二氧化氯應用于水處理消毒的探討
摘要:介紹了二氧化氯水處理原理和特點,并就消毒的效果、使用范圍、建設費用、用地等方面與液氯、臭氧、紫外線作了比較,說明二氧化氯是一種新型高效多功能的水處理消毒劑。
關鍵詞:水處理;二氧化氯;消毒
二氧化氯作為一種新型高效多功能水處理消毒劑,已在國內外許多領域得到廣泛應用。二氧化氯在城市水質處理上顯示出很強的優勢，對印染廢水的脫色、含氰含酚廢水的處理有極好的處理效果。二氧化氯不僅具有一般的殺菌、滅藻效能，而且能分解殘留的細胞結構，具有殺孢子、殺病毒的效能。因此，二氧化氯的使用，對于環境保護、人類的生命健康有著廣泛的意義。
我國在這方面起步和發展較慢,從20世紀90年代以后才開始在一些中、小型水廠中加以應用。
1二氧化氯水處理原理
1.1與無機物反應
水中少量的S2-、SO32-、SnO22-、AsO32-、SbO32-、S2O32-、NO2-和CN-等還原性酸根均可被氧化去除。水中一些還原態的金屬離子Fe2+、Mn2+、Ni2+等也能被氧化。在中性溶液中，碘化鉀、亞硫酸鈉、亞砷酸鈉及氧化鉛，能把二氧化氯還原成亞氯酸鹽。在酸性溶液中（pH=1），氫化硼、碘化物及亞硫酸可將二氧化氯完全還原成氯離子。水溶液中,二氧化氯的歧化反應進行得非常慢。
1.2與有機物反應
易與二氧化氯進行反應的有機化合物是指肪烴的叔胺和酚類及芳香胺類。
1)二氧化氯和酚反應較快,產物包括:1,4-苯醌;2-氯-1,4-苯醌；2,5-二氯-1,4-苯醌；2,6-二氧化氯-1,4-苯醌；2-氯酚；草酸和順式丁烯二酸。
2)二氧化氯與對苯二酚反應時,很快將其氧化成相應的苯醌，不發生環上的取代反應。
3)二氧化氯與硫的化合物(包括硫胺素、硫代硫胺素、硫醇、有機二硫化物以及硫脲）易發生反應。判斷二氧化氯與其它有機物反應應實驗確定。
1.3殺菌機理
二氧化氯與細菌及其它微生物細胞中蛋白質發生氧化還原反應，使其分解破壞，進而控制微生物蛋白質合成，最終導致細菌死亡。二氧化氯對細菌壁有較強的吸咐的穿透能力(優于氯或次氯鈉）。
二氧化氯不易使細菌產生抗藥性(非氧化性殺菌劑如胺類殺菌劑是NH4-進入細菌組織內部，使內部組織產生變異，使細菌組織破壞，從而殺滅。但這種方法時間長后，細菌會逐漸適應這種外來基團，使其失去殺菌作用。這就是細菌的抗藥性）。
2二氧化氯水處理特點
二氧化氯對水中的病原微生物,包括病毒、芽子孢、配水管網中的異養菌、硫酸鹽、還原菌及真菌等均有很高的殺滅作用。二氧化氯能在pH值很寬的范圍內殺滅大腸桿菌，其殺滅效果與溫度T有關，是溫度（1/T）的函數。這一優點彌補了因溫度升高而使二氧化氯在水中溶解度降低的缺點。
二氧化氯殺滅病毒的作用比臭氧(O3)和氯氣有效。在洪水期間，二氧化氯對水中柯薩奇(腸道)病菌、人類腸道病毒、皰疹病毒、新城病毒、噬菌體、牛痘病毒、脊髓灰質炎病毒等眾多病毒，均有很好的殺滅效果。如果使用劑量為0.02mg/L的二氧化氯，可在幾分鐘內將水中病毒桿菌殺滅，比氯氣要有效得多。低劑量的二氧化氯還具有很強的殺蠕蟲效果，如果使用二氧化氯0.5mg/L，便可將微生物甲殼類中的水生二節虱類殺滅，而用氯殺滅則需6.0～7.0mg/L。
