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(kāi)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,。
科學(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1981～1991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,。
二氧化氯之所以被廣泛接受,，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，采用穩(wěn)定性二氧化氯的綜合成本稍高,，約為0.1～0.2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ClO2,，分子量為67.45。二氧化氯以自由基單體存在,，氯－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(11℃),，熔點(diǎn)-59.50C,，沸點(diǎn)9.9℃(壓力為731mmHg時(shí)的沸點(diǎn))。在20℃和30mmHg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(jué)察,；45mg/L時(shí),，明顯地刺激呼吸道；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
2NaClO3+SO2+H2SO4=2ClO2+Na2SO4+H2SO4
2)二氧化硫法制造二氧化氯
2NaClO3+SO2=2ClO2+Na2SO4
3)甲醇法制造二氧化氯
2NaClO3+CH3OH+H2SO4=2ClO2+HClO+Na2SO4+2H2O
4)硫酸－氯化鈉法制造二氧化氯
2NaClO3+2NaCl+H2SO4=2ClO2+Cl2+Na2SO4+2H2O
5)鹽酸法制造二氧化氯
NaClO3+2HCl=ClO2+1/2Cl2+NaCl+H2O
6)亞氯酸鈉－硫酸反應(yīng)
10NaClO2+H2SO4=8ClO2+5Na2SO4+2HCl+4H2O
7)亞氯酸鈉－鹽酸反應(yīng)
5NaClO2+4HCl=4ClO2+5NaCl+2H2O
8)亞氯酸鈉－次氯酸鈉－酸反應(yīng)
2NaClO2+HOCl=2ClO2+NaCl+NaOH
9)亞氯酸鈉和氯氣反應(yīng)
2NaClO2+Cl2=2ClO2+2NaCl
具體生產(chǎn)時(shí)要根據(jù)所需的量和純度來(lái)選擇,。反應(yīng)6～9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Giardfialamblia孢子或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,，其消毒副產(chǎn)物——亞氯酸根離子的最大污染物水(MCL)為1.0mg/L。因此在二氧化氯用于飲用水消毒時(shí),，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的控制
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）
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
2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2+12H++2Cl-
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
ClO2+5Fe(HCO2)2+2H2O=5Fe(OH)3+H++Cl-+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0.1～0.2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到他帶來(lái)的益處,。
5.結(jié)束語(yǔ)
二氧化氯從其被發(fā)現(xiàn)之日起，就引起了廣泛的關(guān)注,。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,，二氧化氯已經(jīng)進(jìn)入了人們的日常生活，為人類的身體健康提供保障,。而且隨著工業(yè)化的發(fā)展,，各種環(huán)境污染愈來(lái)愈嚴(yán)重地影響著人類的健康，傳統(tǒng)的氯制劑消毒方式已經(jīng)被證明對(duì)人體存在這不良影響,，因此開(kāi)發(fā)新的,、有效的、對(duì)人體無(wú)害的綠色消毒制劑,，就成為一個(gè)必然的發(fā)展方向,。我國(guó)政府部門也積極倡導(dǎo)這項(xiàng)事業(yè)的發(fā)展，各種法規(guī),、標(biāo)準(zhǔn)也在緊鑼密鼓的研究和制定當(dāng)中,，相信在不久的將來(lái)，我們就會(huì)真切地體會(huì)到二氧化氯帶來(lái)的潔凈的,、綠色的美好環(huán)境,。
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