復(fù)方二氧化氯消毒劑的增效應(yīng)用與發(fā)展

李哲，崔永亮，段玉奇，時夢瑤，倪孟僑，王奎濤，3

(1.河北科技大學(xué) 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河北 石家莊 050018；2.黃驊市水務(wù)局，河北 滄州 061000； 3.河北省藥用分子化學(xué)重點實驗室，河北 石家莊 050018)

隨著工業(yè)的發(fā)展，水體污染日益嚴重，水資源日漸匱乏，水處理要求也越發(fā)嚴格，人們逐漸意識到凈化水資源才是保障人體健康、防止疾病傳播的有效途徑。隨著社會發(fā)展，人們對消毒劑需求日漸增多，使其在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展。凈水廠常規(guī)處理工藝已經(jīng)不能滿足凈水的標準要求，但消毒凈水環(huán)節(jié)仍是飲用水消毒的關(guān)鍵[1]。

通過研究發(fā)現(xiàn)使用傳統(tǒng)的液氯進行消毒殺菌效果差，并且會產(chǎn)生對人體有致癌風(fēng)險的鹵代物等缺點;同時隨著人們對健康安全意識的不斷提高，國家對飲用水安全標準的不斷完善，使用液氯等傳統(tǒng)消毒劑對飲用水進行消毒已不能滿足凈水的要求，我們急需尋找一種新型的高效凈水消毒劑[2-4]。

1 復(fù)方二氧化氯消毒劑

1.1 二氧化氯介紹

1811年，二氧化氯被英國科學(xué)家無意中發(fā)現(xiàn)，在常溫下是黃綠色氣體，具有強烈的氧化性和刺激性[5-6]，是一種新型的殺菌消毒劑。起初只是用于工業(yè)中的漂白脫色，后來研究發(fā)現(xiàn)，二氧化氯在水中不發(fā)生歧化反應(yīng)，具有良好的穩(wěn)定性和滲透擴散能力并且能在水中保持余量使其持續(xù)地發(fā)揮作用[7]。其次在水中仍以分子形式存在，并且不產(chǎn)生三氯甲烷等致癌物質(zhì)，不受水的硬度和鹽分等外界環(huán)境影響，穩(wěn)定性好，氧化能力強，可將許多有機化合物氧化，從而降低水中污染物含量。可見二氧化氯在水中比液氯等傳統(tǒng)消毒劑具有更多優(yōu)點，這就為二氧化氯成為新一代凈水消毒劑奠定了良好的基礎(chǔ)[5，8-9]。

1.2 二氧化氯殺菌機理

從二氧化氯的化學(xué)結(jié)構(gòu)來講，二氧化氯呈V型分子構(gòu)型。存在一個未成對的自由電子，化學(xué)性質(zhì)活潑，能夠氧化水中的有毒物質(zhì)，對細胞膜有很強吸附性和殺傷性。

在韋明肯等[10]的二氧化氯殺菌機理的研究進展一文中，Benarde用C14標記苯丙氨酸和纈氨酸，觀察到了明顯的蛋白質(zhì)合成受阻現(xiàn)象。Ogata以六磷酸葡萄糖脫氫酶為模型證實了二氧化氯對氨基酸的共價氧化并在氨基酸水平解釋了蛋白質(zhì)的失活機制從而說明二氧化氯與蛋白質(zhì)不發(fā)生涉及氯原子的取代反應(yīng)。而是對細胞壁有較強吸附和穿透能力，增加細胞膜的通透性改變細胞的內(nèi)外壓，使細胞器和微量元素滲出使細胞的生命活動發(fā)生異常。

1.3 二氧化氯消毒劑優(yōu)勢

實驗記錄表明二氧化氯濃度在0.5～1 mg/L，1 min 內(nèi)能將水中 99% 的細菌殺滅。二氧化氯是傳統(tǒng)液氯氧化能力的3～4倍，液氯消毒能力的2.5倍。1977年美國進行了一項幾種飲用水消毒劑反應(yīng)產(chǎn)物的致癌性研究[11]，分別用液氯、臭氧消毒過的河水濃縮水樣對小鼠進行皮下注射，并用藥物催化腫瘤形成。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)注射液氯和氯胺消毒過水樣的小鼠腫瘤發(fā)病率明顯增高[12]。從而說明了傳統(tǒng)消毒劑液氯和臭氧的主要缺點是消毒過程中產(chǎn)生高濃度的三氯甲烷有嚴重的致癌致畸致突的風(fēng)險，并且異味重刺激性強，其安全性和穩(wěn)定性較差。其次在堿性或氨存在的條件下殺菌效果大幅下降，并且?guī)в挟愇?，使得成品口感變差。而在物理方法中的紫外線和臭氧[12]有較好的殺菌效果，臭氧在水處理過程中可產(chǎn)生強致癌物質(zhì)使其安全性下降。并且生產(chǎn)工藝繁瑣，設(shè)備操作復(fù)雜、使用成本費用高難以普遍推廣。二氧化氯與其相比，不受氨或堿性環(huán)境影響，運輸便捷，具有良好的除臭與脫色能力，其穿透吸附細胞壁的能力較強，滅活范圍廣，毒害副作用小。使得二氧化氯在飲水消毒劑應(yīng)用上取得絕對優(yōu)勢，為二氧化氯用于飲用水的消毒奠定了良好基礎(chǔ)。

