噸水左右

5、，采用穩(wěn)定性二氧化氯的綜合成本稍高，約為 0.10.2 元/噸水。1. 二氧化氯簡(jiǎn)介二氧化氯為黃綠色氣體，帶有一種與氯氣或臭氧類似的特征氣味，分子式為CIO2，分子量為 67.45。二氧化氯以自由基單體存在，氯一氧鍵表現(xiàn)出明顯的雙鍵特征，鍵角為 117.5鍵長(zhǎng)為 1.47A。比重為 3.09 克/升（11C），熔點(diǎn)-59.5 0C,沸點(diǎn) 99C（壓力為 731 mmHg 時(shí)的沸點(diǎn)）。在 20C和 30 mmHg 壓力下，二氧化氯在水 中的溶解度為 2.9 克/升。在水中能被光分解，與氨不起反應(yīng)。二氧化氯對(duì)人體有 刺激，當(dāng)大氣中二氧化氯含量為 14mg/L 時(shí)，就可使人覺察；45mg/L 時(shí)，明

6、顯地 刺激呼吸道；另外，當(dāng)二氧化氯在空氣中的體積濃度超過(guò)10%時(shí)會(huì)有爆炸性，但在水溶液中則無(wú)危險(xiǎn)性，因此在使用二氧化氯時(shí)要非常小心。二氧化氯的揮發(fā)性 較大，稍一曝氣即從溶液中逸出。溫度升高、曝光或與有機(jī)質(zhì)相接觸，也會(huì)發(fā)生 爆炸。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，二氧化氯須避光保存，一般情況下，得現(xiàn)場(chǎng)制備， 現(xiàn)場(chǎng)使用。2. 二氧化氯的產(chǎn)生二氧化氯可以通過(guò)以下多種方法產(chǎn)生：1） 硫酸法制造二氧化氯2NaCIO3+SO2+H2SO4=2CIO2+Na2SO4+H2SO42） 二氧化硫法制造二氧化氯2NaCIO3+SO2=2CIO2+Na2SO43） 甲醇法制造二氧化氯2NaCIO3+CH3OH+H2SO4=2CI

7、O2+HCIO+Na2SO4+2H2O4） 硫酸-氯化鈉法制造二氧化氯2NaCIO3+2NaCI+H2SO4=2CIO2+CI2+Na2SO4+2H2O5） 鹽酸法制造二氧化氯NaCIO3+2HCI= CIO2+1/2CI2+ NaCI+ H2O6） 亞氯酸鈉-硫酸反應(yīng)10 NaCIO2+ H2SO4=8 CIO2+5 Na2SO4+2HCI+4H2O7） 亞氯酸鈉-鹽酸反應(yīng)5NaCIO2+4HCI=4 CIO2+5 NaCI+2H2O8） 亞氯酸鈉-次氯酸鈉-酸反應(yīng)2NaCIO2+HOCI=2CIO2+NaCI+NaOH9） 亞氯酸鈉和氯氣反應(yīng)2NaCIO2+CI2=2CIO2+2NaCI具

8、體生產(chǎn)時(shí)要根據(jù)所需的量和純度來(lái)選擇。反應(yīng)69 在原料、副反應(yīng)、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品純度、操作等方面更為合理，為目前所普遍采用。3.二氧化氯用于飲用水消毒劑的主要特點(diǎn)1） 消毒特性二氧化氯是高效的消毒劑和殺菌劑，在相同的劑量下，其性能優(yōu)于氯氣，這一點(diǎn) 不論在實(shí)驗(yàn)室、小型試驗(yàn)場(chǎng)還是在大規(guī)模飲用水及廢水處理中得到證實(shí)。二氧化 氯在水中不會(huì)水解，所以在很寬的 PH 值范圍內(nèi)的殺菌效果是比較穩(wěn)定的。在 PH 值為 6.5 時(shí)，濃度為 0.25mg/L 的二氧化氯與氯氣對(duì)大腸桿菌一分鐘殺滅率基本相 同。而在 PH 值為 8.5時(shí)二氧化氯仍保持相同的殺菌效率，而氯氣則需要5 倍的時(shí)間。二氧化氯對(duì)于其他傳染性細(xì)菌同樣

