二氧化氯作为饮用水消毒剂的必然趋势

田春荣
（多元电器集团，北京，100085）

　　摘要　本文论述了现有的饮用水消毒剂氯气、臭氧、溴、碘等的不足之处，由此揭示二氧化氯在消毒方面的优势，指出使用二氧化氯作为饮用水消毒剂是饮用水制造行业中的必然趋势。
　　关键字　二氧化氯，消毒剂

The Inevitable Tendency to Use Chlorine Dioxide
as the Disinfectant of Drinking Water
Tian Chunrong
(Duoyuan Electric Wares Group,Beijing,100085)

　　Abstract this paper discusses the shortages of chlorine, ozone, bromine and iodine as the existing disinfectant of drinking water, and announces the advantages of chlorine dioxide as the disinfectant. This paper indicates to use chorine dioxide, as the disinfectant of drinking water, is the inevitable tendency in drinking water manufacturing.
　　Keyword Chlorine dioxide Disinfectant

　　1．前言

　　饮用水水质问题一直是人类最为关心的问题之一。在全球环境日益恶化，水资源日益馈乏的今天，饮用水的相关研究成为近年来国内外的热门课题之一。
　　水体中存在的大量的微生物严重威胁着人类的生命和健康。联合国环境署最近指出，人类有80%的疾病与受细菌感染有关，其中60%以上的疾病是通过饮用水传播的，并有三分之一的患者由此而丧生。然而近年来，大量事实证明，危害人体健康的因素不仅包括饮用水中原先就存在的微生物以及各种次生有害物质，还包括消毒过程中产生并遗留下的有害物质。因此，迫切需要对这些次生有害物质的发生情况作细致的研究和分析，在此基础上，调查相应的消毒与生产过程，采取必要措施避免由消毒引起的水质下降，最终做到经济生产，安全饮水。
　　本文就目前常用的饮用水消毒剂的应用情况进行论述，着重强调二氧化氯的推广应用，提出其必然成为新一代饮用水消毒剂的根据。

　　2．现在常见的饮用水消毒剂种类及其不足之处

　　现在自来水工厂中常用的消毒杀菌剂有氯气，氯胺，臭氧，溴碘以及刚兴起的紫外光等。如果只考虑杀菌效果，每一种处理方法都能够达到饮用水水质要求，但是如果全面考虑水处理的效果，各种方法的不足之处便纷纷暴露出来。
　　2.1气消毒（氯胺）：
　　氯气消毒过程中，氯气和水反应生成次氯酸根等离子，次氯酸根离子具有较强的氧化性能，是氯气消毒的关键部分。次氯酸与水中的氨会继续生成氯化胺类化合物，以一氯胺为主，而它本身就可作为一种消毒剂使用。
　　自1908年美国新泽西州首次采用液氯对饮用水进行消毒以来，因其强大的杀菌力、低廉的价格，液氯一度成为当今世界上使用最多、应用最广泛的一种杀菌剂，并作为饮水安全的主要手段而沿用至今。然而液氯消毒带来的问题也逐渐显露出来，主要在于氯气在消毒过程中能够与水中有机物反应，并生成相应的氧化产物和氯代产物，这两类化合物逐渐被证实具有很强的毒性和致癌作用。例如，大连铁道学院田颖等发现，从自来水管网中直接取水作为原水做氯气试验，发现尽管原水中氯仿的含量完全能够达到水质要求，但是在投加氯气之后，多组实验结果中的氯仿值都严重超标，这一方面说明原水中存在形成氯仿的母体有机物，另一方面证实了使用氯气作为消毒剂时，由于氯的取代和氧化作用，能够生成大量的卤代物，严重危害人体健康。同时，试验证明，氯气投加时间与氯仿含量呈明显的线性关系，即氯仿含量随放置时间的增长而增加[1]。氯仿是强致癌物质，如果饮用水长时间含有该物质，即使浓度较低，从长远考虑，其潜在的危害也将是致命的。
　　另外由于长期使用氯气作为杀菌剂，细菌产生了不同程度的抗药性，使氯气的使用量逐渐增加，大大提高了生成有害化合物的可能。再者当水的pH值大于9时，氯气的杀菌作用明显降低。所有这些表明，淘汰氯气，开发新型杀菌剂势在必行。
　　2.2 氧消毒：
　　臭氧是一种强氧化剂，已被逐渐应用于饮用水消毒中。使用臭氧消毒的优点在于其强氧化性可以高效去除几乎所有的有机污染物；但是在降解有机物和去除少数无机物的同时，相应生成一定量的氧化产物，而在这些氧化产物中有一部分对人体有害，并且在饮用水处理后续工艺中难以脱除[2]；另外，由于臭氧在水中会迅速分解，难于在一定时间内维持必需的残余浓度，不利于预防水体在管网运输过程中可能的二次污染；再者，臭氧发生器等设备造价高，提高了水处理成本，这些问题都限制了臭氧消毒方法的推广应用。
　　2.3 碘消毒：
　　溴和碘已经被广泛用于游泳池消毒，用于饮用水消毒较少。单质溴和碘具有较强的腐蚀性，会通过饮用和皮肤接触吸收而导致皮肤和神经系统受损伤。
　　2.4 外线消毒
　　目前，戒于氯气消毒的种种弊端，使用紫外线消毒悄然兴起。试验证明，紫外线消毒可以有效的杀灭水中的菌类，如果配合一定的催化剂，又可以同时完全降解微量的有机污染物，并不产生任何其它的效应如产生次生污染物等，应该是饮用水消毒处理的较好选择，阻碍其应用与推广的限制性因素是仪器的维护和造价问题，而且紫外光源寿命一般较短，这样不可避免的提高了饮用水的处理成本。

