李英
摘要：二氧化氯是國(guó)際公認(rèn)的優(yōu)良水消毒劑之一，作為傳統(tǒng)液氯的替代品，二氧化氯具有廣闊市場(chǎng)和應(yīng)用前景。二氧化氯處理飲用水優(yōu)勢(shì)及二氧化氯發(fā)生器在水廠應(yīng)用的安全性、科學(xué)性，使二氧化氯在飲用水消毒和應(yīng)用必將再上新臺(tái)階。
關(guān)鍵詞：二氧化氯 飲用水 發(fā)生器 安全性 自動(dòng)化
19世紀(jì)末，人類歷史第一次將水質(zhì)和人體健康聯(lián)系起來(lái)。從消毒技術(shù)的發(fā)展歷史[1] 不難看出，飲用水氯化消毒一直是給水處理工藝中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，自1910年新喬治亞洲使用后被迅速推廣，至今，仍是各國(guó)經(jīng)常采納的技術(shù)。但隨著水源污染的加劇及水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的提高，發(fā)現(xiàn)某些源水經(jīng)氯氣消毒后，在其出水中檢測(cè)出了三鹵甲烷等多種致癌或可誘發(fā)癌變的有機(jī)物，這使人們對(duì)氯消毒的安全性產(chǎn)生了懷疑。天然水的氯化過(guò)程中有三鹵甲烷（THMs）的形成使人們意識(shí)到，當(dāng)今水中生物風(fēng)險(xiǎn)比化合物風(fēng)險(xiǎn)更嚴(yán)峻[2]（水中微生物一般有三類，即細(xì)菌——大腸桿菌、沙門(mén)氏菌、霍亂孤菌、軍團(tuán)菌……病毒——甲肝、脊髓灰質(zhì)炎、噬菌體和原蟲(chóng)——隱孢子蟲(chóng)、賈第蟲(chóng)……）。用通常的氯消毒劑不能有效地滅活“兩原蟲(chóng)”（隱孢子蟲(chóng)和賈第蟲(chóng)），使得經(jīng)典的氯消毒及其消毒技術(shù)面臨著挑戰(zhàn)！強(qiáng)氧化劑二氧化氯在這樣背景下脫穎而出，上一世紀(jì)七十年代，二氧化氯就得到較快推廣。歐、美等國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始對(duì)替代氯消毒的其它消毒劑進(jìn)行了深入研究，認(rèn)為二氧化氯是其中性價(jià)比最優(yōu)的一種。美國(guó)環(huán)境總署已把二氧化氯列為一種替代或補(bǔ)充氯化消毒劑而使用[3]。1996年一篇國(guó)外權(quán)威資料曾報(bào)道：當(dāng)時(shí)在美國(guó)有400～500家工廠、歐洲有500家水處理工廠用二氧化氯作為飲用水消毒劑；資料介紹[2]，凈水廠保證微生物安全關(guān)鍵是降低濾后水濁度和消毒達(dá)到一定CT值。
目前，二氧化氯已在歐美數(shù)千家水廠得到應(yīng)用，而我國(guó)在二氧化氯這方面起步和發(fā)展較晚，20世紀(jì)90年代后開(kāi)始在一些中、小型水廠中應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)，從二氧化氯本身的優(yōu)勢(shì)以及在解決水源污染和殺菌消毒所具備的優(yōu)勢(shì)來(lái)看，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多大、中城市水廠選用二氧化氯替代液氯消毒，在國(guó)內(nèi)飲用水行業(yè)的應(yīng)用效果已引起了人們的高度重視，最新頒布的國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）中二氧化氯消毒被列入其中。二氧化氯作為水廠消毒的首選是必然趨勢(shì)。
1、二氧化氯用作水消毒優(yōu)于氯氣
