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隨著我國經濟的發展，人民生活水平的提高，一方面，人們對水質的要求越來越高，另一方面，發展經濟的同時，造成的環境污染問題也日趨嚴重。特別是我 國的水環境狀況仍在惡化，中國的主要河流有機污染普遍，主要湖泊富營養化嚴重（1999年環境狀況公報）。而我國目前絕大多數水廠還是沿用傳統的混合、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，還會生成20多種副產物，包括三鹵甲烷THMs等致癌物質。有一些凈水廠為此增 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。隨著歐美國家在水廠和其他行業廣泛使用和 國內對其在消毒方面的認識和研究的加深，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(zhi)
二(er)氧(yang)化(hua)氯（ClO2）氣(qi)體(ti)是(shi)具(ju)有(you)和氯相似的(de)(de)刺激性(xing)氣(qi)體(ti)，易(yi)溶(rong)于水，它 的(de)(de)溶(rong)解(jie)度是(shi)氯氣(qi)的(de)(de)5倍。二(er)氧(yang)化(hua)氯水溶(rong)液的(de)(de)顏色(se)(se)隨(sui)濃度的(de)(de)增加由黃綠色(se)(se)轉(zhuan)成橙色(se)(se)。它在(zai)(zai)水中是(shi)純粹的(de)(de)溶(rong)解(jie)狀態，不(bu)與水發生化(hua)學反應，所(suo)以(yi)它的(de)(de)消(xiao)毒作用受(shou)水的(de)(de)pH 值(zhi)影(ying)響(xiang)極小(xiao)。二(er)氧(yang)化(hua)氯易(yi)揮發，其液態和氣(qi)態極不(bu)穩(wen)定，溫(wen)度升高(gao)、曝光或與有(you)機(ji)質(zhi)接觸均會發生爆炸(zha)，故(gu)通常現場制(zhi)備，即時(shi)使用，存放于陰(yin)涼避光處。二(er)氧(yang)化(hua)氯 溶(rong)液濃度在(zai)(zai)10g/L以(yi)下(xia)時(shi)，基(ji)本沒有(you)爆炸(zha)危(wei)險(xian)。一(yi)般水廠所(suo)用二(er)氧(yang)化(hua)氯很(hen)少超過4g/L，加注量基(ji)本為0.1～5mg/L。
二、 二氧化氯的消毒機(ji)理
1、二(er)氧化氯與無機(ji)物的反應(ying)：
二氧化氯可將(jiang)水中溶解的還(huan)原態鐵、錳(meng)氧化，對(dui)去除鐵、錳(meng)很有效。反應(ying)式(shi)如下：
2ClO2+5Mn2++6H2O→5MnO2+2Cl-+12H+ （1）
ClO2+5Fe(HCO3)2+3H2O→5Fe(OH)3+10CO2 + Cl-+H+ （2）
2、 二氧化氯與有機(ji)物(wu)的反(fan)應：
二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)氯與(yu)有(you)機物(wu)的反應(ying)(ying)較(jiao)復雜，主要發生氧(yang)(yang)化(hua)(hua)反應(ying)(ying)，其(qi)產物(wu)主要有(you)酸(suan)、醇、環(huan)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)等。二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)氯與(yu)酚反應(ying)(ying)不(bu)會生成(cheng)有(you)異味(wei)的氯酚。二(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)氯與(yu)腐植(zhi)酸(suan)反應(ying)(ying)，不(bu)會生成(cheng)三鹵甲烷THMs等有(you)機鹵代(dai)物(wu)。
3、 據有(you)(you)(you)關專家研(yan)究，二氧化(hua)氯對(dui)細菌(jun)(jun)(jun)(jun)的細胞(bao)壁有(you)(you)(you)較強(qiang)的吸附和穿透能(neng)力，從(cong)而有(you)(you)(you)效(xiao)破壞細菌(jun)(jun)(jun)(jun)內含巰基的酶(mei)，可快(kuai)速控制(zhi)微生物蛋白質的合(he)成，故二氧化(hua)氯對(dui)細菌(jun)(jun)(jun)(jun)、病毒(du) 等有(you)(you)(you)很強(qiang)的滅(mie)活能(neng)力。二氧化(hua)氯不與氨(an)反應，故氨(an)氮含量高的水采用二氧化(hua)氯消毒(du)仍可保持其全部殺菌(jun)(jun)(jun)(jun)能(neng)力。這些細菌(jun)(jun)(jun)(jun)除一(yi)般細菌(jun)(jun)(jun)(jun)外，還(huan)有(you)(you)(you)包(bao)括大腸桿菌(jun)(jun)(jun)(jun)、異細菌(jun)(jun)(jun)(jun)、 鐵細菌(jun)(jun)(jun)(jun)、硫酸鹽還(huan)原菌(jun)(jun)(jun)(jun)、脊髓灰質炎菌(jun)(jun)(jun)(jun)病毒(du)、肝(gan)炎病毒(du)、蘭伯氏賈(jia)第蟲胞(bao)囊(nang)(nang)、尖刺賈(jia)第蟲胞(bao)囊(nang)(nang)等。
