隨著我國經濟的發(fā)展，人民生活水平逐漸提高，人們對水質的要求也越來越高。而發(fā)展經濟的同時，造成環(huán)境污染問題也日趨嚴重。特別是我國的水環(huán)境狀況仍在惡化，中國的主要河流有機污染普遍，主要湖泊富營養(yǎng)化嚴重（1999年環(huán)境狀況公報）。而我國目前絕大多數(shù)水廠還是沿用傳統(tǒng)的混合、絮凝、沉淀、過濾、氯消毒水處理工藝，氯消毒對去除水中的有機物效果不理想，還會產生20多種副產物，包括三鹵甲烷（THMs）等致癌物質。有些凈水廠為此增加了深度處理構筑物（活性炭吸附技術）或預處理構筑物（生物預處理）等，但大都有投資高、占地大的缺點。隨著歐美在水廠和其他行業(yè)廣泛使用二氧化氯，以及國內對其在消毒方面的認識與研究逐漸加深，二氧化氯正逐步成為氯消毒的替代物。

一．二氧化氯的物理性質
二氧化氯（ClO2）氣體是具有和氯相似的刺激性氣體，易溶于水，它的溶解度是氯氣的5倍。二氧化氯水溶液的顏色會隨濃度的增加由黃綠色轉成橙色。它在水中是純粹的溶解狀態(tài)，不與水發(fā)生化學反應，所以它的消毒作用受水的PH值影響極小。二氧化氯易揮發(fā)，其液態(tài)和氣態(tài)極不穩(wěn)定，溫度升高、曝光或與有機質接觸均會發(fā)生爆炸，故通常現(xiàn)場制備的二氧化氯會即時使用，并存放于陰涼避光處。二氧化氯溶液濃度在10g/l以下時，基本沒有爆炸危險。一般水廠所用二氧化氯很少超過4g/l，加注量基本為0.1～5mg/l。

二．二氧化氯的消毒滅菌性能
（1）、強力
在常用消毒劑中，相同時間內達到同樣殺菌效果所需的二氧化氯濃度是的。對殺滅異養(yǎng)菌所需的二氧化氯濃度僅為氯的1/2。二氧化氯對地表水中大腸桿菌殺滅效果比氯高出5倍以上。二氧化氯對孢子的殺滅作用比氯強。

（2）、持久
二氧化氯溶于水后，基本不與水發(fā)生化學反應，也不以二聚或多聚狀態(tài)存在。它在水中的擴散速度與滲透能力都比氯快，特別在低濃度時更為突出。當細菌濃度在105～106個/ml時，0.5ppm的二氧化氯作用5分鐘后，即可殺滅99％以上的異養(yǎng)菌；而0.5ppm的氯的殺菌率只能達到75％，試驗表明，0.5ppm的二氧化氯在12小時內對異養(yǎng)菌的殺滅率保持在99％以上，作用時間長達24小時后，殺菌率才下降為86.3％。

（3）廣譜、滅菌
二氧化氯是一種廣譜型消毒劑，對經水體傳播的病原微生物均有很好的殺滅效果。二氧化氯除了對一般細菌有殺死作用外，對芽孢、病毒、異養(yǎng)菌、鐵細菌、硫酸鹽還原和真菌等均有很好的殺滅作用，且不易產生抗性，尤其是對傷寒、甲肝、乙肝、脊髓灰質炎及艾滋病毒等也有良好的殺滅和抑制效果。二氧化氯對病毒的滅活比臭氧和氯更有效。低劑量的二氧化氯還具有很強的殺蠕蟲效果。

（4）、無刺激
急性經口毒性試驗表明，二氧化氯消毒滅菌劑屬實際級產品，積累性試驗結論為弱蓄積性物質。用其消毒的水體不會對口腔粘膜、皮膜和頭皮產生損傷，其在急性毒性和遺傳毒理學上都是安全的。