二氧化氯是一種作用很有效的消毒劑和殺菌劑，在相同質(zhì)量的劑量基準(zhǔn)下等同或優(yōu)于氯氣，二氧化氯的功效已在全國(guó)幾千家大中水廠的應(yīng)用中得到了證實(shí)。例如：深水集團(tuán)龍崗獺湖水廠、觀瀾水司的三個(gè)水廠、肇慶市水務(wù)集團(tuán)水廠、廣東大亞灣核電集團(tuán)水廠、珠海市供水總公司、汕頭市自來(lái)水總公司、上海嘉定自來(lái)水么司、海南省瓊海市自來(lái)水公司、湖北荊州市水務(wù)集團(tuán)自來(lái)水公司、昆明自來(lái)水公司、河南洛陽(yáng)市自來(lái)水公司等。
1.1 與傳統(tǒng)氯消毒功效之比較[4]
氯氣作為一種成熟的消毒劑已有百年的應(yīng)用歷史，但近年來(lái)由于源水水質(zhì)的惡化，氯消毒所引發(fā)的環(huán)境健康問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視，氯消毒替代品的研究也越來(lái)越深入。在可選的新型消毒劑中，二氧化氯由于其高效、易得且具有持續(xù)的殺菌效果而成為首選的替代物之一。
二氧化氯化學(xué)分子式ClO2，外觀和味道酷似氯氣，它在室溫下為橙黃色、黃綠色氣體，比空氣重，分子外層有19個(gè)電子，外層鍵域存在著一個(gè)未成對(duì)的活潑性自由電子。是自然界中完全或幾乎完全以單體游離子團(tuán)型體存在的少數(shù)化合物之一，有很強(qiáng)氧化性。與氯氣作用機(jī)理不同，二氧化氯在水中不水解，pH6～9范圍內(nèi)，二氧化氯在水中以溶解氣體形式存在，持久穩(wěn)定；二氧化氯使水體中微生物蛋白質(zhì)中氨基酸氧化分解，導(dǎo)致氨基酸鏈斷裂，蛋白質(zhì)失去功能，從而使微生物死亡，所以二氧化氯的作用既不是蛋白變性的作用，也不是氯化作用，而是強(qiáng)大氧化作用！
二氧化氯是1811年發(fā)現(xiàn)的第四代含氯制劑，安全等級(jí)被世衛(wèi)和世農(nóng)組織評(píng)定為A1級(jí)，廣譜高效。
化學(xué)消毒劑，殺滅微生物一般用兩個(gè)指標(biāo)衡量：有效性——殺滅效果O3>ClO2>Cl2>NH2Cl；穩(wěn)定性——NH2Cl>ClO2>Cl2>O3。與氯氣不同，二氧化氯在水中不水解，因此，二氧化氯殺菌效果在一個(gè)很寬的pH值范圍內(nèi)是相對(duì)穩(wěn)定的。
在pH6.5時(shí)，劑量為0.25mg/L的二氧化氯和氯對(duì)大腸桿菌1 min（分鐘） 滅殺率大致相同；在pH8.5時(shí)，二氧化氯殺滅率不變，而氯則需要5倍長(zhǎng)的時(shí)間。因此，二氧化氯更是高pH值的石灰軟化水的首選殺菌劑。
二氧化氯也被顯示能有效殺死其它傳染性細(xì)菌，如：葡萄球菌和沙門(mén)菌。二氧化氯消除廢水中的大腸桿菌和氯同樣有效，在殺滅二次污染水體中常見(jiàn)病毒方面效果則優(yōu)于氯
可見(jiàn)，二氧化氯消毒劑比氯滅活，特別是對(duì)病原微生物中病毒和原生動(dòng)物，有明顯優(yōu)勢(shì)。
1.2 用于控制三鹵甲烷
三鹵甲烷（THMs），1974年被首先觀察到，之后確定其為致癌物。1983年EPA提出二氧化氯可以作為控制THMs有效的手段。二氧化氯不同于氯，與THMs的先驅(qū)物反應(yīng)不同，二氧化氯在預(yù)防或大大降低THMs方面占有很大優(yōu)勢(shì)，二氧化氯與THM先驅(qū)物反應(yīng)，使它們失去反應(yīng)能力或無(wú)法形成THM。
1.3 用于對(duì)味及嗅的控制
二氧化氯在破壞苯酚、藻類、硫化物、鐵及錳雜質(zhì)方面遠(yuǎn)優(yōu)于氯氣。為此，二氧化氯一直用于市政供水中控制味道和氣味。二氧化氯工業(yè)上開(kāi)始使用，是1944年在美國(guó)尼亞加拉水廠，用于控制苯酚帶來(lái)異臭異味的。
1.4 用于對(duì)藻類的控制
研究表明，在近似處理費(fèi)用下，二氧化氯比硫酸銅滅藻效果更有效。二氧化氯可以攻擊葉綠素中的吡咯環(huán)，使環(huán)開(kāi)裂，促使葉綠素失活。對(duì)于藻類控制，在晚上實(shí)施效果非常好（防止陽(yáng)光分解二氧化氯）。據(jù)報(bào)道，1mg/L 的劑量即可控制藻類生長(zhǎng)。
