淺析二氧化氯消毒與液氯消毒

根據《生活飲用水衛生監督管理辦法》規定,衛生行政部門對水廠有衛生行政許可和監督雙向職能。水廠有市政水廠和自建水廠,在水廠,源水經過混凝沉淀、過濾以后,去除了水中的懸浮物和膠體雜質,使水變得澄清。同時粘附在雜質顆粒上的細菌、大腸桿菌、和其它微生物也被去除,但水中仍還有一定數量微生物,包括對人體有害的病原體,為了保障人民的身體健康,生活飲用水必須進行徹底的消毒。在凈水工藝中,消毒的方法有很多,如氯消毒、臭氧消毒、二氧化氯消毒、紫外線消毒等。由于液氯價格低廉、消毒效果良好和使用方便等優點,在水廠一直予以應用。隨著人們對有機鹵化物致癌作用的研究認識,源水水質日趨下降,部分水廠已經開始應用二氧化氯消毒。

一、液氯消毒原理和二氧化氯消毒原理

(一)、液氯消毒

氯氣加入水中產生一系列化學變化。不同的水質其化學反應的過程也不一樣,但最終起消毒作用的產物為次氯酸和次氯酸根離子。

1.當水中無氨氮存在時

cl2+ho2→hocl+h++cl-(1)

次氯酸是一種弱電介質

hocl→h++ocl-(2)

次氯酸與次氯酸根在水里所占的比例主要取決于水的ph值,hocl和ocl-都具有氧化能力,但hocl是中性分子,可以擴散到帶負電荷細菌的表面,并滲入細菌體內,氯原子氧化作用破壞細菌體內的酶,使細菌死亡;而ocl-帶負電,難于靠近帶負電荷的細菌,所以雖有氧化能力也難起消毒作用。在ph值5.6-9.5范圍內,水的ph值越低,hocl的百分含量越大,因而消毒效果越好。

2.當水中存在氨氮時,(1)式產生的hocl就會和氨化合,產生一類叫胺的化合物,其成份視水的ph值及cl2和nh3含量的比值而定。

nh3+hocl→nh2cl+h2o(3)

nh3+2hocl→nhcl2+2h2o(4)

nh3+3hocl→ncl3+3h2o(5)

當水的ph值在5-8.5之間時,nh2cl和nhcl2同時存在,但ph值低時,nhcl2較多,nhcl2的殺菌能力較nh2cl強,所以水的ph值低一些,也是有利于消毒作用的。ncl3要在ph值低于4.4時才產生,在一般的飲用水中不大可能形成。

所以,無論水中是否存在氨氮,在使用液氯消毒時,在ph值6.8-8.5范圍內,ph值越低,消毒效果比ph值高的消毒效果好。

(二)、二氧化氯消毒

二氧化氯化學性質活潑,易溶于水,在20℃下溶解度為107.98g/l,是氯氣的溶解度的5倍。氧化能力為氯氣的2倍。clo2是中性分子,在水中幾乎100%以分子狀態存在,所以極易穿透細胞膜,滲入細菌細胞內,將其核酸(dna或rna)氧化后,從而阻止細菌的合成代謝,并使細菌死亡。在飲用水中clo2滅菌反應如下式.(6)、(7)所示。

clo2+e→clo2-(6)

clo2+2h2o+4e→cl-+4oh-(7)

據實驗測知,(6)式的電極電位0.95v,(7)式的電極電位0.78v。所以使用二氧化氯消毒還可以氧化水中的一些還原性金屬離子(如fe2+mn2+等),即對水中的鐵、錳有著不錯的去處效果。clo2的氧化能力與溶液的酸堿性有關,溶液酸性越強,clo2的氧化能力越強。但在ph值6-10范圍內的殺菌效果幾乎不受ph值影響。

綜上,在凈水工藝條件下,用液氯消毒,起殺菌作用的主要是hocl,其殺菌效果比ocl-高近80倍。ph值越高,hocl離解的越多,當ph值大于8時即達到75%的ocl-,消毒效果就愈發降低。實驗證明,clo2可以在很大ph范圍內殺滅細菌,液氯只有在ph值近中性條件下才能有效地殺滅細菌。

二、兩種消毒劑殺滅飲用水中細菌的情況

在飲用水中投加消毒劑的目的主要是殺滅對人體有害的病原菌、病菌,及其它致病的病原微生物。經過消毒處理的水,不是將水中所有的細菌殺滅,可以允許含有少量的對人體健康無害的細菌,但一定要達到《生活飲用水衛生標準》的要求。

(一)、消毒劑投加量對消毒效果的影響

1.二氧化氯和液氯對大腸桿菌均有較好的滅菌效果,且隨著投加量增大殺菌率增大;二氧化氯的滅菌效果稍優于液氯。

2.二氧化氯殺滅病原菌的效果明顯優于液氯。

(二)、水溫對消毒劑殺菌效果的影響

消毒劑的殺菌能力隨著溫度的上升而增強,溫度低時每上升10℃,細菌死亡率成倍增加。溫度升高,滅菌時間相對縮短,殺菌效果相對增強。

三、兩種消毒劑對飲用水中有機鹵代物形成的影響

隨著人們對用液氯消毒飲用水所產生的有機鹵代物致癌作用的研究,國家自然科學基金資助了對比液氯消毒與二氧化氯消毒處理水中有機物情況的項目。對用液氯消毒和用二氧化氯消毒的四種同一自來水廠飲用水的富集水樣進行gc/ms分析,其試驗結果表明,凡是投加液氯消毒,不僅有機物種類多,含量大,且均形成較多的有機鹵代物(如chcl3、chbr3等)。如投加0.7mg/l液氯的水樣檢出2種氯代物和7種溴代物,含量為9.76%;而用二氧化氯消毒的水樣,未檢出有機鹵代物。二氧化氯消毒一般只起氧化作用,不起氯化作用,這是二氧化氯消毒幾乎不形成有機鹵代物的根本原因。可見,源水嚴重污染或水體中有機物含量高時,二氧化氯是最好的選擇。

四、水廠對飲用水消毒劑的合理應用

有的水廠引進了高效復合二氧化氯發生器,其制備消毒劑的原理是利用氯酸鈉水溶液與鹽酸溶液在一定溫度和負壓下充分反應,產生以二氧化氯為主、氯氣為輔的消毒氣體,來進行飲用水消毒的。為了保證水質,同時兼顧節約成本,有的水廠在冬季水源污染少、濁度低時,使用液氯消毒;到了夏季,水源污染較重或者水源中有機物含量偏高時,使用二氧化氯消毒。

五、結論

液氯作為經典的飲用水消毒方式,消毒能力強,貨源充足,價格低廉,投加設備較為簡單,有著價廉物美的優勢。但當水中有機物含量高時,會產生有致癌作用的鹵化有機物。

二氧化氯作為后發展起來的消毒方式,殺菌能力比液氯消毒強,殺菌效果不受水的ph值影響,只發生氧化作用不發生氯化作用達到消毒效果,避免了有機鹵代物的問題。但是二氧化氯制取出來即須應用,不能貯存,制取原料價格較貴。無論是液氯消毒還是二氧化氯消毒,都有各自的優點和缺點。水廠應該根據生產實踐中的實際情況,因水制宜,合理選用飲用水消毒劑,力爭得到最好的性價比。

參考文獻

1姚志麒.環境衛生學人民衛生出版社.