9、具有高效的殺滅性，比如葡萄球菌和沙門氏 菌。用劑量為 2mg/L 的二氧化氯殺菌的存活率比用 10mg/L 的氯氣低得多。一個(gè) 消毒劑用于消毒時(shí)，必須具有特定的微生物殺滅或去活性的標(biāo)準(zhǔn)。通常根據(jù)EPA（環(huán)境保護(hù)組織）對(duì)消毒的定義，以 CT 值（即濃度*接觸時(shí)間的函數(shù)）看，二氧 化氯要使 99.9%的 Giardfia lamblia 抱子或 99.99%的傷寒病毒失去活性都有可靠的 保證。根據(jù)美國(guó)環(huán)保總署（EPA）的規(guī)定，二氧化氯在飲用水中最大消毒殘留水 平（MRDL）為 0.8mg/L，其消毒畐寸產(chǎn)物一一亞氯酸根離子的最大污染物水（MCL）為 1.0 mg/Lo因此在二氧化氯用于飲用水消毒時(shí)

10、，只要不超過(guò)以上規(guī)定就可以認(rèn)為 是安全的。2） 對(duì) THMs 的控希 9近來(lái)研究表明，氯氣與水中的腐植物質(zhì)反應(yīng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氯仿和其他氯化和溴化有 機(jī)衍生物，統(tǒng)稱為三氯甲烷（THMs）。國(guó)際腫瘤研究組織（IARC ）和美國(guó)國(guó)家 毒理綱（NTP）都已證實(shí)氯仿對(duì)動(dòng)物有致癌作用。二氧化氯和氯氣與THM 前體的反應(yīng)是完全不同的。二氧化氯主要發(fā)生氧化反應(yīng)，而氯氣則同時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng) 和親電取代反應(yīng)，產(chǎn)生易揮發(fā)的和不易揮發(fā)的氯化有機(jī)物（ THMs ）。二氧化氯 與 THM 的前體反應(yīng)，使他們無(wú)反應(yīng)性或不會(huì)形成 THM。這說(shuō)明用二氧化氯對(duì)原 水進(jìn)行預(yù)處理會(huì)有效減少 THM 的產(chǎn)生。3） 對(duì)味和嗅的控制（氧化作用）

11、飲用水中如果存在較為嚴(yán)重的味和嗅，會(huì)影響人們的飲用。而二氧化氯在破壞產(chǎn) 生味和嗅的各種物質(zhì)的性質(zhì)方面要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于氯氣。因此，它一直用于飲用水味和 嗅的控制。酚類化合物中，鄰-氯酚在低濃度下就產(chǎn)生令人不愉快的氣味，二氧 化氯能有效破壞氯酚。二氧化氯能有效控制藻類的生長(zhǎng)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，二氧化氯 破壞葉綠素中的吡咯環(huán)，使葉綠素失活。據(jù)報(bào)道，控制藻類污染的劑量為 1mg/L。二氧化氯與錳反應(yīng)將其氧化為二氧化錳2CIO2+5 Mn 2+6H2O=5 MnO 2+12H+2CI-二氧化錳不溶于水，可在濾池去除。二氧化氯能迅速將Fe2+氧化為 Fe3+,以氫氧化鐵的形式沉淀析出CIO2+5Fe(HCO2)2+2

12、H2O=5Fe(OH)3+H+CI-+10CO2二氧化氯能將硫化物迅速氧化為硫酸鹽。4)對(duì)色度的控制二氧化氯具有較強(qiáng)的氧化作用，所以有較好的脫色作用。例如江南太湖系某河 流，在初春其原水色度為 17 度，而傳統(tǒng)的水處理工藝，即反應(yīng)、沉淀、過(guò)濾、 液氯消毒只能脫色 4 度，即達(dá)到 14 度，而當(dāng)投加二氧化氯時(shí)，則色度有顯著降 低，如當(dāng)預(yù)投加二氧化氯 0.5mg/L 時(shí)，色度可降低至 11 度；當(dāng)預(yù)投加二氧化氯 1.0mg/L,色度可降低至 10 度；當(dāng)預(yù)投加二氧化氯 1.5mg/L(或大于 1.5mg/L)時(shí)， 色度可降低至 9 度，也即傳統(tǒng)的水處理工藝，其脫色效率只能達(dá)到23.5%，而二氧化氯

13、對(duì)低色度的原水，其脫色效率可以達(dá)到 47.0%。4.二氧化氯的應(yīng)用目前，我國(guó)二氧化氯的應(yīng)用比較普遍。在食品、衛(wèi)生、醫(yī)療、工業(yè)用水、污水處 理和生活飲用水等多方面都有應(yīng)用。但是由于我國(guó)對(duì)二氧化氯的研究較晚，其實(shí) 際應(yīng)用與廣闊的市場(chǎng)相比還是十分有限的。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上與二氧化氯有關(guān)的產(chǎn)品種類較多。根據(jù)了解主要有兩種形式：一種是 各種穩(wěn)定性二氧化氯產(chǎn)品， 產(chǎn)品形式主要有液體和固體粉劑兩種。 這類型產(chǎn)品由 于其穩(wěn)定性高，可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存，使用較為方便，所以主要應(yīng)用于一些周期性的、 比較集中的、臨時(shí)性的局部消毒場(chǎng)所，比如食品加工企業(yè)的設(shè)備、空氣系統(tǒng)的消 毒，醫(yī)院賓館、飯店的消毒，以及家庭的局部消毒等場(chǎng)所。從經(jīng)濟(jì)角

