淺談飲用水的二氧化氯凈化技術(shù)

王晨芳 馬一鳴

一·前言

水是人類生活的命脈，城市生活離不開城市供水，飲用水質(zhì)量的好壞關(guān)系著一個(gè)國家國民身體的健康，更對(duì)國家的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，人們對(duì)飲用水水質(zhì)的要求也在不斷地提高，為適應(yīng)凈水事業(yè)的發(fā)展，有關(guān)部門進(jìn)行大量科研工作，取得了喜人的成果。但是另一方面，隨著水源污染的日益嚴(yán)重，飲用水的凈化問題也成為國家面臨的一項(xiàng)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。傳統(tǒng)的液氯消毒雖然投資少，但液氯與水體中的某些天然有機(jī)物易形成危害人類健康的鹵化物，因此，尋求替代氯的高效消毒劑成為一段時(shí)期來水務(wù)科技工作者的當(dāng)務(wù)之急，而在眾多的消毒劑中，二氧化氯具有廣譜殺菌能力，具有很強(qiáng)的反應(yīng)活性和氧化能力且其消毒效果不受PH值得影響，并且在凈化過程中基本不生成有害的鹵化物，在發(fā)達(dá)國家早已經(jīng)有了普遍的應(yīng)用。我國從九十年代開始在一些中小型水廠相繼實(shí)施二氧化氯消毒法，至今已有數(shù)百家水廠實(shí)施。

二·二氧化氯的消毒機(jī)理

二氧化氯是一種廣譜性的消毒劑，它對(duì)微生物的滅活機(jī)理原則上與一般氧化劑類消毒劑相同。首先它進(jìn)入微生物體內(nèi)，破壞微生物體內(nèi)的酶和蛋白質(zhì)以達(dá)到滅活微生物的目的，但二氧化氯的消毒機(jī)理的獨(dú)特之處在于：首先，二氧化氯對(duì)細(xì)胞壁有較強(qiáng)的吸附和穿透能力，特別是在低濃度時(shí)更加突出，因此它比一般的消毒劑更易進(jìn)入微生物體內(nèi)，即在同等條件下它對(duì)微生物的滅活機(jī)會(huì)增加；其次，二氧化氯的共軛結(jié)構(gòu)及其獨(dú)特的電子轉(zhuǎn)移機(jī)制導(dǎo)致它具有較強(qiáng)的氧化能力。

二氧化氯通過兩種機(jī)理滅活微生物。一是二氧化氯與微生物體內(nèi)的生物分子反應(yīng)，氧化，破壞微生物蛋白質(zhì)中的部分氨基酸，從而通過快速的抑制微生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成來破壞微生物，最終導(dǎo)致微生物的滅活或者死亡。由于細(xì)菌、病毒、真菌都是單細(xì)胞的低級(jí)微生物，其酶系分布于細(xì)胞表面，易于受到二氧化氯的攻擊而失活。而人和動(dòng)物細(xì)胞中，酶系位于細(xì)胞質(zhì)中，受到外部系統(tǒng)的保護(hù)，二氧化氯難以和酶直接接觸，故對(duì)人和的危害較小。二是影響微生物的生理功能，破壞微生物的外部細(xì)胞膜。最近的文獻(xiàn)報(bào)道，二氧化氯明顯改變了微生物外部細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)和油脂，從而增大了細(xì)胞膜的滲透性。

三·二氧化氯凈化飲用水的優(yōu)勢(shì)

二氧化氯對(duì)病毒和細(xì)菌的滅活能力非常好，其殺菌效果不受細(xì)胞表面負(fù)電性的影響。有研究表明，二氧化氯可能通過單純擴(kuò)散的方式透過細(xì)胞膜，不需要載體蛋白參與，因此二氧化氯的殺菌作用不受細(xì)菌的代謝活力影響，這一特點(diǎn)導(dǎo)致二氧化氯幾乎對(duì)一切會(huì)導(dǎo)致水介傳染病的病原微生物均有很好的滅活效果。

二氧化氯在凈化飲用水時(shí)幾乎不產(chǎn)生鹵代消毒副產(chǎn)物。二氧化氯與有機(jī)物的反應(yīng)特性導(dǎo)致它與有機(jī)物的反應(yīng)類型是氧化而不是取代。盡管二氧化氯在消毒過程中會(huì)產(chǎn)生一定的亞氯酸鹽和氯酸鹽，但通常用于消毒的二氧化氯投加量比較低，并且目前也已經(jīng)有控制副產(chǎn)物生成的有效措施，因此二氧化氯的安全性被世界安全組織（WHO）定為AI級(jí)。