4、二(er)氧化氯與常用消(xiao)毒(du)劑的比較
飲(yin)用(yong)水(shui)消(xiao)毒(du)劑 作為水(shui)質控制的(de)(de)(de)一(yi)個重(zhong)要(yao)環(huan)節，其(qi)效果(guo)令人關(guan)注，尋找一(yi)種廣譜殺菌(jun)能力、消(xiao)毒(du)性能持久(jiu)、副(fu)產(chan)(chan)物(wu)(wu)特別是有(you)毒(du)副(fu)產(chan)(chan)物(wu)(wu)較(jiao)少(shao)、使用(yong)安全、方(fang)便(bian)的(de)(de)(de)消(xiao)毒(du)劑是有(you)關(guan)研究人員 的(de)(de)(de)共同目(mu)標。目(mu)前，常(chang)用(yong)飲(yin)用(yong)水(shui)消(xiao)毒(du)劑有(you)三種：氯、臭氧(yang)、二氧(yang)化氯。下面(mian)對它們的(de)(de)(de)性能及(ji)副(fu)產(chan)(chan)物(wu)(wu)作一(yi)大致的(de)(de)(de)比較(jiao)：
三種常(chang)用飲用水消毒劑的(de)比較
性能
副產(chan)物
優點
缺(que)點(dian)
三(san)鹵甲烷(wan)（致癌物）、鹵代丙烯腈(jing)、鹵代酮、鹵代醋酸、三(san)氯(lv)硝基甲烷(wan)、氯(lv)化氰、甲醛、乙醛
Cl2
使用方便，易(yi)于存(cun)貯(zhu)，運輸方便，綜(zong)合成本低，操作管理簡單，水(shui)中溶解度高
受(shou)pH值(zhi)及氨的(de)影響大，殺菌(jun)速度(du)一般
O3
強(qiang)(qiang)氧化劑，殺菌能力強(qiang)(qiang)、速度快，pH值及氨的(de)影響小(xiao)
水中易分解，不(bu)能保持(chi)殺菌消毒的持(chi)久性；成(cheng)本高，電(dian)耗大(da)，設備操作運行復雜
羰基(ji)化合物（其中(zhong)有毒醛(quan)類物質有甲醛(quan)、乙醛(quan)、乙二醛(quan)、甲基(ji)乙二醛(quan)）、含(han)氧酸(suan)(suan)類、羰酸(suan)(suan)類；有溴離子存在時，會生(sheng)成溴酸(suan)(suan)鹽、溴仿等可疑致(zhi)癌物
ClO2
強(qiang)氧(yang)化(hua)劑，殺菌能力強(qiang)、消毒(du)性久(jiu)，pH值(zhi)及氨的影響小，資金(jin)投入(ru)不高
不易(yi)貯存、運輸(shu)
元毒的含(han)氧基(ji)（-COOH）產物、醌(kun)支鏈酸，不會生成THMs
從上表可(ke)以看出，二氧化氯的優(you)勢明顯（特別適合于受(shou)有(you)機物污(wu)染(ran)的水源(yuan)），不但(dan)氧化能力、殺菌能力強，受(shou)pH值(zhi)和(he)氨的影響小(xiao)，而(er)且不會生(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)致癌物和(he)可(ke)疑(yi)致癌物，飲用水中投加少量(liang)二氧化氯還能有(you)效抑(yi)制THMs的生(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)。
三、 二氧(yang)化氯(lv)制取方法
目前(qian)常用化學方法制取ClO2 。
1、亞氯酸鹽法：
一般用氯(lv)(lv)（Cl2）或鹽酸(suan)（HCl）與(yu)亞(ya)氯(lv)(lv)酸(suan)鈉（NaClO2）制取，反(fan)應(ying)式(shi)如(ru)下：
Cl2+2NaClO2→2ClO2+2NaCl （3）
5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O （4）
<1>、 依據（3）式制取ClO2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THMs 。若自由氯過多，ClO2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（4）式制取ClO2時，要注意兩種反應物（NaClO2和HCl）的濃度控制，濃度過高，化合時會發生爆炸。這種制取方法不存在自由氯，不會產生THMs 。有些廠家已利用此法研制開發出了高純二氧化氯發生器。
2、氯酸鈉-甲(jia)醇(chun)法(fa)（R8法(fa)）：
在酸性條件下用甲醇還原氯(lv)酸鈉(na)產生二氧化(hua)氯(lv)，氣體經冷卻后以水吸(xi)收制得二氧化(hua)氯(lv)溶液。反應式如(ru)下：
30NaClO3+20H2SO4+7CH3OH→30ClO2+23H2O +10Na3H(SO4)2+6HCOOH+CO2 （5）
用該法制取(qu)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)氯時，關鍵是甲醇要較長時間(jian)的連續滴加，并使二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)氯溶液在(zai)吸(xi)(xi)收塔中不(bu)斷循環吸(xi)(xi)收，從而提高二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)氯轉化(hua)率。目(mu)前，國內已有一(yi)些廠家利用此法制取(qu)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)氯。
