田春榮
（多元電器集團(tuán)，北京，100085）

　　摘要　本文論述了現(xiàn)有的飲用水消毒劑氯氣、臭氧、溴、碘等的不足之處，由此揭示二氧化氯在消毒方面的優(yōu)勢，指出使用二氧化氯作為飲用水消毒劑是飲用水制造行業(yè)中的必然趨勢。
　　關(guān)鍵字　二氧化氯，消毒劑

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

　　飲用水水質(zhì)問題一直是人類最為關(guān)心的問題之一。在全球環(huán)境日益惡化，水資源日益饋乏的今天，飲用水的相關(guān)研究成為近年來國內(nèi)外的熱門課題之一。
　　水體中存在的大量的微生物嚴(yán)重威脅著人類的生命和健康。聯(lián)合國環(huán)境署最近指出，人類有80%的疾病與受細(xì)菌感染有關(guān)，其中60%以上的疾病是通過飲用水傳播的，并有三分之一的患者由此而喪生。然而近年來，大量事實(shí)證明，危害人體健康的因素不僅包括飲用水中原先就存在的微生物以及各種次生有害物質(zhì)，還包括消毒過程中產(chǎn)生并遺留下的有害物質(zhì)。因此，迫切需要對這些次生有害物質(zhì)的發(fā)生情況作細(xì)致的研究和分析，在此基礎(chǔ)上，調(diào)查相應(yīng)的消毒與生產(chǎn)過程，采取必要措施避免由消毒引起的水質(zhì)下降，最終做到經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，安全飲水。
　　本文就目前常用的飲用水消毒劑的應(yīng)用情況進(jìn)行論述，著重強(qiáng)調(diào)二氧化氯的推廣應(yīng)用，提出其必然成為新一代飲用水消毒劑的根據(jù)。

　　2．現(xiàn)在常見的飲用水消毒劑種類及其不足之處

　　現(xiàn)在自來水工廠中常用的消毒殺菌劑有氯氣，氯胺，臭氧，溴碘以及剛興起的紫外光等。如果只考慮殺菌效果，每一種處理方法都能夠達(dá)到飲用水水質(zhì)要求，但是如果全面考慮水處理的效果，各種方法的不足之處便紛紛暴露出來。
　　2.1氣消毒（氯胺）：
　　氯氣消毒過程中，氯氣和水反應(yīng)生成次氯酸根等離子，次氯酸根離子具有較強(qiáng)的氧化性能，是氯氣消毒的關(guān)鍵部分。次氯酸與水中的氨會繼續(xù)生成氯化胺類化合物，以一氯胺為主，而它本身就可作為一種消毒劑使用。
　　自1908年美國新澤西州首次采用液氯對飲用水進(jìn)行消毒以來，因其強(qiáng)大的殺菌力、低廉的價(jià)格，液氯一度成為當(dāng)今世界上使用最多、應(yīng)用最廣泛的一種殺菌劑，并作為飲水安全的主要手段而沿用至今。然而液氯消毒帶來的問題也逐漸顯露出來，主要在于氯氣在消毒過程中能夠與水中有機(jī)物反應(yīng)，并生成相應(yīng)的氧化產(chǎn)物和氯代產(chǎn)物，這兩類化合物逐漸被證實(shí)具有很強(qiáng)的毒性和致癌作用。例如，大連鐵道學(xué)院田穎等發(fā)現(xiàn)，從自來水管網(wǎng)中直接取水作為原水做氯氣試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)盡管原水中氯仿的含量完全能夠達(dá)到水質(zhì)要求，但是在投加氯氣之后，多組實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的氯仿值都嚴(yán)重超標(biāo)，這一方面說明原水中存在形成氯仿的母體有機(jī)物，另一方面證實(shí)了使用氯氣作為消毒劑時，由于氯的取代和氧化作用，能夠生成大量的鹵代物，嚴(yán)重危害人體健康。同時，試驗(yàn)證明，氯氣投加時間與氯仿含量呈明顯的線性關(guān)系，即氯仿含量隨放置時間的增長而增加[1]。氯仿是強(qiáng)致癌物質(zhì)，如果飲用水長時間含有該物質(zhì)，即使?jié)舛容^低，從長遠(yuǎn)考慮，其潛在的危害也將是致命的。
　　另外由于長期使用氯氣作為殺菌劑，細(xì)菌產(chǎn)生了不同程度的抗藥性，使氯氣的使用量逐漸增加，大大提高了生成有害化合物的可能。再者當(dāng)水的pH值大于9時，氯氣的殺菌作用明顯降低。所有這些表明，淘汰氯氣，開發(fā)新型殺菌劑勢在必行。
　　2.2 氧消毒：
　　臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，已被逐漸應(yīng)用于飲用水消毒中。使用臭氧消毒的優(yōu)點(diǎn)在于其強(qiáng)氧化性可以高效去除幾乎所有的有機(jī)污染物；但是在降解有機(jī)物和去除少數(shù)無機(jī)物的同時，相應(yīng)生成一定量的氧化產(chǎn)物，而在這些氧化產(chǎn)物中有一部分對人體有害，并且在飲用水處理后續(xù)工藝中難以脫除[2]；另外，由于臭氧在水中會迅速分解，難于在一定時間內(nèi)維持必需的殘余濃度，不利于預(yù)防水體在管網(wǎng)運(yùn)輸過程中可能的二次污染；再者，臭氧發(fā)生器等設(shè)備造價(jià)高，提高了水處理成本，這些問題都限制了臭氧消毒方法的推廣應(yīng)用。
　　2.3 碘消毒：
　　溴和碘已經(jīng)被廣泛用于游泳池消毒，用于飲用水消毒較少。單質(zhì)溴和碘具有較強(qiáng)的腐蝕性，會通過飲用和皮膚接觸吸收而導(dǎo)致皮膚和神經(jīng)系統(tǒng)受損傷。
　　2.4 外線消毒
　　目前，戒于氯氣消毒的種種弊端，使用紫外線消毒悄然興起。試驗(yàn)證明，紫外線消毒可以有效的殺滅水中的菌類，如果配合一定的催化劑，又可以同時完全降解微量的有機(jī)污染物，并不產(chǎn)生任何其它的效應(yīng)如產(chǎn)生次生污染物等，應(yīng)該是飲用水消毒處理的較好選擇，阻礙其應(yīng)用與推廣的限制性因素是儀器的維護(hù)和造價(jià)問題，而且紫外光源壽命一般較短，這樣不可避免的提高了飲用水的處理成本。

