動(dòng)力技術(shù)穩(wěn)定性二氧化氯消毒性能探討　

更新時(shí)間：2008-01-10 17:08 來源：作者: 金厚剛劉江林閱讀：1383

1　前　言

        消毒是給水處理的重要環(huán)節(jié),目前,國(guó)內(nèi)水廠的水處理工藝普遍采用液氯做消毒劑。由于給水水源污染日趨嚴(yán)重,為保證水質(zhì),水廠常用增大加氯量來氯化等措施,由于氯化消毒過程中容易產(chǎn)生氯仿、三氯甲烷等致癌有機(jī)鹵化物,威脅人體健康。美國(guó)全國(guó)自來水水質(zhì)檢測(cè)中,鹵代烴類化合物普遍存在,在被檢出的289種化合物中,有110種鹵代烴類化合物,其中氯仿、三氯甲烷等物質(zhì)致癌顯著。20世紀(jì)70年代中期以來,對(duì)某些癌癥發(fā)病率與病原學(xué)關(guān)系調(diào)查分析及大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明,自來水中鹵代烴類化合物是多種癌癥的致病因素之一,因此,采用其他消毒劑取代氯氣消毒是給水消毒發(fā)展的方向,而二氧化氯具有比氯氣更強(qiáng)的殺菌能力,不會(huì)產(chǎn)生有害人體的有機(jī)鹵化物,受水中pH值、氨氮影響小,具有強(qiáng)氧化性,可去色、臭、氧化鐵、有機(jī)物等物質(zhì),比氯的持續(xù)殺菌能力更強(qiáng),被認(rèn)為是一種有發(fā)展?jié)摿Φ奶娲认镜姆椒ā?br />
2　穩(wěn)定性二氧化氯的理化特性及殺菌機(jī)理

2.1　理化特性

        穩(wěn)定性二氧化氯的無味、無臭、無毒、透明或淡黃色水溶液,不揮發(fā),不易燃。在-5~95℃溫度下性質(zhì)穩(wěn)定,沸點(diǎn)101℃,密度1.09~1.20 g/cm3,溶解熱28 kJ/mol,在活化劑存在下,可使二氧化氯游離釋放出來,顯示強(qiáng)氧化性,具有殺菌消毒、除臭、脫色的作用。

2.2　殺菌消毒機(jī)理

        二氧化氯分子是由一個(gè)氯原子和二個(gè)氧原子組成,共結(jié)合19個(gè)電子。外層鍵域存在一個(gè)未成對(duì)的活潑自由電子,屬于活潑自由基,具有很強(qiáng)的氧化作用,能釋放出新生態(tài)的氧及次氯酸分子,是一種強(qiáng)氧化劑。它對(duì)微生物的細(xì)胞壁有較好的吸附和透過性,可以有效地氧化細(xì)胞內(nèi)含巰基的酶,快速控制微生物蛋白質(zhì)的合成,使蛋白質(zhì)中氨基酸氧化分解,破壞微生物的酶系統(tǒng),起到抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)和殺滅。用簡(jiǎn)式表示如下：
　　

        由此可見,穩(wěn)定性二氧化氯殺菌消毒作用的機(jī)理,不同于甲醛、酚類化合物,使蛋白質(zhì)變性而致微生物失去活性,也不同于氯氣的氯化作用,使微生物失去活性,而是釋放出新生態(tài)及次氧酸強(qiáng)氧化劑殺滅細(xì)菌,又對(duì)高等動(dòng)物細(xì)胞無影響,因?yàn)樗傻臍埩糁袩o致癌的三氯甲烷,這是其他消毒劑不能比擬的。

3　二氧化氯消毒劑的特點(diǎn)

        (1)據(jù)有關(guān)專家研究,二氧化氯對(duì)細(xì)菌的細(xì)胞壁有較強(qiáng)的吸附和穿透能力,從而有效地破壞細(xì)菌內(nèi)含巰基的酶, Bermand也證實(shí),二氧化氯可快速控制微生物蛋白質(zhì)的生成,故二氧化氯對(duì)細(xì)菌、病毒等有很強(qiáng)的滅活能力。

        (2)不會(huì)生成次生有害物質(zhì),尤其對(duì)有機(jī)污染嚴(yán)重的水體消毒時(shí),殺菌消毒更為突出,其氧化降解產(chǎn)物無毒害作用。
　　
        (3)較自由氯殺菌能力強(qiáng),一般為氯化消毒效果的2.5倍,因而在同等條件下的投量也較氯化法用量少。

        (4)二氧化氯消毒劑具有強(qiáng)氧化作用,可用于去臭、色、氧化鐵、氧化錳等物質(zhì),且效果穩(wěn)定。

        (5)二氧化氯在水中處于完全溶解狀態(tài),不與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng),故它的消毒作用受水的pH值影響極小。

