二氧化氯消毒机理及其消毒副产物的控制

摘要：主要介绍了二氧化氯消毒的机理，阐述了消毒工程中消毒副产物产生的原因，提出了控制消毒副产物产生的方法。

关键词：自来水消毒 二氧化氯 消毒机理 消毒副产物

当前，二氧化氯作为一种新型消毒剂越来越受到人们的重视。研究表明，二氧化氯比氯气更优越，其特点为： 消毒效果好而且具有持续消毒、杀菌作用；消毒效果不受氨的影响； 在广泛的 pH 值范围内都具有良好的杀菌能力，尤其在碱性环境下杀菌效果不受影响； 对病毒具有强力的杀灭作用； 不会形成致癌物； 具有强氧化能力，能脱色、助凝、除氰、除酚、除臭等。因此，二氧化氯在国外水厂的应用已经普遍，国内对它的研究也在进一步深入。本文主要介绍二氧化氯的消毒机理及其副产物的形成和控制。

1 二氧化氯的消毒机理

1.1 二氧化氯的性质

二氧化氯是由汉费莱·戴维先生于1811年发现的，在水处理中的应用始于 1944年，当时美国 Niagara Falls 水厂为控制水中由于藻类繁殖与酚污染所产生的气体，率先使用二氧化氯获得成功。二氧化氯分子式为ClO2，常温下为橙黄色气体，带有一种辛辣气味，熔点-59.5℃、沸点9.9℃，当压力为 98.56 kPa时， 易溶于水，但不和水起化学反应，在水中极易挥发，其水溶液呈黄绿色，敞开存放时能被光分解，在空气中的体积浓度超10%或水中浓度大于30%时具有爆炸性， 因此不宜贮存，必须在现场边生产边使用； 在密闭，避光条件下存放很稳定，若轻度酸化则更稳定；与氨不反应，对人体有刺激，当空气中二氧化氯含量为14 mg/L 时，一般就可察觉； 当空气中二氧化氯含量为 45mg/L时，明显刺激人的呼吸道。

1.2 二氧化氯的氧化性质

（1）二氧化氯对锰的氧化。二氧化氯能够把二价锰氧化成四价锰，使之形成不溶于水的二氧化锰（MnO2）， 即：2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2+12H++2Cl-通过氧化，二氧化氯对锰的去除率为69%～81 %，而氯对锰的去除率仅为25%。一般二氧化氯的投加量为5.0mg/L。

（2）二氧化氯对铁的氧化。二氧化氯同样也能够把二价的铁氧化成三价的铁， 形成氢氧化铁沉淀，

即：ClO2+5Fe（ HCO3）2+13H2O=5Fe（ OH）3+10CO32-+Cl-+21H+

通过氧化，二氧化氯对铁的去除率为78%～95%， 而氯对铁的去除率仅为50%左右。一般二氧化氯的投加量为2.0mg/L。

（3）二氧化氯对硫化物的氧化。二氧化氯在pH值5～9的区间内， 很快将硫化物（S2-） 氧化成硫酸盐（SO42-），即：8ClO2+5S2-+4H2O=5SO42-+8Cl-+8H+

当二氧化氯的投加量为3.0 mg/L 时， 硫的去除率为81%。

（4）二氧化氯对氰化物的氧化。二氧化氯可以将氰化物氧化成二氧化碳和氮， 即：2ClO2+2CN-=2CO2+N2+2Cl-

当氰化物的浓度为3.0mg/L， 二氧化氯的投加量为5.0 mg/L，其氰化物的去除率一般都大于85%。

（5）二氧化氯对苯酚的氧化。二氧化氯对苯酚的氧化去除效果随着二氧化氯投加量的增加而提高（ 它对苯酚的去除率明显优于液氯） 。当原水中苯酚浓度为 2.0 mg/L，加5mg/L二氧化氯时，苯酚的去除率一般大于85%。传统的氯消毒随着液氯投加量的增加，氯代酚的量随之增加，而投加二氧化氯时，则基本上不形成氯代酚。

（6）二氧化氯对有机物的氧化。二氧化氯对有机物的氧化降解与氯所不同的最大特点是，它不会生成有机氯代物。二氧化氯可以控制三卤甲烷（THM）的形成， 减少总有机卤的生成。众所周知，三卤甲烷的前驱物质通常有以下3类： 一类是天然大分子有机物，如腐植酸、灰黄霉酸等；另一类是小分子有机物，如酸类化合物、苯胺、苯醌、氨基酸等多种有机物； 第三类是藻类及代谢产物。