（5）安全、廣泛
二氧化氯不與水體中的有機物作用生成三鹵甲烷等致癌物質，對高等動物細胞、精子及染色體無致癌、致畸、致突變作用。二氧化氯對還原性陰、陽離子和氧化效果以去毒為主（H2S、SO32－、CN－、Mn2＋），對有機物的氧化降解以含氧基因的小分子化合物為主，這些產物到目前研究為止，均證明是害的，而且使用二氧化氯的劑量是很低的，因此用來消毒十分安全，不會殘留毒性。其安全性是被世界衛(wèi)生組織（WHO）定為AI級。

三、二氧化氯的消毒機理
（1）二氧化氯與無機物的反應
二氧化氯可將水中溶解的還原態(tài)鐵、錳氧化，對去除鐵、錳很有效。反應式如下
① 2ClO2 + 5Mn2+ + 6H2O → 5MnO2 + 2Cl- + 12H+
② ClO2 + 5Fe(HCO3)2 + 3H2O → 5Fe(OH)3 + 10CO2 + Cl- + H+

（2）二氧化氯與有機物的反應
二氧化氯與有機物的反應較復雜，主要發(fā)生氧化反應，其產物有酸、醇、環(huán)氧化物等。二氧化氯與酚反應不會生成有異味的氯酚。二氧化氯與腐植酸反應，不會生成三鹵甲烷（THMs）等有機鹵代物。

（3）據(jù)有關專家研究，二氧化氯對細菌的細胞壁有較強的吸附和穿透能力，從而有效破壞細菌內含巰基的酶，可控制微生物蛋白質的合成，故二氧化氯對細菌、病毒等有很強的滅活能力。二氧化氯不與氨反應，故氨氮含量高的水采用二氧化氯消毒仍可保持其全部殺菌能力。這些細菌除一般細菌外，還包括大腸桿菌、異細菌、鐵細菌、硫酸鹽還原菌、脊髓灰質炎菌病毒、肝炎病毒、蘭伯氏賈第蟲胞囊、尖刺賈第蟲胞囊等。

（4）二氧化氯與常用消毒劑的比較
飲用水消毒劑是水質控制的一個重要環(huán)節(jié)，其效果令人關注，尋找一種廣譜殺菌能力、消毒性能持久、副產物較少（特別是有毒副產物）、使用安全、方便的消毒劑，是有關研究人員的共同目標。目前，常用飲用水消毒劑有三種：氯、臭氧、二氧化氯。以下是對它們的性能及副產物比較：

	優(yōu)點	缺點	副產物
氯（Cl2）	使用方便、易于存貯、運輸方便、綜合成本低、操作管理簡單、水中溶解度高	受PH值及氨的影響大，殺菌速度一般	三鹵甲烷（致癌物）、鹵代丙烯腈、鹵代酮、鹵代醋酸、三氯硝基甲烷、氯化氰、甲醛、乙醛
臭氧（O3）	強氧化劑、殺菌能力強、速度快、PH值及氨的影響小	水中易分解，不能保持殺菌消毒的持久性；成本高、電耗大、設備操作運行復雜	羰基化合物（其中有毒醛類物質有甲醛、乙醛、乙二醛、甲基乙二醛）、含氧酸類 、羰酸類；有溴離子存在時，會生成溴酸鹽、溴仿等可疑致癌物
二氧化氯（ClO2）	強氧化劑、殺菌能力強、消毒性久、PH值及氨的影響小、資金投入不高	不易貯存、運輸	元毒的含氧基（-COOH）產物、醌支鏈酸，不會生成三鹵甲烷（THMs）

 

從上表可以看出，二氧化氯的優(yōu)勢明顯（特別適合受有機物污染的水源），不但氧化能力、殺菌能力強，受PH值和氨的影響小，而且不會生成致癌物和可疑致癌物，飲用水中投加少量二氧化氯還能有效抑制三鹵甲烷（THMs）的生成。

