二氧化氯应用于水处理消毒的探讨
摘要:介绍了二氧化氯水处理原理和特点,并就消毒的效果、使用范围、建设费用、用地等方面与液氯、臭氧、紫外线作了比较,说明二氧化氯是一种新型高效多功能的水处理消毒剂。
关键词:水处理;二氧化氯;消毒
二氧化氯作为一种新型高效多功能水处理消毒剂,已在国内外许多领域得到广泛应用。二氧化氯在城市水质处理上显示出很强的优势，对印染废水的脱色、含氰含酚废水的处理有极好的处理效果。二氧化氯不仅具有一般的杀菌、灭藻效能，而且能分解残留的细胞结构，具有杀孢子、杀病毒的效能。因此，二氧化氯的使用，对于环境保护、人类的生命健康有着广泛的意义。
我国在这方面起步和发展较慢,从20世纪90年代以后才开始在一些中、小型水厂中加以应用。
1二氧化氯水处理原理
1.1与无机物反应
水中少量的S2-、SO32-、SnO22-、AsO32-、SbO32-、S2O32-、NO2-和CN-等还原性酸根均可被氧化去除。水中一些还原态的金属离子Fe2+、Mn2+、Ni2+等也能被氧化。在中性溶液中，碘化钾、亚硫酸钠、亚砷酸钠及氧化铅，能把二氧化氯还原成亚氯酸盐。在酸性溶液中（pH=1），氢化硼、碘化物及亚硫酸可将二氧化氯完全还原成氯离子。水溶液中,二氧化氯的歧化反应进行得非常慢。
1.2与有机物反应
易与二氧化氯进行反应的有机化合物是指肪烃的叔胺和酚类及芳香胺类。
1)二氧化氯和酚反应较快,产物包括: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；草酸和顺式丁烯二酸。
2)二氧化氯与对苯二酚反应时,很快将其氧化成相应的苯醌，不发生环上的取代反应。
3)二氧化氯与硫的化合物(包括硫胺素、硫代硫胺素、硫醇、有机二硫化物以及硫脲）易发生反应。判断二氧化氯与其它有机物反应应实验确定。
1.3杀菌机理
二氧化氯与细菌及其它微生物细胞中蛋白质发生氧化还原反应，使其分解破坏，进而控制微生物蛋白质合成，最终导致细菌死亡。二氧化氯对细菌壁有较强的吸咐的穿透能力(优于氯或次氯钠）。
二氧化氯不易使细菌产生抗药性(非氧化性杀菌剂如胺类杀菌剂是NH4-进入细菌组织内部，使内部组织产生变异，使细菌组织破坏，从而杀灭。但这种方法时间长后，细菌会逐渐适应这种外来基团，使其失去杀菌作用。这就是细菌的抗药性）。
2二氧化氯水处理特点
二氧化氯对水中的病原微生物,包括病毒、芽子孢、配水管网中的异养菌、硫酸盐、还原菌及真菌等均有很高的杀灭作用。二氧化氯能在pH值很宽的范围内杀灭大肠杆菌，其杀灭效果与温度T有关，是温度（1/T）的函数。这一优点弥补了因温度升高而使二氧化氯在水中溶解度降低的缺点。
二氧化氯杀灭病毒的作用比臭氧(O3)和氯气有效。在洪水期间，二氧化氯对水中柯萨奇(肠道)病菌、人类肠道病毒、疱疹病毒、新城病毒、噬菌体、牛痘病毒、脊髓灰质炎病毒等众多病毒，均有很好的杀灭效果。如果使用剂量为0.02mg/L的二氧化氯，可在几分钟内将水中病毒杆菌杀灭，比氯气要有效得多。低剂量的二氧化氯还具有很强的杀蠕虫效果，如果使用二氧化氯0.5mg/L，便可将微生物甲壳类中的水生二节虱类杀灭，而用氯杀灭则需6.0～7.0mg/L。
二氧化氯对水处理系统中的沉淀、澄清、过滤设备以及配水管网中的藻类异养菌、铁细菌、硫酸盐及还原菌等，都有较好的去除杀灭效果，投加二氧化氯将有利于水处理设施的运行和维护。
Akin和Hoff等人对臭氧、二氧化氯、氯、氯胺4种消毒剂进行比较，消毒效率：臭氧＞二氧化氯＞氯＞氯胺；稳定性：氯胺＞二氧化氯＞氯＞臭氧。综合以上两方面的因素以及我国的实际情况来看，二氧化氯消毒具有比较好的效果和广阔的前途。
3在水处理中常用消毒剂的比较
1)液氯
目前,液氯仍然是我国水处理过程中应用最多的消毒剂。这主要是由于它应用历史长，积累了丰富的运行管理数据，并且成本低、在管网中可保持一定的持续杀菌效果。但随着全球环境污染的加剧，在对一些遭受污染的水源进行处理时，氯化处理常需投加过量的氯气，研究证明这往往易生成大量的有机卤化物（如三氯甲烷）而造成水体的二次污染。对人体的健康产生潜在的危害。另外一些中小型水厂或污水处理厂采用氯气消毒，不仅占地面积大，而且运输不方便，使用过程易泄露，不宜在居民生活区使用。如果管理不善常产生一些人身伤害事故。因此，近年来各国都在研究替代氯气进行消毒的新一代消毒剂。
2)臭氧
臭氧是一种优良的消毒剂,其杀菌效果好,且一般无有害副产物生成。但目前臭氧发生装置的产率通常较低，设备昂贵，安装管理复杂，运行费用高，而且臭氧在水中溶解度低，衰减速度快，为保证管网内持续的杀菌作用，必需和其它消毒方法协同进行。
3)紫外线
紫外线消毒也是近来发展的一种新型消毒方法。它是通过对水体进行紫外线辐射，将水中的有害菌杀死，同时不改变水的物理化学性质，且不产生气味和其它有害的卤代甲烷等副产物。但该方法对消毒前的原水浊度要求较高；必须保证一定的水流厚度；当水深时杀菌效果急剧下降。故现在只在纯净水等小型高标准水处理中应用较广。
4)二氧化氯
二氧化氯是一种强氧化剂和高效杀菌剂。自从美国尼亚加拉水厂最早将其作为消毒剂以来，在欧洲及美国得到广泛应用，其综合指标远远好于其他消毒剂。
在水处理中使用二氧化氯,主要有如下优势:
(1)消毒效果好而且具有持续消毒、杀菌作用。
(2)消毒效果不受氨的影响。
(3)在碱性条件下,杀菌效果不受影响。
(4)对病毒具有强力的杀灭作用。
(5)对换热管表面的生物膜具有剥离效果。
(6)不会形成致癌物如卤代烃。
(7)具有脱色、助凝、除氰、除酚、除臭等多种功能。
表1对几种消毒剂的各项指标作了一个综合比较,通过对比可知，二氧化氯发生器无论在安装、使用还是维护等方面都较其他消毒产品有更高的优越性。随着水源污染的日益加重及人们对水质要求的日益提高，二氧化氯必将成为广泛应用的新一代消毒产品。
4结语
通过上述比较,可见二氧化氯应用于水处理消毒时,具有消毒效果好、效率高、成本低、占地少、不产生二次污染等优点。如能把二氧化氯投加自动化控制的问题解决好，必将在供水、生活污水处理、医用废水处理等水处理领域中得到更广泛的应用。
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