1.5 用于對(duì)錳、鐵的控制
鐵、錳超標(biāo)會(huì)使水有顏色、渾濁、著色以及口感不佳。
水中存在錳離子，使水變黑，雖氯氣能用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，但反應(yīng)很慢，以至于加入24h（小時(shí)）后，錳離子仍舊存在于水中，并且去除率僅為25%。二氧化氯能夠把二價(jià)錳氧化成四價(jià)錳，使之形成不溶于水的二氧化錳，反應(yīng)式如下：
2 ClO2＋5Mn2+＋6H2O→5MnO2＋12H+＋2 Cl-
二氧化氯對(duì)錳的去除率達(dá)69～81%。
水中鐵會(huì)促進(jìn)鐵細(xì)菌生長(zhǎng)。二氧化氯對(duì)鐵的去除率達(dá)79～95%。反應(yīng)式如下：
ClO2＋5Fe(HCO3) 2+＋2H2O→5Fe(OH)3＋10CO2＋ Cl-＋H+1
二氧化氯還可氧化有機(jī)結(jié)合的鐵而氯不能。
2、二氧化氯發(fā)生器的經(jīng)濟(jì)性
作為飲用水消毒，從經(jīng)濟(jì)性考慮，一般應(yīng)首選發(fā)生器，一次投資，運(yùn)行成本費(fèi)不高。目前，我國(guó)二氧化氯發(fā)生器，根據(jù)二氧化氯制取所用的原料和工藝特點(diǎn)，可分為：氯酸鹽還原法、亞氯酸鹽氧化法。其中應(yīng)用最廣泛的是氯酸鹽還原法，深圳歐泰華環(huán)保技術(shù)有限公司研發(fā)的歐泰華復(fù)合二氧化氯發(fā)生器即是采用本方法,生產(chǎn)1克有效氯消耗氯酸鹽0.65克、鹽酸1.30克，折合人民幣0.004元。
2.1 化學(xué)反應(yīng)式：
NaClO3＋2HCl→ ClO2＋1/2Cl2＋NaCl＋H2O
反應(yīng)產(chǎn)生二氧化氯和氯氣的混合氣體，其在飲用水處理中使用，具有一定的協(xié)同殺菌作用。近年我國(guó)數(shù)千家水廠使用歐泰華復(fù)合二氧化氯發(fā)生器，經(jīng)其處理的飲用水衛(wèi)生指標(biāo)均符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006），建設(shè)部《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ/T206-2005）的衛(wèi)生要求。
2.2 發(fā)生器安全的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
二氧化氯發(fā)生器安全是關(guān)注焦點(diǎn)，在氣相中濃度超過(guò)10%，就會(huì)自發(fā)的分解，分解釋放出氧氣而使壓力增大，從而導(dǎo)致爆炸。因此，在設(shè)計(jì)二氧化氯發(fā)生器時(shí)，保證操作的安全性是前提，提高原料轉(zhuǎn)化率和二氧化氯的純度是目標(biāo)。
國(guó)內(nèi)無(wú)論是哪種含氯原料發(fā)生二氧化氯物質(zhì)，無(wú)論是引進(jìn)技術(shù)（原料組裝），還是自主開(kāi)發(fā)，在設(shè)計(jì)二氧化氯發(fā)生器系統(tǒng)時(shí)，都有一個(gè)安全要求“底線”：（1）反應(yīng)室設(shè)計(jì)，控制氣相空間，確保無(wú)氣態(tài)物質(zhì)生成；（2）有溢流閥（安全連鎖），作用是稀釋用水短缺時(shí)切斷整個(gè)發(fā)生器。
雖然二氧化氯發(fā)生器根據(jù)不同的輸送裝置分為不同的系列以滿足不同用戶需要，無(wú)論手動(dòng)還是發(fā)展到今天全自動(dòng)，有一個(gè)共同點(diǎn)，就是水中二氧化氯濃度控制在安全極限以內(nèi)（一般設(shè)計(jì)在3g/L以內(nèi)），因此上方有一個(gè)適宜噴射器。通過(guò)流經(jīng)發(fā)生器的水流、吸收化學(xué)藥劑、稀釋反應(yīng)濃度以及快速移走反應(yīng)產(chǎn)物，一旦水流停止，便阻止化學(xué)藥劑流入，二氧化氯生產(chǎn)也立刻停止。
