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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(xing)質
二(er)(er)氧化(hua)(hua)氯（ClO2）氣體是具有(you)(you)和氯相似的(de)(de)刺激性(xing)氣體，易溶(rong)于(yu)水(shui)，它 的(de)(de)溶(rong)解(jie)度是氯氣的(de)(de)5倍。二(er)(er)氧化(hua)(hua)氯水(shui)溶(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)顏(yan)色(se)隨濃度的(de)(de)增加由黃綠色(se)轉成橙色(se)。它在(zai)水(shui)中是純粹(cui)的(de)(de)溶(rong)解(jie)狀態(tai)，不與水(shui)發(fa)生化(hua)(hua)學反(fan)應，所以它的(de)(de)消(xiao)毒作(zuo)用(yong)(yong)受(shou)水(shui)的(de)(de)pH 值(zhi)影響(xiang)極(ji)小。二(er)(er)氧化(hua)(hua)氯易揮發(fa)，其(qi)液(ye)(ye)態(tai)和氣態(tai)極(ji)不穩定，溫度升高、曝(pu)光或(huo)與有(you)(you)機質(zhi)接(jie)觸均會(hui)發(fa)生爆(bao)炸，故通常現場(chang)制備，即時(shi)使(shi)用(yong)(yong)，存放于(yu)陰涼避光處。二(er)(er)氧化(hua)(hua)氯 溶(rong)液(ye)(ye)濃度在(zai)10g/L以下時(shi)，基本沒有(you)(you)爆(bao)炸危險。一般水(shui)廠所用(yong)(yong)二(er)(er)氧化(hua)(hua)氯很少超過(guo)4g/L，加注(zhu)量基本為0.1～5mg/L。
二、 二氧化(hua)氯的消毒機理(li)
1、二氧化氯與無(wu)機物的反應：
二(er)氧(yang)化氯可將(jiang)水中溶解的還原態鐵、錳氧(yang)化，對去除鐵、錳很有(you)效。反應式如下：
2ClO2+5Mn2++6H2O→5MnO2+2Cl-+12H+ （1）
ClO2+5Fe(HCO3)2+3H2O→5Fe(OH)3+10CO2 + Cl-+H+ （2）
2、 二氧(yang)化氯與(yu)有機物的反應：
二氧化(hua)氯(lv)與有(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)的反(fan)(fan)應(ying)較(jiao)復(fu)雜，主要發生(sheng)(sheng)氧化(hua)反(fan)(fan)應(ying)，其產(chan)物(wu)(wu)主要有(you)(you)酸(suan)、醇、環氧化(hua)物(wu)(wu)等。二氧化(hua)氯(lv)與酚反(fan)(fan)應(ying)不會(hui)生(sheng)(sheng)成(cheng)有(you)(you)異味的氯(lv)酚。二氧化(hua)氯(lv)與腐植酸(suan)反(fan)(fan)應(ying)，不會(hui)生(sheng)(sheng)成(cheng)三鹵甲(jia)烷THMs等有(you)(you)機(ji)鹵代物(wu)(wu)。
3、 據(ju)有關專(zhuan)家研(yan)究，二(er)氧化氯(lv)對細(xi)菌(jun)的(de)(de)細(xi)胞(bao)壁有較強(qiang)(qiang)的(de)(de)吸附(fu)和穿透能力，從而(er)有效破壞細(xi)菌(jun)內含巰基(ji)的(de)(de)酶(mei)，可快速控制微生物蛋白質的(de)(de)合成(cheng)，故二(er)氧化氯(lv)對細(xi)菌(jun)、病毒(du)(du) 等有很強(qiang)(qiang)的(de)(de)滅活能力。二(er)氧化氯(lv)不與(yu)氨(an)(an)反應，故氨(an)(an)氮含量高的(de)(de)水(shui)采用二(er)氧化氯(lv)消(xiao)毒(du)(du)仍可保持其全部殺(sha)菌(jun)能力。這(zhe)些細(xi)菌(jun)除(chu)一般細(xi)菌(jun)外，還(huan)有包括大(da)腸(chang)桿菌(jun)、異細(xi)菌(jun)、 鐵細(xi)菌(jun)、硫(liu)酸鹽還(huan)原(yuan)菌(jun)、脊髓灰質炎(yan)菌(jun)病毒(du)(du)、肝炎(yan)病毒(du)(du)、蘭(lan)伯氏賈第蟲胞(bao)囊、尖刺賈第蟲胞(bao)囊等。
4、二氧化氯(lv)與(yu)常(chang)用消毒(du)劑的比(bi)較
飲用(yong)(yong)水消(xiao)(xiao)毒(du)(du)劑 作(zuo)為水質控(kong)制(zhi)的(de)(de)一個重(zhong)要(yao)環節(jie)，其(qi)效果令人(ren)關(guan)注，尋找一種(zhong)廣譜殺菌能力、消(xiao)(xiao)毒(du)(du)性(xing)能持久、副產物特別是(shi)有(you)毒(du)(du)副產物較少、使用(yong)(yong)安全、方便的(de)(de)消(xiao)(xiao)毒(du)(du)劑是(shi)有(you)關(guan)研(yan)究人(ren)員(yuan) 的(de)(de)共同目(mu)標。目(mu)前，常用(yong)(yong)飲用(yong)(yong)水消(xiao)(xiao)毒(du)(du)劑有(you)三(san)種(zhong)：氯(lv)、臭(chou)氧(yang)、二(er)氧(yang)化(hua)氯(lv)。下面對它們的(de)(de)性(xing)能及副產物作(zuo)一大(da)致的(de)(de)比(bi)較：