　　3．二氧化氯消毒的原理與優(yōu)勢

　　被稱為‘第四代‘廣譜殺菌消毒劑的二氧化氯作為新型飲用水殺菌劑已脫穎而出，并在全世界范圍內(nèi)得到迅速的推廣與應(yīng)用，這歸功于它的高效和無副作用。
　　3.1二氧化氯消毒的原理
　　降解污染物原理：二氧化氯性質(zhì)極不穩(wěn)定，遇水迅速分解，能生成多種強(qiáng)氧化劑，如氯酸，亞氯酸，次氯酸，氯氣等，這些氧化物組合在一起，能夠形成獨(dú)特的協(xié)同作用，產(chǎn)生多種強(qiáng)氧化性自由基，活化有機(jī)污染物芳環(huán)上的不活潑氫，發(fā)生脫氫反應(yīng)生成R?自由基，并作為進(jìn)一步氧化的誘發(fā)基團(tuán)；自由基還能通過羥基取代反應(yīng)，將芳烴環(huán)上的-SO₃H、-NO₂等基團(tuán)取代下來，生成穩(wěn)定性較差的羥基取代中間體，這些中間體易于發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，直至完全降解生成無機(jī)物[3]。
殺菌原理：二氧化氯可以快速高效的殺滅各種致病菌和病毒，其殺菌作用是通過在水中分解出的中間產(chǎn)物如氯氣等穿透細(xì)胞壁，使蛋白質(zhì)變性而實(shí)現(xiàn)的。
　　3.2 ClO₂消毒的優(yōu)勢
　　與其它消毒劑相比，二氧化氯具有非常強(qiáng)大的優(yōu)勢：
　　A. 氧化性極強(qiáng)：有資料稱二氧化氯的氧化性能是次氯酸的9倍，是氯氣的27倍，實(shí)驗(yàn)表明，二氧化氯能夠有效的徹底的清除水中的酚類、氰化物、硫化物、胺類、氯化酚等有機(jī)物，可以除去有機(jī)胺類、有機(jī)硫化物所引起的水質(zhì)異味，同時還能與S₂-，SO₃2-，NO₂-，CN-等以及其它有害物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，降低其濃度[3]。
　　B. 反應(yīng)徹底，不會產(chǎn)生二次污染物：與傳統(tǒng)的消毒殺菌劑氯氣相比，使用二氧化氯消毒最大的優(yōu)勢是二氧化氯不會產(chǎn)生二次污染，不會與水中的有機(jī)物生成次生有害物質(zhì)，例如二氧化氯不會與水中的酚類產(chǎn)生氯酚，不會與水中的腐殖質(zhì)及有機(jī)物反應(yīng)也不會產(chǎn)生有毒的有機(jī)鹵代烴。在田穎的工作中，在同樣的條件下將原水加二氧化氯作為對照組，測試到的鹵代物含量與原水中沒有較大的區(qū)別。
　　C. 殺菌力強(qiáng)，使用劑量小，作用快：2.0mg/L的二氧化氯溶液作用30s時即能殺滅100%的微生物，而剩余的二氧化氯還可以達(dá)到0.9mg/L[4]。二氧化氯消毒殺菌范圍廣，如大腸桿菌，乙肝表面抗原HbsAg、沙氏門菌、金黃葡萄球菌等，尤其是鐵細(xì)菌和硫酸還原菌，且效果持久。
　　D. 所適用pH值范圍廣：其殺菌作用受pH值的影響比氯氣小，能夠用于高pH值系統(tǒng)的殺菌滅藻，工業(yè)試驗(yàn)表明，0.6～1.8mg/L的ClO₂在pH>7時的殺菌作用明顯高于氯氣[5]。
　　E. 管理方便，投資較少：運(yùn)行結(jié)果表明，使用二氧化氯工藝處理飲用水，設(shè)備簡單，操作管理方便，具有很好的社會效益和環(huán)境效益。
　　目前，歐美等發(fā)達(dá)國家已廣泛以二氧化氯作為殺菌劑來處理飲用水，一些國家還頒布了強(qiáng)制使用二氧化氯的各種規(guī)定。由于其經(jīng)濟(jì)實(shí)用又對人體無害，世界衛(wèi)生組織已將其列為IA級安全、高效、快速的殺菌劑。