為了安全，通常二氧化氯發(fā)生器安裝了連鎖系統(tǒng)或報(bào)警系統(tǒng)及泄壓口（安全閥）。目的有兩個(gè)，一是防止二氧化氯發(fā)生器中危險(xiǎn)狀態(tài)出現(xiàn)；二是確保萬(wàn)一其中某一化學(xué)原料供應(yīng)中斷時(shí)能夠及時(shí)暫停反應(yīng)，保護(hù)系統(tǒng)。而歐泰華二氧化氯發(fā)生器在不斷提高性能和質(zhì)量的同時(shí)，設(shè)備自身具有三套安全保護(hù)功能，不存在任何安全隱患。
3.二氧化氯發(fā)生器自動(dòng)化控制
二氧化氯是通過(guò)兩種藥劑的現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)來(lái)制取，要想準(zhǔn)確投加，必須對(duì)兩種藥劑進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量和配比才能實(shí)現(xiàn)。否則，會(huì)因?yàn)榕浔炔划?dāng)而引起二氧化氯產(chǎn)率降低，副產(chǎn)物比率增加，降低消毒效果。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)出現(xiàn)單藥劑投加而失去消毒效果并污染水質(zhì)。
從國(guó)外的應(yīng)用來(lái)看，二氧化氯發(fā)生器的運(yùn)行都采用自動(dòng)化控制，通常包括工藝自動(dòng)化和設(shè)備運(yùn)行自動(dòng)化。其中工藝自動(dòng)化是指通過(guò)外部信號(hào)（如處理水流量、剩余二氧化氯濃度等）對(duì)投藥量進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié)，以求達(dá)到最適宜的投加量。而設(shè)備運(yùn)行自動(dòng)化是指關(guān)于設(shè)備本身正常運(yùn)行的自動(dòng)化報(bào)警及事故自動(dòng)處理等。隨著自動(dòng)化技術(shù)、控制設(shè)備和機(jī)電儀表設(shè)備的發(fā)展，我國(guó)的水廠也逐步實(shí)現(xiàn)科學(xué)的生產(chǎn)管理，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控和優(yōu)化運(yùn)行。水處理過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)包括過(guò)濾自動(dòng)化、投加自動(dòng)化、送水自動(dòng)化、水質(zhì)檢測(cè)自動(dòng)化技術(shù)日漸成熟。而消毒工序作為水處理工藝的重要環(huán)節(jié)，提高消毒設(shè)備的自動(dòng)化程度勢(shì)在必行。
深圳歐泰華環(huán)保技術(shù)有限公司研發(fā)的新一代高效復(fù)合二氧化氯發(fā)生器——OTH2001-LPR程序自控系列（獲兩項(xiàng)專利：外觀設(shè)計(jì)專利，ZL033220727和實(shí)用新型專利，ZL032248830）使我國(guó)的水處理消毒設(shè)備從幾十年落后的手工操作一躍而成為可全程自動(dòng)控制的先進(jìn)設(shè)備，開(kāi)創(chuàng)了二氧化氯發(fā)生器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的先河，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)連接遠(yuǎn)程監(jiān)控，或通過(guò)以太網(wǎng)接口連接電腦實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。
OTH2001-LPR程序自控系列二氧化氯發(fā)生器具有如下性能特點(diǎn)：