四、二氧化氯制取方法
目前常用化學方法制取二氧化氯。
（1）亞氯酸鹽法
一般用氯（Cl2）或鹽酸（HCl）與亞氯酸鈉（NaClO2）制取，反應式如下：
① Cl2 + 2NaClO2 → 2ClO2 + 2NaCl
② 5NaClO2 + 4HCl → 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O
1、依據(jù)①式制取二氧化氯時，理論上1mol氯和2mol亞氯酸鈉反應可生成2mol二氧化氯。但實際應用時，為了加快反應速度，氯投加量往往超過化學計量的理論值，這樣，產品中就會含有部分自由氯（Cl2）。作為污染水的消毒劑，多余的自由氯存在就有可能產生三鹵甲烷（THMs）。若自由氯過多，二氧化氯還可能被氧化成ClO-3而降低殺菌能力。另外，該法的氯氣還需用加氯機投加，運行復雜，占地面積大。
2、依據(jù)②式制取二氧化氯時，要注意兩種反應物（NaClO2和HCl）的濃度控制，濃度過高，化合時會發(fā)生爆炸。這種制取方法不存在自由氯，不會產生三鹵甲烷（THMs）。有些廠家已利用此法研制開發(fā)出高純二氧化氯發(fā)生器。

（2）氯酸鈉―甲醇法（R8法）
在酸性條件下用甲醇還原氯酸鈉產生二氧化氯，氣體經冷卻后以水吸收制得二氧化氯溶液。反應式如下：
30NaClO3 + 20H2SO4 + 7CH3OH →30ClO2 + 23H2O + 10Na3H(SO4)2 + 6HCOOH + CO2
用該法制取二氧化氯時，關鍵是甲醇要較長時間的連續(xù)滴加，并使二氧化氯溶液在吸收塔中不斷循環(huán)吸收，從而提高二氧化氯轉化率。目前，國內已有一些廠家利用此法制取二氧化氯。

五、二氧化氯在給水處理中的應用情況
自從1944年，美國NIAGARA FALLS水廠為控制水中藻類繁殖與酚污染所產生的氣味，率先使用二氧化氯獲得成功后，歐美數(shù)百家水廠都相繼開始用二氧化氯作為消毒劑，進行消毒、除臭、除味、除鐵、錳、控制鹵代烴的形成。包括德國斯圖加特來格朗水廠、科隆WAHNBACH水廠、意大利佛羅倫薩ANCONEIIA水廠、法國巴黎ORLY水廠等等，運行效果良好。國內上海、深圳、重慶等許多城市的一些水廠也在近幾年開始試行以二氧化氯或二氧化氯―液氯組合消毒，其中蕪湖市供水總公司在這方面取得了顯著的效果，他們以ClO2-Cl2組合投加法（2％二氧化氯2.5～3.0g/m3，氯1.0～1.5g/m3），既解決了氯消毒而產生的氯酚臭味問題，又使各項水質指標合格率達100％。今年，廈門水司也計劃在上里水廠進行二氧化氯消毒的試點，以解決源水中大量的藻類和有機物與氯反應所產生的氯仿嚴重超標問題，待取得成功經驗后，再在其它水廠推廣。

六、上里水廠二氧化氯消毒工程方案
上里水庫庫容100萬m3，上里水廠日供水量5000m3/d。由于該水庫匯水區(qū)域內有牲畜養(yǎng)
殖廠，其污水直接排放到庫內, 導致水庫水氮磷含量高，水體呈富營養(yǎng)化狀態(tài)，且含有較多的有機物腐殖質和藻類。目前，上里水廠的消毒方式仍為氯消毒，加氯量大，達4.5kg/dam3，使出水氯仿含量超過200μg/l，為國標（GB5749-85）的3.4倍，強制性行業(yè)標準（CJ94-1999）的6.7倍。為了保證各項水質指標達標，廈門市自來水公司對上里水廠消毒方式的改造提上議事日程，計劃下半年實施。具體方案如下：
（1）消毒方式
采用二氧化氯―液氯組合消毒法，氯前投加二氧化氯，以氧化有機物、腐殖質、去除藻類，氯后投加少量液氯，保證氯后水游離性余氯及管網末端的余氯要求。
（2）加注量
上里水廠日供水量5000m3/d，供水量為208m3/h
1、濾前投加二氧化氯量為3mg/l（濃度2％）
Q1=0.001×3×208=0.624kg/h（投加量根據(jù)生產實際情況進行調整）
2、濾后液氯投加量采用1.0mg/l
Q2=0.001×1.0×208=0.21kg/h
（3）設備選用
計劃選用1臺1kg/h正壓注入式化學法二氧化氯發(fā)生器，每噸含2％二氧化氯的生產成本約1500元。