　　3．二氧化氯消毒的原理与优势

　　被称为‘第四代‘广谱杀菌消毒剂的二氧化氯作为新型饮用水杀菌剂已脱颖而出，并在全世界范围内得到迅速的推广与应用，这归功于它的高效和无副作用。
　　3.1二氧化氯消毒的原理
　　降解污染物原理：二氧化氯性质极不稳定，遇水迅速分解，能生成多种强氧化剂，如氯酸，亚氯酸，次氯酸，氯气等，这些氧化物组合在一起，能够形成独特的协同作用，产生多种强氧化性自由基，活化有机污染物芳环上的不活泼氢，发生脱氢反应生成R?自由基，并作为进一步氧化的诱发基团；自由基还能通过羟基取代反应，将芳烃环上的-SO₃H、-NO₂等基团取代下来，生成稳定性较差的羟基取代中间体，这些中间体易于发生开环反应，直至完全降解生成无机物[3]。
杀菌原理：二氧化氯可以快速高效的杀灭各种致病菌和病毒，其杀菌作用是通过在水中分解出的中间产物如氯气等穿透细胞壁，使蛋白质变性而实现的。
　　3.2 ClO₂消毒的优势
　　与其它消毒剂相比，二氧化氯具有非常强大的优势：
　　A. 氧化性极强：有资料称二氧化氯的氧化性能是次氯酸的9倍，是氯气的27倍，实验表明，二氧化氯能够有效的彻底的清除水中的酚类、氰化物、硫化物、胺类、氯化酚等有机物，可以除去有机胺类、有机硫化物所引起的水质异味，同时还能与S₂-，SO₃2-，NO₂-，CN-等以及其它有害物质发生氧化还原反应，降低其浓度[3]。
　　B. 反应彻底，不会产生二次污染物：与传统的消毒杀菌剂氯气相比，使用二氧化氯消毒最大的优势是二氧化氯不会产生二次污染，不会与水中的有机物生成次生有害物质，例如二氧化氯不会与水中的酚类产生氯酚，不会与水中的腐殖质及有机物反应也不会产生有毒的有机卤代烃。在田颖的工作中，在同样的条件下将原水加二氧化氯作为对照组，测试到的卤代物含量与原水中没有较大的区别。
　　C. 杀菌力强，使用剂量小，作用快：2.0mg/L的二氧化氯溶液作用30s时即能杀灭100%的微生物，而剩余的二氧化氯还可以达到0.9mg/L[4]。二氧化氯消毒杀菌范围广，如大肠杆菌，乙肝表面抗原HbsAg、沙氏门菌、金黄葡萄球菌等，尤其是铁细菌和硫酸还原菌，且效果持久。
　　D. 所适用pH值范围广：其杀菌作用受pH值的影响比氯气小，能够用于高pH值系统的杀菌灭藻，工业试验表明，0.6～1.8mg/L的ClO₂在pH>7时的杀菌作用明显高于氯气[5]。
　　E. 管理方便，投资较少：运行结果表明，使用二氧化氯工艺处理饮用水，设备简单，操作管理方便，具有很好的社会效益和环境效益。
　　目前，欧美等发达国家已广泛以二氧化氯作为杀菌剂来处理饮用水，一些国家还颁布了强制使用二氧化氯的各种规定。由于其经济实用又对人体无害，世界卫生组织已将其列为IA级安全、高效、快速的杀菌剂。