三種常(chang)用飲用水消毒劑的(de)比(bi)較
性能
副(fu)產物
優點
缺點
三鹵(lu)甲(jia)(jia)烷（致癌(ai)物(wu)）、鹵(lu)代丙烯腈(jing)、鹵(lu)代酮、鹵(lu)代醋酸、三氯硝基甲(jia)(jia)烷、氯化氰(qing)、甲(jia)(jia)醛、乙醛
Cl2
使用方便(bian)，易于(yu)存貯，運輸方便(bian)，綜合(he)成本低，操作管理簡單，水中溶解度高(gao)
受pH值及氨(an)的影響大，殺(sha)菌速度一般
O3
強氧化劑，殺菌能力強、速度快，pH值及氨(an)的影響(xiang)小
水中(zhong)易分解，不能保持殺菌消毒的持久(jiu)性(xing)；成本高，電耗大(da)，設備操作運(yun)行復雜
羰(tang)基化合物（其(qi)中(zhong)有(you)毒(du)醛類(lei)(lei)物質有(you)甲醛、乙(yi)醛、乙(yi)二醛、甲基乙(yi)二醛）、含氧(yang)酸類(lei)(lei)、羰(tang)酸類(lei)(lei)；有(you)溴離子存在(zai)時，會生成溴酸鹽、溴仿(fang)等可疑致癌(ai)物
ClO2
強(qiang)氧(yang)化劑，殺菌能力(li)強(qiang)、消毒性(xing)久，pH值及氨的影響小(xiao)，資金投入不高
不(bu)易貯(zhu)存、運輸
元(yuan)毒的(de)含氧基（-COOH）產物、醌(kun)支鏈酸，不會生成THMs
從上表可以(yi)看出(chu)，二氧化氯的優勢明顯（特別適合(he)于受有機物污染的水(shui)(shui)源），不但氧化能(neng)力、殺菌(jun)能(neng)力強，受pH值和(he)氨的影響小，而且不會(hui)生成(cheng)致癌物和(he)可疑致癌物，飲用水(shui)(shui)中投加(jia)少(shao)量二氧化氯還能(neng)有效抑制THMs的生成(cheng)。
三、 二氧(yang)化氯制(zhi)取方法(fa)
目前(qian)常用化學(xue)方法制取(qu)ClO2 。
1、亞氯酸鹽法：
一(yi)般用氯（Cl2）或(huo)鹽酸（HCl）與亞氯酸鈉（NaClO2）制取(qu)，反應式如(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-甲醇法（R8法）：
在酸性條(tiao)件下(xia)用(yong)甲(jia)醇還原氯酸鈉產生二(er)氧(yang)化(hua)(hua)氯，氣(qi)體經冷卻后以水吸收制得二(er)氧(yang)化(hua)(hua)氯溶液。反應式如下(xia)：
30NaClO3+20H2SO4+7CH3OH→30ClO2+23H2O +10Na3H(SO4)2+6HCOOH+CO2 （5）
用(yong)該法制取二(er)氧化(hua)氯(lv)(lv)時，關(guan)鍵是甲醇要較(jiao)長(chang)時間的連續滴加，并使(shi)二(er)氧化(hua)氯(lv)(lv)溶(rong)液在吸收塔(ta)中(zhong)不斷循環(huan)吸收，從而提高二(er)氧化(hua)氯(lv)(lv)轉化(hua)率。目前，國內已有一些廠家利用(yong)此法制取二(er)氧化(hua)氯(lv)(lv)。
四、二氧化氯在給水處理中(zhong)的應用情況(kuang)
自從1944年(nian)，美(mei)國(guo)NIAGARA FALLS水(shui)(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)(chang)為控制(zhi)水(shui)(shui)(shui)(shui)中(zhong)由(you)于藻(zao)類繁殖與酚(fen)污染所產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)氣味，率先(xian)使用(yong)二氧(yang)化氯(lv)(lv)獲(huo)得成(cheng)功(gong)(gong)后，歐(ou)美(mei)國(guo)家(jia)數(shu)百家(jia)水(shui)(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)(chang)都相繼(ji)開始用(yong)二氧(yang)化氯(lv)(lv)作(zuo)為消(xiao)(xiao)毒(du)(du)劑(ji)，進(jin)行(xing)(xing)消(xiao)(xiao) 毒(du)(du)、除(chu)(chu)(chu)臭、除(chu)(chu)(chu)味、除(chu)(chu)(chu)鐵、錳、控制(zhi)鹵代烴(jing)的(de)(de)形(xing)成(cheng)。包括德國(guo)斯(si)圖加(jia)特來格朗水(shui)(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)(chang)、科隆WAHNBACH水(shui)(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)(chang)、意(yi)大利(li)佛(fo)羅倫薩ANCONEIIA水(shui)(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)(chang)、法國(guo)巴黎 ORLY水(shui)(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)(chang)等(deng)(deng)等(deng)(deng)，運行(xing)(xing)效果(guo)良好(hao)。