淺析二氧化氯消毒與液氯消毒
根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生監(jiān)督管理辦法》規(guī)定,衛(wèi)生行政部門(mén)對(duì)水廠(chǎng)有衛(wèi)生行政許可和監(jiān)督雙向職能。水廠(chǎng)有市政水廠(chǎng)和自建水廠(chǎng),在水廠(chǎng),源水經(jīng)過(guò)混凝沉淀、過(guò)濾以后,去除了水中的懸浮物和膠體雜質(zhì),使水變得澄清。同時(shí)粘附在雜質(zhì)顆粒上的細(xì)菌、大腸桿菌、和其它微生物也被去除,但水中仍還有一定數(shù)量微生物,包括對(duì)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(jìn)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(xiàn)消毒等。由于液氯價(jià)格低廉、消毒效果良好和使用方便等優(yōu)點(diǎn),在水廠(chǎng)一直予以應(yīng)用。隨著人們對(duì)有機(jī)鹵化物致癌作用的研究認(rèn)識(shí),源水水質(zhì)日趨下降,部分水廠(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)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(chǎn)生一系列化學(xué)變化。不同的水質(zhì)其化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程也不一樣,但最終起消毒作用的產(chǎn)物為次氯酸和次氯酸根離子。
1.當(dāng)水中無(wú)氨氮存在時(shí)
CL2+HO2→HOCL+H++CL-(1)
次氯酸是一種弱電介質(zhì)
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(kuò)散到帶負(fù)電荷細(xì)菌的表面,并滲入細(xì)菌體內(nèi),氯原子氧化作用破壞細(xì)菌體內(nèi)的酶,使細(xì)菌死亡;而OCL-帶負(fù)電,難于靠近帶負(fù)電荷的細(xì)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(nèi),水的pH值越低,HOCL的百分含量越大,因而消毒效果越好。
2.當(dāng)水中存在氨氮時(shí),(1)式產(chǎn)生的HOCL就會(huì)和氨化合,產(chǎn)生一類(lèi)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(dāng)水的PH值在5-8.5之間時(shí),NH2CL和NHCL2同時(shí)存在,但PH值低時(shí),NHCL2較多,NHCL2的殺菌能力較NH2CL強(qiáng),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(shí)才產(chǎn)生,在一般的飲用水中不大可能形成。
所以,無(wú)論水中是否存在氨氮,在使用液氯消毒時(shí),在pH值6.8-8.5范圍內(nèi),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(xué)性質(zhì)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(tài)存在,所以極易穿透細(xì)胞膜,滲入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi),將其核酸(DNA或RNA)氧化后,從而阻止細(xì)菌的合成代謝,并使細(xì)菌死亡。在飲用水中CLO2滅菌反應(yīng)如下式.(6)、(7)所示。
CLO2+e→CLO2-(6)
CLO2+2H2O+4e→CL-+4OH-(7)
據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(duì)水中的鐵、錳有著不錯(cuò)的去處效果。CLO2的氧化能力與溶液的酸堿性有關(guān),溶液酸性越強(qiáng),CLO2的氧化能力越強(qiáng)。但在PH值6-10范圍內(nèi)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(dāng)pH值大于8時(shí)即達(dá)到75%的OCL-,消毒效果就愈發(fā)降低。實(shí)驗(yàn)證明,CLO2可以在很大PH范圍內(nèi)殺滅細(xì)菌,液氯只有在PH值近中性條件下才能有效地殺滅細(xì)菌。
二、兩種消毒劑殺滅飲用水中細(xì)菌的情況
在飲用水中投加消毒劑的目的主要是殺滅對(duì)人體有害的病原菌、病菌,及其它致病的病原微生物。經(jīng)過(guò)消毒處理的水,不是將水中所有的細(xì)菌殺滅,可以允許含有少量的對(duì)人體健康無(wú)害的細(xì)菌,但一定要達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求。
(一)、消毒劑投加量對(duì)消毒效果的影響
1.二氧化氯和液氯對(duì)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?xún)?yōu)于液氯。
2.二氧化氯殺滅病原菌的效果明顯優(yōu)于液氯。
(二)、水溫對(duì)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(qiáng),溫度低時(shí)每上升10℃,細(xì)菌死亡率成倍增加。溫度升高,滅菌時(shí)間相對(duì)縮短,殺菌效果相對(duì)增強(qiáng)。
三、兩種消毒劑對(duì)飲用水中有機(jī)鹵代物形成的影響
隨著人們對(duì)用液氯消毒飲用水所產(chǎn)生的有機(jī)鹵代物致癌作用的研究,國(guó)家自然科學(xué)基金資助了對(duì)比液氯消毒與二氧化氯消毒處理水中有機(jī)物情況的項(xiàng)目。對(duì)用液氯消毒和用二氧化氯消毒的四種同一自來(lái)水廠(chǎng)飲用水的富集水樣進(jìn)行GC/MS分析,其試驗(yàn)結(jié)果表明,凡是投加液氯消毒,不僅有機(jī)物種類(lèi)多,含量大,且均形成較多的有機(jī)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(jī)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(jī)鹵代物的根本原因？梢(jiàn),源水嚴(yán)重污染或水體中有機(jī)物含量高時(shí),二氧化氯是最好的選擇。
四、水廠(chǎng)對(duì)飲用水消毒劑的合理應(yīng)用
有的水廠(chǎng)引進(jìn)了高效復(fù)合二氧化氯發(fā)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(fù)壓下充分反應(yīng),產(chǎn)生以二氧化氯為主、氯氣為輔的消毒氣體,來(lái)進(jìn)行飲用水消毒的。為了保證水質(zhì),同時(shí)兼顧節(jié)約成本,有的水廠(chǎng)在冬季水源污染少、濁度低時(shí),使用液氯消毒;到了夏季,水源污染較重或者水源中有機(jī)物含量偏高時(shí),使用二氧化氯消毒。
五、結(jié)論
液氯作為經(jīng)典的飲用水消毒方式,消毒能力強(qiáng),貨源充足,價(jià)格低廉,投加設(shè)備較為簡(jiǎn)單,有著價(jià)廉物美的優(yōu)勢(shì)。但當(dāng)水中有機(jī)物含量高時(shí),會(huì)產(chǎn)生有致癌作用的鹵化有機(jī)物。
二氧化氯作為后發(fā)展起來(lái)的消毒方式,殺菌能力比液氯消毒強(qiáng),殺菌效果不受水的pH值影響,只發(fā)生氧化作用不發(fā)生氯化作用達(dá)到消毒效果,避免了有機(jī)鹵代物的問(wèn)題。但是二氧化氯制取出來(lái)即須應(yīng)用,不能貯存,制取原料價(jià)格較貴。無(wú)論是液氯消毒還是二氧化氯消毒,都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。水廠(chǎng)應(yīng)該根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐中的實(shí)際情況,因水制宜,合理選用飲用水消毒劑,力爭(zhēng)得到最好的性?xún)r(jià)比。
參考文獻(xiàn)
1姚志麒.環(huán)境衛(wèi)生學(xué)人民衛(wèi)生出版社.
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