　　4．二氧化氯的其它應(yīng)用

　　二氧化氯可廣泛應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水處理、飲用水處理、食品保鮮、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的消毒殺菌、醫(yī)藥部門、餐飲業(yè)、飼養(yǎng)以及蔬菜的消毒滅菌等許多領(lǐng)域，在工業(yè)循環(huán)水中還可以抑制水垢的產(chǎn)生。在工業(yè)廢水處理中，已有報(bào)道，使用混凝-二氧化氯組合法處理印染廢水[6]，處理過程穩(wěn)定可靠，操作簡單，出水水質(zhì)色度去除率高，無反色現(xiàn)象，COD_cr指標(biāo)能夠達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。另外，二氧化氯在工業(yè)上還可以用于剝離污泥、殺滅藻類等。已有實(shí)驗(yàn)證明，使用濃度在0.5mg/L時就能較好地控制循環(huán)水中藻類，并能較好的控制微生物粘泥，具有較好的剝泥效果[4]。

　　5．二氧化氯的制備、生產(chǎn)

　　二氧化氯的來源有兩種，一種是電解法，其設(shè)備投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，易破壞，因此難于推廣。另一種是在酸性介質(zhì)中加入還原劑，將氯酸鹽還原成二氧化氯，該法投資少，技術(shù)工藝成熟，已在我國廣泛使用。對于二氧化氯的制備、生產(chǎn)以及檢測方法等問題，已有文獻(xiàn)做了較全面的論述[7]。
　　由于二氧化氯本身性質(zhì)非常活潑，其保存運(yùn)輸也成為重要的內(nèi)容。近年來西方發(fā)達(dá)國家在這一方面作出了較大的貢獻(xiàn)，已成功開發(fā)生產(chǎn)出固體二氧化氯產(chǎn)品。制作固體二氧化氯的方法主要有兩類，一類是利用固態(tài)多孔物質(zhì)如分子篩等為吸附劑直接吸附二氧化氯溶液制成固體二氧化氯產(chǎn)品；另一類方法是以凝膠為基質(zhì)，輔以其它載體制成緩釋性固體產(chǎn)品。

　　6．展望

　　在飲用水處理中，二氧化氯會生成亞氯酸鹽和氯酸鹽，現(xiàn)在偶然有報(bào)道提及亞氯酸鹽和氯酸鹽對人體的危害[2]，盡管尚未見到權(quán)威的數(shù)據(jù)，但仍應(yīng)在今后的實(shí)際應(yīng)用工作中加以重視，密切關(guān)注殘余亞氯酸鹽和氯酸鹽的性質(zhì)及其生物效應(yīng)，防患于未然。
另外，由于二氧化氯的使用成本高于氯氣，如何提高二氧化氯的利用效率將會是推廣應(yīng)用二氧化氯的重要問題。
　　盡管如此，目前國外二氧化氯的研究開發(fā)應(yīng)用非常活躍，我國也正處于研制開發(fā)階段，實(shí)際應(yīng)用剛起步。可以預(yù)測，隨著人們對生活質(zhì)量要求的逐步提高，二氧化氯必將具有廣闊發(fā)展前景，以二氧化氯作為新一代消毒劑是歷史的必然。

參考文獻(xiàn)

　　1. 二氧化氯和氯氣對飲水中氯仿形成的影響，田穎，黃麗萍，李華，工業(yè)水處理，Vol.19，No.5，1999.
　　2. 飲用水消毒凈化過程產(chǎn)生的副產(chǎn)物，王諍，付學(xué)起，凈水技術(shù)，Vol.18，No.3，2000.
　　3. 二氧化氯在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用，陳鴻林，張長壽，蘇靜，工業(yè)水處理，Vol.19，No.6，1999.
　　4. 石油化工冷卻水處理技術(shù)編寫組，石油化工冷卻水處理技術(shù)，北京，中國石油出版社，1989。
　　5. 二氧化氯在我廠循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用，晏小平，彭明勇，工業(yè)水處理，Vol.20，No.10，2000.
　　6. 混凝--二氧化氯組合法處理印染廢水，陳鴻林，張長壽，蘇靜，工業(yè)水處理，Vol.19，No.3，1999.
　　7. 二氧化氯的應(yīng)用、制備和檢測，周磊，杜登學(xué)，劉耘，工業(yè)水處理，Vol.19，No.5，1999.