四、二氧(yang)化氯在給水處(chu)理中的應用(yong)情況(kuang)
自從1944年(nian)(nian)，美國(guo)NIAGARA FALLS水廠(chang)為控(kong)制(zhi)水中(zhong)由于(yu)藻類(lei)繁殖與酚污(wu)染所產生(sheng)的(de)(de)(de)氣味(wei)，率(lv)先使用二(er)氧(yang)(yang)化(hua)氯(lv)(lv)(lv)獲得(de)成(cheng)功后，歐美國(guo)家數百家水廠(chang)都相(xiang)繼開(kai)始用二(er)氧(yang)(yang)化(hua)氯(lv)(lv)(lv)作為消(xiao)毒(du)(du)劑，進(jin)行(xing)消(xiao) 毒(du)(du)、除(chu)臭、除(chu)味(wei)、除(chu)鐵(tie)、錳、控(kong)制(zhi)鹵代烴的(de)(de)(de)形成(cheng)。包(bao)括(kuo)德國(guo)斯圖加特來格(ge)朗(lang)水廠(chang)、科隆WAHNBACH水廠(chang)、意大利(li)佛羅倫薩ANCONEIIA水廠(chang)、法國(guo)巴(ba)黎 ORLY水廠(chang)等等，運行(xing)效果良好。國(guo)內上海、深(shen)圳、重(zhong)慶等許(xu)多城(cheng)市的(de)(de)(de)一(yi)些水廠(chang)也(ye)在(zai)(zai)近幾年(nian)(nian)開(kai)始試行(xing)以二(er)氧(yang)(yang)化(hua)氯(lv)(lv)(lv)或二(er)氧(yang)(yang)化(hua)氯(lv)(lv)(lv)-液氯(lv)(lv)(lv)組合消(xiao)毒(du)(du)，其(qi)中(zhong)蕪湖(hu)市供水總公 司(si)在(zai)(zai)這方面取得(de)了顯(xian)著的(de)(de)(de)效果，他們以ClO2-Cl2組合投加法（2% ClO2 2.5～3.0g/m3，Cl2 1.0～1.5g/m3），既解決(jue)了由于(yu)氯(lv)(lv)(lv)消(xiao)毒(du)(du)而(er)產生(sheng)的(de)(de)(de)氯(lv)(lv)(lv)酚臭味(wei)問(wen)題，又(you)使各項水質(zhi)指標合格(ge)率(lv)達100%。今年(nian)(nian)，廈(sha)門水司(si)也(ye)計劃(hua)在(zai)(zai)上里水廠(chang)進(jin)行(xing)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)氯(lv)(lv)(lv)消(xiao) 毒(du)(du)的(de)(de)(de)試點，以解決(jue)源水中(zhong)大量的(de)(de)(de)藻類(lei)和(he)有機物與氯(lv)(lv)(lv)反應所產生(sheng)的(de)(de)(de)氯(lv)(lv)(lv)仿嚴重(zhong)超標問(wen)題，待取得(de)成(cheng)功經驗后，再(zai)在(zai)(zai)其(qi)它水廠(chang)推廣。
五、 上里(li)水廠(chang)二氧(yang)化氯消毒工程(cheng)方案
上(shang)(shang)(shang)里(li)(li)水(shui)(shui)庫(ku)庫(ku)容100萬m3，上(shang)(shang)(shang)里(li)(li)水(shui)(shui)廠日(ri)供水(shui)(shui)量 5000m3/d。由(you)于該(gai)水(shui)(shui)庫(ku)匯水(shui)(shui)區(qu)域內(nei)有牲畜養殖(zhi)廠，其污(wu)水(shui)(shui)直(zhi)接排放到庫(ku)內(nei),導致水(shui)(shui)庫(ku)水(shui)(shui)氮(dan)磷(lin)含量高，水(shui)(shui)體呈富(fu)營(ying)養化狀態，且含有較多的有機物腐殖(zhi)質(zhi)和藻 類。目前(qian)，上(shang)(shang)(shang)里(li)(li)水(shui)(shui)廠的消毒(du)方式(shi)仍為(wei)氯消毒(du)，加氯量大，達4.5Kg/dam3，使出水(shui)(shui)氯仿含量超過200μg/L，為(wei)國標（GB5749-85）的3.4 倍，強制性(xing)行業標準（CJ94-1999）的6.7倍。為(wei)了保證各項水(shui)(shui)質(zhi)指標達標，廈門市自來水(shui)(shui)公司(si)對上(shang)(shang)(shang)里(li)(li)水(shui)(shui)廠消毒(du)方式(shi)的改造提上(shang)(shang)(shang)議事日(ri)程，計劃(hua)下半(ban)年實 施。具體方案如下：
1. 消(xiao)毒方式：采用(yong)二(er)(er)氧(yang)化氯(lv)-液氯(lv)組合消(xiao)毒法，氯(lv)前投加二(er)(er)氧(yang)化氯(lv)，以(yi)氧(yang)化有機(ji)物、腐(fu)殖質，去除(chu)藻(zao)類(lei)，氯(lv)后投加少量液氯(lv)，保(bao)證(zheng)氯(lv)后水(shui)游(you)離性余氯(lv)及管網末端(duan)的余氯(lv)要求(qiu)。