七、二氧化氯的應用前景
二氧化氯作為新型消毒劑，具有多方面的優(yōu)勢：殺菌能力強、消毒性久、副產物少、不生成三鹵甲烷等致癌物，還可除藻、剝泥、防腐、抗霉、保鮮、除臭、除鐵、除錳等氯化及漂白色等多方面的功能，用途十分廣泛，世界衛(wèi)生組織已將其列為AI級、廣譜、安全消毒劑，二氧化氯已成為上公認的氯系列消毒劑理想的更新替代產品。它的應用領域也越來越廣闊，包括工業(yè)、農業(yè)、食品加工中的消毒滅菌、食品（肉類、水產品、果蔬）的防腐、保鮮，環(huán)境、飲水、工業(yè)循環(huán)及污水處理等方面殺菌、清毒、除臭的理想劑，冷卻水處理、印染污水處理、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)保等各領域，特別是飲用水應用方面的潛力巨大，早在“九五”期間，建設部已將二氧化氯列入替代消毒劑的推廣應用研究之列。但是，二氧化氯領域行業(yè)的標準化及二氧化氯更科學合理的制備和貯運安全性問題已日顯重要，特別是在飲用水消毒方面尚未制訂性的標準，這些方面還有大量的工作要做。

八、二氧化氯滅功消毒劑的應用范圍
（1）各種場合下的生活、飲用、自來水的消毒
（2）餐廳、賓館、家庭、攤檔餐具和衛(wèi)生設施的滅菌消毒與空氣環(huán)境消毒
（3）食品、飲料廠、發(fā)酵工業(yè)的設備、管道、容器的最終滅菌消毒
（4）乳品廠、屠宰廠、發(fā)酵工業(yè)的設備、管道、容器的最終滅菌消毒
（5）污水的滅菌消毒處理
（6）游泳池循環(huán)水、浴池水的滅菌消毒
（7）醫(yī)療、衛(wèi)生、臨床器械消毒、滅菌、除臭和防霉處理
（8）家庭、賓館、飯店、水果蔬菜、魚肉食品的保鮮及最終淋洗消毒和衛(wèi)生器具消毒
（9）高層建筑給水的二次消毒處理
（10）配制各種口腔消毒液、除臭液及創(chuàng)口清洗液等
（11）公共場所環(huán)境空氣、冰箱、冷庫、辦公室、宿舍、車廂及空調通風系統(tǒng)的空氣清潔、消毒、除臭。也可用于病家、病區(qū)及病人物品的殺菌消毒
（12）魚蝦疾病防治、池水消毒與增氧、殺滅毛蚶甲肝病毒及磨菇生產滅菌消毒保鮮處理等，達到防病、增產、提質的效果
（13）魚蝦類加工過程中消毒控制雜菌、大腸桿菌等污染及保鮮
（14）動物禽畜飼養(yǎng)場舍及飲水的消毒、蠶繭養(yǎng)殖器具消毒
（15）中水回用中的滅菌與脫臭
（16）面粉與各種食品的漂白劑
（17）造紙、印染行業(yè)的漂抓劑
（18）工業(yè)循環(huán)冷卻水的除藻滅菌處理
（19）石油管道中硫酸鹽還原菌的滅除

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