1.4 二氧化氯消毒液的不足

在陳循軍等[17]的二氧化氯的性質(zhì)制備及應(yīng)用一文中，提到二氧化氯與氯氣有相似的刺激性氣味和比較強的腐蝕性。隨著人們生活質(zhì)量提高，對水質(zhì)要求越來越嚴格以至在二氧化氯消毒劑的使用規(guī)范上要求也日漸嚴格。所以要嚴格控制消毒劑中二氧化氯的使用投加量，降低其比例，使其在較低含量濃度下有較高殺菌效果，降低其毒副作用。加入表面活性劑配比成二氧化氯復(fù)方劑，提高消毒效果進而達到協(xié)同增效的目的。

在胡偉等[18]的試論二氧化氯對細菌的殺菌機理一文中，在相同作用時間和環(huán)境，二氧化氯濃度越高殺菌效果越好[19-21]。但是長期飲用含有二氧化氯的消毒用水，依據(jù)濃度的不同可能會不同程度地損傷肝腎功能影響血液組成。既要增強殺菌效果和安全性又要減少投加量，可以復(fù)配來彌補二氧化氯在飲用水消毒方面的不足。

1.5 復(fù)配表面活性劑增效機理

表面活性劑能夠改變?nèi)芤后w系的界面狀態(tài)，是一種有效高性能的物質(zhì)。表面活性劑分子兼具親水和親油兩種性能[22]和強效的消毒殺菌作用[23-24]，通過損傷細胞膜，改變膜結(jié)構(gòu)在界面發(fā)生吸附作用，從而使細菌生物膜蛋白質(zhì)的強烈相互作用使之變性或失去功能。綜上二氧化氯消毒劑中加入表面活性劑還可以降低溶液表面張力，提高穩(wěn)定性。并且具有良好的起泡性能對其它輔料有促溶的效果，二氧化氯和表面活性劑都能起到殺菌作用，通過二者的協(xié)同增效提高消毒劑殺菌效果[25-30]。其中最為重要的是二氧化氯和表面活性劑在殺菌方面有協(xié)同增效作用[25-30]，降低二氧化氯在水中副產(chǎn)物的生成率，提高穩(wěn)定性和安全性。

1.6 復(fù)方消毒劑效果評價

在高金龍等[31]的一種復(fù)方二氧化氯消毒劑殺菌效果及機理研究一文中，殺菌實驗選定大腸桿菌為指示菌，然后確定中和劑以及適宜的濃度。在無菌試管中加入菌懸液和消毒劑溶液作用至預(yù)定時間，用中和劑溶液替換消毒劑，計算殺菌率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單一的二氧化氯消毒液作用于大腸桿菌10 min，殺菌率僅達到92.75%，加入平平加可達到99.99%，加入既定的表面活性劑烷基糖苷同樣時間殺菌率達到99.9% 以上。由此可見，加入表面活性劑復(fù)配可以增強二氧化氯的殺菌效果，同時降低二氧化氯的使用濃度，提高使用的安全性和穩(wěn)定性。

2 復(fù)方二氧化氯消毒劑應(yīng)用與進展

在表面活性劑在二氧化氯的增效研究中，王奎濤等[32]通過懸液定量殺菌試驗研究得出，作用相同的時間和二氧化氯濃度添加表面活性劑大于單獨使用二氧化氯的殺菌效果。復(fù)方二氧化氯中表面活性劑與二氧化氯協(xié)同增效極大地提高了使用的安全性并且降低了對外界的刺激性。

二氧化氯復(fù)方消毒劑在生活凈水方面替代液氯等傳統(tǒng)消毒劑成為新一代高效消毒劑[33-34]；衛(wèi)生防疫、殺滅各種桿菌葡萄球菌、艾滋乙肝病毒等，并且尚未發(fā)現(xiàn)能抵抗其氧化性而不被殺滅的微生物。造紙漂白，具有強的氧化性使有機物脫色并無三廢排放和二次污染，操作簡易?？梢娫诟鱾€領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

綜上所述，單一的二氧化氯消毒劑在低濃度達不到所需的較高的殺菌效果，與復(fù)方消毒劑相比穩(wěn)定性較差，而復(fù)方消毒劑則可以在低濃度達到更好的殺菌效果，并降低了其副作用及對人體危害和刺激性氣味，改善了二氧化氯高濃度產(chǎn)生亞氯酸鹽等副產(chǎn)物危害人體健康[4，35-37]，表面活性劑協(xié)同增效使二氧化氯在應(yīng)用上更加廣泛。