黄腐酸是腐殖质的主要组成物质，腐殖质里黄腐酸（FA） 的含量高达 90%。通过研究和试验表明，二氧化氯与黄腐酸几乎不生成氯仿，而液氯与黄腐酸反应则会生成大量氯仿，而且，氯仿的生成量随着液氯的投加量和水中腐殖质含量的增加而增加； 间苯二酚是黄腐酸中最多、最基本的部分，一般用它代表黄腐酸来说明二氧化氯和氯的作用机理。

2 二氧化氯消毒副产物的产生及危害

二氧化氯消毒副产物主要包括两部分： 一部分是被其氧化而生成的有机副产物； 另一部分是本身被还原而生成的无机副产物。二氧化氯有机副产物种类和数量与水体的水质情况、pH 值等条件和二氧化氯的投加量密切相关，主要包括一些酮、醛或羰基类的物质。近年来，在二氧化氯消毒后的水体中曾检出乙醛、乙二醛，这两种物质被联合国卫生组织认定为可疑致癌物，其余大部分有机副产物的毒理学意义尚不清楚。目前研究较多的是二氧化氯的无机副产物，这主要是二氧化氯自身被还原产生的，主要包括亚氯酸根（ ClO2-） 和氯酸根（ ClO3-） ，其毒理学影响较大。ClO2-能引起动物的溶血性贫血和变性血红蛋白血癌，可能会抑制血清甲状腺素的作用，引起胎儿小脑重量下降、神经行为作用迟缓或细胞数下降； 还可能造成婴儿大脑重量下降，神经系统作用迟缓或皮肤增生。动物实验证明， 只有在接触高浓度二氧化氯及歧化产物亚氯酸盐时，才会产生不利影响； 低剂量接触一般不会影响其健康。例如： 有人用小白鼠做实验，饮用含亚氯酸盐100 mg/L 的水，可使它们的血红蛋白含量明显减少； 饮用含量为10mg/L的水就未引起这种变化。让大鼠长期饮用含二氧化氯10mg/L的水，两年后也未检查出对动物健康有害的结果。美国环保局在1994年经修订过的建议中规定： 出厂水中ClO2不得超过0.8 mg/L，ClO2-不得超过1.0mg/L。

3 二氧化氯消毒副产物的控制

3.1 加强饮用水中消毒副产物的监测

长期以来我国在饮用水卫生监测方面执行 GB5749—85的35项标准，其中仅对氯仿、四氯化碳这两种氯化消毒副产物进行了规定。而美国环保局在1994年经修订过的建议中就规定： 出厂水中 ClO2不得超过0.8mg/L，ClO2-不得超过1.0 mg/L。因此我国应尽快制定新的饮用水卫生标准，以加强水中 ClO2-， ClO3-的监测。所以，我们要加强对饮用水中消毒副产物的监测。

3.2 降低水体有机前体物的含量

能引起二氧化氯消毒副产物的有机前体物主要包括酮、醛和一些羰基类物质。我们可以通过加强混凝沉淀和过滤、颗粒活性炭（GAC） 吸附、膜法过滤或生物降解去除前体物，也可以在氧化剂的作用下转化前体物，如臭氧氧化或其他深度氧化工业。

3.3 采用二氧化氯与氯共同作用的消毒方式

二氧化氯与氯气协同作用可以较好地抑制处理后水中三卤甲烷等氯化致癌物的生成。其原因为： 二氧化氯较氯活泼，可优先于氯与有机物发生氧化分解反应，然后由氯气来保证处理后水中的余氯，抑制水中微生物的繁殖再生，并可减少 ClO2-的产生。岳舜琳在《 二氧化氯及其在给水中的应用》一文中指出： 当加氯 0.5mg/L，二氧化氯2.5mg/L 时，总三卤甲烷<0.1μg/L，总三卤甲烷去除率100 %。同济大学环境医学研究所王家珍在《 二氧化氯消毒降低饮用水致突变性的研究》 中对 Cl2，ClO2，ClO2+Cl2，O3在使用中的灭菌效果及三卤甲烷的生成情况进行了对比实验，结论为： 综合考虑其他因素如经济、毒副作用等，自来水厂以应用“ 二氧化氯+氯气”的联合消毒代替单一氯或单一二氧化氯消毒为宜。

参考文献

[1]王丽.水中二氧化氯及其副产物亚氯酸盐和氯酸盐毒理学研究.哈尔滨建筑大学博士学位论文，1999.1

[2] 王丽，李绍锋.二氧化氯与氯混合消毒副产物生成的研究.第二届二氧化氯及水处理技术国际研讨会论文集，2003.11

推荐访问:消毒 机理 控制 二氧化氯 副产物