國(guo)內上(shang)海、深圳、重慶等(deng)(deng)許多城(cheng)市的(de)(de)一些(xie)水(shui)(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)(chang)也在(zai)近幾(ji)年(nian)開始試(shi)行(xing)(xing)以二氧(yang)化氯(lv)(lv)或二氧(yang)化氯(lv)(lv)-液氯(lv)(lv)組(zu)合消(xiao)(xiao)毒(du)(du)，其(qi)(qi)中(zhong)蕪(wu)湖(hu)市供水(shui)(shui)(shui)(shui)總公(gong) 司在(zai)這方面取得了顯著的(de)(de)效果(guo)，他們以ClO2-Cl2組(zu)合投加(jia)法（2% ClO2 2.5～3.0g/m3，Cl2 1.0～1.5g/m3），既解(jie)決(jue)了由(you)于氯(lv)(lv)消(xiao)(xiao)毒(du)(du)而產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)氯(lv)(lv)酚(fen)臭味問題，又使各項水(shui)(shui)(shui)(shui)質指標合格率達(da)100%。今年(nian)，廈門水(shui)(shui)(shui)(shui)司也計劃在(zai)上(shang)里水(shui)(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)(chang)進(jin)行(xing)(xing)二氧(yang)化氯(lv)(lv)消(xiao)(xiao) 毒(du)(du)的(de)(de)試(shi)點，以解(jie)決(jue)源(yuan)水(shui)(shui)(shui)(shui)中(zhong)大量的(de)(de)藻(zao)類和有機物(wu)與氯(lv)(lv)反應所產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)氯(lv)(lv)仿嚴重超標問題，待(dai)取得成(cheng)功(gong)(gong)經驗后，再在(zai)其(qi)(qi)它水(shui)(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)(chang)推廣。
五、 上里(li)水(shui)廠(chang)二(er)氧化氯消毒工程方(fang)案
上(shang)(shang)里(li)水(shui)(shui)(shui)庫庫容100萬m3，上(shang)(shang)里(li)水(shui)(shui)(shui)廠日供水(shui)(shui)(shui)量(liang) 5000m3/d。由(you)于該水(shui)(shui)(shui)庫匯(hui)水(shui)(shui)(shui)區域內(nei)有(you)牲畜養殖廠，其污水(shui)(shui)(shui)直接排(pai)放到庫內(nei),導致水(shui)(shui)(shui)庫水(shui)(shui)(shui)氮磷含(han)(han)(han)量(liang)高，水(shui)(shui)(shui)體呈富營養化狀(zhuang)態，且含(han)(han)(han)有(you)較多的(de)有(you)機物(wu)腐殖質(zhi)和(he)藻 類。目前(qian)，上(shang)(shang)里(li)水(shui)(shui)(shui)廠的(de)消毒方(fang)式(shi)仍為氯(lv)消毒，加(jia)氯(lv)量(liang)大(da)，達(da)4.5Kg/dam3，使出水(shui)(shui)(shui)氯(lv)仿(fang)含(han)(han)(han)量(liang)超過200μg/L，為國標(biao)(biao)（GB5749-85）的(de)3.4 倍(bei)，強制性(xing)行業標(biao)(biao)準（CJ94-1999）的(de)6.7倍(bei)。為了保證各項水(shui)(shui)(shui)質(zhi)指標(biao)(biao)達(da)標(biao)(biao)，廈門市自來水(shui)(shui)(shui)公司(si)對(dui)上(shang)(shang)里(li)水(shui)(shui)(shui)廠消毒方(fang)式(shi)的(de)改(gai)造提上(shang)(shang)議事日程，計劃下(xia)半年實(shi) 施。具(ju)體方(fang)案如(ru)下(xia)：
1. 消毒(du)方式：采用二氧(yang)化氯(lv)(lv)(lv)-液(ye)氯(lv)(lv)(lv)組合消毒(du)法，氯(lv)(lv)(lv)前投加二氧(yang)化氯(lv)(lv)(lv)，以氧(yang)化有機物、腐殖質，去除藻類，氯(lv)(lv)(lv)后投加少量(liang)液(ye)氯(lv)(lv)(lv)，保(bao)證氯(lv)(lv)(lv)后水游離性余氯(lv)(lv)(lv)及管網末端的余氯(lv)(lv)(lv)要求。