14、度講，這種 消毒方式的綜合成本較高，如果應(yīng)用于飲用水消毒，處理綜合成本約為0.10.2元/噸水。從消毒工藝上講，其操作比較簡(jiǎn)便，設(shè)備也很簡(jiǎn)單，有些場(chǎng)所甚至不需 要專用設(shè)備，只需要簡(jiǎn)單的溶解容器即可進(jìn)行消毒操作。第二種是代理國(guó)外的產(chǎn) 品或國(guó)內(nèi)自行研制生產(chǎn)的二氧化氯發(fā)生器，這類產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)也有幾十種之多，產(chǎn) 品性能參差不齊。這種產(chǎn)品的特點(diǎn)是采用兩種或兩種以上的化工原料，通過(guò)發(fā)生 器現(xiàn)場(chǎng)制備二氧化氯直接用于消毒生產(chǎn)，根據(jù)前面介紹，性能較好的設(shè)備生產(chǎn)二 氧化氯的純度要高于 95%，安全性也是比較有保障的，廣泛應(yīng)用于飲用水、污水 以及游泳池等消毒場(chǎng)所。從經(jīng)濟(jì)角度講，這種消毒方式的綜合成本較氯氣的成本 略高

15、一些，但比采用穩(wěn)定性二氧化氯產(chǎn)品要低得多。與第一種方式比較，這種方 式需要專用生產(chǎn)設(shè)備，工藝相對(duì)比較復(fù)雜。綜合以上兩種二氧化氯應(yīng)用方式，作者認(rèn)為這兩種方式各有其不可替代的特點(diǎn)。穩(wěn)定性二氧化氯的產(chǎn)品種類繁多，有各種形式的消毒劑和保鮮劑，應(yīng)用范圍十分 廣泛，而且其具有使用操作簡(jiǎn)便，可以根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行消毒的優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)傳 染病的控制時(shí)，更體現(xiàn)了其定點(diǎn)、及時(shí)、迅速、有效的優(yōu)點(diǎn)。這種方式的相對(duì)成本較高，因此不易持續(xù)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間。而二氧化氯發(fā)生器相對(duì)處理成本較低因此主要 適用于連續(xù)性、日常性的消毒場(chǎng)合，比如飲用水廠、污水廠等，國(guó)內(nèi)的許多水廠 就是應(yīng)用這種方式，比如廣西玉林玉州區(qū)江南自來(lái)水廠今年7 月就建成兩

16、套先進(jìn)的二氧化氯自來(lái)水消毒設(shè)備，有效地改善了飲用水水質(zhì)。但是，目前我國(guó) 在推廣使用二氧化氯的過(guò)程中還存在一些制約因素。首先是觀念的轉(zhuǎn)變，這其中 既包括供水單位和企業(yè)的觀念，也包括每一位用戶。供水單位和企業(yè)在現(xiàn)有的運(yùn) 行條件下對(duì)于需要大量投入的新工藝大多采取旁觀”的態(tài)度，因?yàn)樘幚沓杀炯哟髣?shì)必導(dǎo)致水價(jià)的上漲，而廣大用戶對(duì)于價(jià)格問(wèn)題又十分敏感，調(diào)整水價(jià)的難度較 大。作為用戶更應(yīng)該轉(zhuǎn)變觀念，了解水污染的現(xiàn)狀，充分理解和支持與提高生存 質(zhì)量有關(guān)的行動(dòng)。其次，作為國(guó)家有關(guān)職能部門應(yīng)該及時(shí)準(zhǔn)確了解行業(yè)動(dòng)態(tài)，及 時(shí)出臺(tái)相關(guān)政策和法規(guī)以規(guī)范市場(chǎng)，據(jù)了解國(guó)家已經(jīng)出臺(tái)了液體穩(wěn)定性二氧化氯 的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，這樣有利于該行業(yè)規(guī)范有序的發(fā)展。國(guó)家還應(yīng)該盡快出臺(tái)與二氧化 氯有關(guān)的其他產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，比如固體粉劑穩(wěn)定性二氧化氯、二氧化氯發(fā)生器 等。只有在規(guī)范的指導(dǎo)下才能使二氧化氯產(chǎn)業(yè)正常地發(fā)展，才能使廣大人民盡早 感受