Ø反應(yīng)系統(tǒng)采用耐高溫、耐腐蝕的新技術(shù)、新材料一次成型，外殼采用金屬烤漆提高耐腐蝕強(qiáng)度。
Ø反應(yīng)器采用多段曝氣、多段反應(yīng)新工藝，收率S≥85%。
Ø液晶觸摸式顯示屏支持中文顯示，可直接完成系統(tǒng)的操作，如主要參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。預(yù)報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，觸摸屏顯示報(bào)警故障，系統(tǒng)蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警。
Ø采用高可靠性的可編程控制器（PLC）和人機(jī)界面（HMI）自動(dòng)控制系統(tǒng)：可根據(jù)設(shè)定的溫度、余氯含量及計(jì)量泵頻率進(jìn)行自動(dòng)控制；可根據(jù)水壓、液位的設(shè)定參數(shù)實(shí)行報(bào)警和自動(dòng)停機(jī)。
Ø采用雙套控制系統(tǒng)，在控制面板上可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)控制的任意轉(zhuǎn)換。
Ø提供RS-485通訊接口，用戶可通過(guò)該接口與上位機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
4、經(jīng)濟(jì)估算
以氯酸鹽——鹽酸法二氧化氯發(fā)生器（指轉(zhuǎn)化率和純度及原料價(jià)格），處理自來(lái)水的噸水運(yùn)行成本約為0.003～0.004元（人民幣）。與氯氣運(yùn)行成本持平。
5、小結(jié)
二氧化氯發(fā)生器在我國(guó)處理飲用水比傳統(tǒng)氯氣有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)十幾年的實(shí)踐，正在被市場(chǎng)普遍接受和認(rèn)可。產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成，產(chǎn)品逐步成熟。歐泰華二氧化氯發(fā)生器的不斷更新?lián)Q代，使二氧化氯發(fā)生器在工藝、技術(shù)等方面向著高收率、低成本、自動(dòng)化、高新技術(shù)領(lǐng)域全面發(fā)展。產(chǎn)品采用人性化設(shè)計(jì)，應(yīng)用人體工學(xué)原理提升了產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化和高科技含量水平。發(fā)生器系統(tǒng)安全性能優(yōu)良，完全符合用于水廠衛(wèi)生要求。相信經(jīng)過(guò)不斷努力，我國(guó)二氧化氯發(fā)生器在消毒水處理領(lǐng)域必將得到更大發(fā)展。
二氧化氯替代液氯是飲用水消毒的必然趨勢(shì)
參考文獻(xiàn)
[1] 宋仁元等. 城市供水水質(zhì)要求的發(fā)展和基本對(duì)策. 城鎮(zhèn)供水. 2004,2
[2] USEPA，“AITERNATIVE DISINFECTANTS AND OXIDANTS GUIANCE MANUAL” EPA/815/R－99/014 (APRIL 1999)
[3] VALCAN CHENICAC CO. THCHNICAC DATA SHEET.1999
[4] 尤作亮等. 飲用紫外消毒技術(shù). 城填供水. 2004,1
[5] 黃君禮．我國(guó)水消毒技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)—二氧化氯正在被接受和認(rèn)可．2004中國(guó)給排水消毒技術(shù)研討會(huì)論文集
已關(guān)閉
懸賞分：10 -
提問(wèn)時(shí)間 2013-02-26 16:02