　　4．二氧化氯的其它应用

　　二氧化氯可广泛应用于工业循环水处理、饮用水处理、食品保鲜、水产养殖业的消毒杀菌、医药部门、餐饮业、饲养以及蔬菜的消毒灭菌等许多领域，在工业循环水中还可以抑制水垢的产生。在工业废水处理中，已有报道，使用混凝-二氧化氯组合法处理印染废水[6]，处理过程稳定可靠，操作简单，出水水质色度去除率高，无反色现象，COD_cr指标能够达到国家标准。另外，二氧化氯在工业上还可以用于剥离污泥、杀灭藻类等。已有实验证明，使用浓度在0.5mg/L时就能较好地控制循环水中藻类，并能较好的控制微生物粘泥，具有较好的剥泥效果[4]。

　　5．二氧化氯的制备、生产

　　二氧化氯的来源有两种，一种是电解法，其设备投资大，运行费用高，易破坏，因此难于推广。另一种是在酸性介质中加入还原剂，将氯酸盐还原成二氧化氯，该法投资少，技术工艺成熟，已在我国广泛使用。对于二氧化氯的制备、生产以及检测方法等问题，已有文献做了较全面的论述[7]。
　　由于二氧化氯本身性质非常活泼，其保存运输也成为重要的内容。近年来西方发达国家在这一方面作出了较大的贡献，已成功开发生产出固体二氧化氯产品。制作固体二氧化氯的方法主要有两类，一类是利用固态多孔物质如分子筛等为吸附剂直接吸附二氧化氯溶液制成固体二氧化氯产品；另一类方法是以凝胶为基质，辅以其它载体制成缓释性固体产品。

　　6．展望

　　在饮用水处理中，二氧化氯会生成亚氯酸盐和氯酸盐，现在偶然有报道提及亚氯酸盐和氯酸盐对人体的危害[2]，尽管尚未见到权威的数据，但仍应在今后的实际应用工作中加以重视，密切关注残余亚氯酸盐和氯酸盐的性质及其生物效应，防患于未然。
另外，由于二氧化氯的使用成本高于氯气，如何提高二氧化氯的利用效率将会是推广应用二氧化氯的重要问题。
　　尽管如此，目前国外二氧化氯的研究开发应用非常活跃，我国也正处于研制开发阶段，实际应用刚起步。可以预测，随着人们对生活质量要求的逐步提高，二氧化氯必将具有广阔发展前景，以二氧化氯作为新一代消毒剂是历史的必然。

参考文献

　　1. 二氧化氯和氯气对饮水中氯仿形成的影响，田颖，黄丽萍，李华，工业水处理，Vol.19，No.5，1999.
　　2. 饮用水消毒净化过程产生的副产物，王诤，付学起，净水技术，Vol.18，No.3，2000.
　　3. 二氧化氯在工业废水处理中的应用，陈鸿林，张长寿，苏静，工业水处理，Vol.19，No.6，1999.
　　4. 石油化工冷却水处理技术编写组，石油化工冷却水处理技术，北京，中国石油出版社，1989。
　　5. 二氧化氯在我厂循环水系统中的应用，晏小平，彭明勇，工业水处理，Vol.20，No.10，2000.
　　6. 混凝--二氧化氯组合法处理印染废水，陈鸿林，张长寿，苏静，工业水处理，Vol.19，No.3，1999.
　　7. 二氧化氯的应用、制备和检测，周磊，杜登学，刘耘，工业水处理，Vol.19，No.5，1999.