二氧化氯能氧化去除鐵、錳、硫化物等，提高混凝效果，并且去除率比其他的氧化劑高。在原水含錳量0.60～0.72mg/L、濁度3.30～5.20 NTU、PH值7.0～8.0的條件下，當(dāng)二氧化氯和液氯的投加量均為6.0 mg/L，它們分別在投加混凝劑的同時(shí)、之前10 min、之后20 min投加時(shí)發(fā)，前者濾后水錳的去除率分別比后者高40.3%、20.37%、2.33%。

二氧化氯可以有效去除由藻類或腐敗生物引起的嗅、味、色，有效去除致臭的氯酚類化合物，除臭效果比氯要好。并且其消毒效果基本不受PH值和氨氮的影響，在黑暗條件下具有較好的穩(wěn)定性，可以保持持續(xù)消毒能力。

四·二氧化氯凈化飲用水的主要問題

研究表明，二氧化氯在凈水過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物主要包括兩部分：一是被其氧化生成的有機(jī)副產(chǎn)物，二是本身被還原產(chǎn)生的無機(jī)副產(chǎn)物。其中亞氯酸鹽和氯酸鹽為最大的弊病，其中以亞氯酸鹽作用最強(qiáng)。研究人員認(rèn)為二氧化氯及其副產(chǎn)物的不利影響主要在于它的強(qiáng)氧化性和對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)的毒害作用。并且二氧化氯的發(fā)生器優(yōu)化運(yùn)行控制有一定的難度，運(yùn)行不佳時(shí)容易導(dǎo)致原料如氯、亞氯酸鹽。氯酸鹽等進(jìn)入水體，并由此引起更多副產(chǎn)物的形成。

二氧化氯制作成本高，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)分析手段還不夠完善。

五·二氧化氯凈化飲用水的研究方向

目前對(duì)二氧化氯凈化飲用水技術(shù)的研究主要在三個(gè)方面：1、二氧化氯預(yù)氧化技術(shù)。二氧化氯預(yù)氧化可從一定程度上破壞原水的膠體、氧化分解有機(jī)物和藻類，減少它們對(duì)絮凝過程的干擾，在一定程度上提高常規(guī)處理工藝對(duì)污染物質(zhì)的去除效果，在去除水中的天然有機(jī)物和其他微污染物質(zhì)上有獨(dú)有的功效。2、二氧化氯消毒技術(shù)。早在20世紀(jì)40年代，一些學(xué)者就對(duì)二氧化氯的滅菌效率進(jìn)行過探討，但二氧化氯消毒真正被重視和普遍應(yīng)用是在20世紀(jì)70年代，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到氯消毒的自來水中存在的有機(jī)鹵代物及其危害性。二氧化氯對(duì)絕大多數(shù)細(xì)菌和病原微生物的高效率滅活作用和其低危害性值得我們更加深入的研究和開發(fā)。3、二氧化氯有害副產(chǎn)物的生成抑制和去除。二氧化氯凈化飲用水的副產(chǎn)物中由于有機(jī)副產(chǎn)物很少，毒害作用小，所以我們應(yīng)當(dāng)把更多的注意力放在無機(jī)副產(chǎn)物上。無論哪種二氧化氯的發(fā)生方法，都不可避免的產(chǎn)生亞氯酸鹽、氯酸鹽等副產(chǎn)物。而隨著對(duì)二氧化氯研究的深入，二氧化氯發(fā)生器性能不斷提高，發(fā)生方法不斷改善，二氧化氯的純度在不斷地增加，從而有效的減少了投加二氧化氯產(chǎn)生的有害副產(chǎn)物量。其次是對(duì)低濃度二氧化氯及其相關(guān)成分檢測(cè)手段還不夠完善，應(yīng)對(duì)這方面進(jìn)行研究與學(xué)習(xí)。

結(jié)語

二氧化氯作為一種新型飲用水消毒劑已越來越受到國家和科研工作者的關(guān)注，它與傳統(tǒng)的消毒劑液氯相比具有一系列的優(yōu)越性。無論是從技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都是可行的，它在飲用水凈化處理方面的潛力巨大。盡管在發(fā)生和消毒過程中還存在著許多的問題，但是它的優(yōu)勢(shì)也不可否認(rèn)，我們要在將來的研究中降低二氧化氯的發(fā)生成本，減少其副產(chǎn)物的危害，使二氧化氯在飲用水處理中得到廣泛的應(yīng)用

參考文獻(xiàn)：

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[2]二氧化氯作為消毒劑在飲用水處理中的應(yīng)用 代園園、員建1009-0177（2011）01-0004-04

[3]試談我國二氧化氯發(fā)生技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 嚴(yán)以強(qiáng)