二氧化氯對水處理系統中的沉淀、澄清、過濾設備以及配水管網中的藻類異養菌、鐵細菌、硫酸鹽及還原菌等，都有較好的去除殺滅效果，投加二氧化氯將有利于水處理設施的運行和維護。
Akin和Hoff等人對臭氧、二氧化氯、氯、氯胺4種消毒劑進行比較，消毒效率：臭氧＞二氧化氯＞氯＞氯胺；穩定性：氯胺＞二氧化氯＞氯＞臭氧。綜合以上兩方面的因素以及我國的實際情況來看，二氧化氯消毒具有比較好的效果和廣闊的前途。
3在水處理中常用消毒劑的比較
1)液氯
目前,液氯仍然是我國水處理過程中應用最多的消毒劑。這主要是由于它應用歷史長，積累了豐富的運行管理數據，并且成本低、在管網中可保持一定的持續殺菌效果。但隨著全球環境污染的加劇，在對一些遭受污染的水源進行處理時，氯化處理常需投加過量的氯氣，研究證明這往往易生成大量的有機鹵化物（如三氯甲烷）而造成水體的二次污染。對人體的健康產生潛在的危害。另外一些中小型水廠或污水處理廠采用氯氣消毒，不僅占地面積大，而且運輸不方便，使用過程易泄露，不宜在居民生活區使用。如果管理不善常產生一些人身傷害事故。因此，近年來各國都在研究替代氯氣進行消毒的新一代消毒劑。
2)臭氧
臭氧是一種優良的消毒劑,其殺菌效果好,且一般無有害副產物生成。但目前臭氧發生裝置的產率通常較低，設備昂貴，安裝管理復雜，運行費用高，而且臭氧在水中溶解度低，衰減速度快，為保證管網內持續的殺菌作用，必需和其它消毒方法協同進行。
3)紫外線
紫外線消毒也是近來發展的一種新型消毒方法。它是通過對水體進行紫外線輻射，將水中的有害菌殺死，同時不改變水的物理化學性質，且不產生氣味和其它有害的鹵代甲烷等副產物。但該方法對消毒前的原水濁度要求較高；必須保證一定的水流厚度；當水深時殺菌效果急劇下降。故現在只在純凈水等小型高標準水處理中應用較廣。
4)二氧化氯
二氧化氯是一種強氧化劑和高效殺菌劑。自從美國尼亞加拉水廠最早將其作為消毒劑以來，在歐洲及美國得到廣泛應用，其綜合指標遠遠好于其他消毒劑。
在水處理中使用二氧化氯,主要有如下優勢:
(1)消毒效果好而且具有持續消毒、殺菌作用。
(2)消毒效果不受氨的影響。
(3)在堿性條件下,殺菌效果不受影響。
(4)對病毒具有強力的殺滅作用。
(5)對換熱管表面的生物膜具有剝離效果。
(6)不會形成致癌物如鹵代烴。
(7)具有脫色、助凝、除氰、除酚、除臭等多種功能。
表1對幾種消毒劑的各項指標作了一個綜合比較,通過對比可知，二氧化氯發生器無論在安裝、使用還是維護等方面都較其他消毒產品有更高的優越性。隨著水源污染的日益加重及人們對水質要求的日益提高，二氧化氯必將成為廣泛應用的新一代消毒產品。
4結語
通過上述比較,可見二氧化氯應用于水處理消毒時,具有消毒效果好、效率高、成本低、占地少、不產生二次污染等優點。如能把二氧化氯投加自動化控制的問題解決好，必將在供水、生活污水處理、醫用廢水處理等水處理領域中得到更廣泛的應用。
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