        (6)二氧化氯不與氨反應(yīng),故氨氮含量高的水采用二氧化氯消毒,仍可保持其全部殺菌能力,此外水中含酚時(shí),采用二氧化氯消毒不會(huì)產(chǎn)生酚臭。鑒于二氧化氯的各種優(yōu)點(diǎn),美國(guó)EPA也大力推薦它是一種強(qiáng)有力潛在替代液氯消毒的氧化性消毒劑。

4　穩(wěn)定性二氧化氯的消毒效果及成本分析

        應(yīng)該指出,二氧化氯的性質(zhì)非�；顫�,無論氣態(tài)或液態(tài)時(shí)常會(huì)由于未知原因而發(fā)生爆炸,其性質(zhì)上的不穩(wěn)定導(dǎo)致儲(chǔ)存運(yùn)輸比較困難。一般情況下,二氧化氯的制備分為二氧化氯發(fā)生器和穩(wěn)定性二氧化氯兩種,前者需要專門的儀器設(shè)備,且設(shè)備、藥物管理難度大,而后者是把活潑的二氧化氯依附在載體上形成穩(wěn)定性二氧化氯,不需要專門的儀器設(shè)備,運(yùn)輸、操作均方便,在使用時(shí)只需加入一定的活化劑,即可釋放出強(qiáng)氧化性的二氧化氯,是理想的消毒劑。

4.1　穩(wěn)定性二氧化氯的活化過程

        穩(wěn)定性二氧化氯的活化處理,是使穩(wěn)定性的二氧化氯以游離態(tài)釋放出來,快速地發(fā)揮其消毒殺菌作用。二氧化氯的載體為過硼酸鈉等,活化劑采用有機(jī)酸(如檸檬酸)或無機(jī)酸(如鹽酸)；活化方法是使用前先加入適量的活化劑,用清水稀釋并調(diào)整pH值至2~4。

        我車間用做實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性二氧化氯產(chǎn)品有3家公司:四川蒲江、成都陽光、成都齊達(dá)。產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)經(jīng)分析如表1。

        穩(wěn)定性二氧化氯在使用前的配制。第一步A.用鹽酸作為活化劑性時(shí),把37%的鹽酸用蒸餾水稀釋至10%,取二氧化氯原液10 ml于100 ml容量瓶中,按1∶1比例加入10%鹽酸,用蒸餾水稀釋至刻度,蓋好后搖勻,靜置5分鐘待用; B.用檸檬酸作活化劑時(shí),將二氧化氯原液∶檸檬酸(固體按10ml∶2 g的比例,取于100 ml容量瓶中,用蒸餾水稀釋至刻度,蓋好后搖勻靜置15~20分鐘后待用。第二步,將稀釋后的二氧化氯溶液用于消毒實(shí)驗(yàn),以考察穩(wěn)定性二氧化氯的消毒效果。

4.2　穩(wěn)定性二氧化氯的消毒效果

        3種穩(wěn)定性二氧化氯產(chǎn)品,按上述配制方法稀釋后,分別取同劑量投入1 L濾后水樣中,停留時(shí)間30分鐘后,測(cè)定大腸菌、細(xì)菌2個(gè)指標(biāo),測(cè)定結(jié)果分別列于表2、3、4中。由2~4表可以看出,在滿足水樣中大腸菌、細(xì)菌符合要求的前提下, 3家公司的穩(wěn)定性二氧化氯最低投劑量,分別為蒲江5 mg/L,陽光4.50 mg/L,齊達(dá)4.14mg/L。

4.3　成本計(jì)算

3家公司的穩(wěn)定性二氧化氯和我廠液氯價(jià)格分別列于表5。

        為了考察二氧化氯的經(jīng)濟(jì)成本,分別列出3種穩(wěn)定性二氧化氯及液氯的價(jià)格,其中穩(wěn)定性二氧化氯按最低投劑量計(jì)算,液氯按2000年1~4月水廠平均氯單耗1.072 kg/km³水進(jìn)行計(jì)算。
        蒲江每m3濾后水需消毒劑的成本: 0.06元/m³•水;
        陽光每m3濾后水需消毒劑的成本: 0.014元/m³•水;
        齊達(dá)每m3濾后水需消毒劑的成本: 0.087元/m³•水;

        每m3濾后水用液氯的成本: 1.072×0.0017=0.0018元/m³•水。從成本上計(jì)算,每m3濾后水用二氧化氯成本明顯高于液氯。以陽光公司為例,每m3濾后水穩(wěn)定性二氧化氯比液氯成本高8倍。

4.4　穩(wěn)定性二氧化氯在實(shí)驗(yàn)中存在的問題

        (1)穩(wěn)定性二氧化氯盡管解決了運(yùn)輸、儲(chǔ)存的問題,但穩(wěn)定性二氧化氯溶液中僅含有2%以上的二氧化氯,以這3家產(chǎn)品分析為例,蒲江含量為2.94%,陽光含量為為2.18%。97%以上都是對(duì)消毒無用的載體,增加了消毒劑的成本。

        (2)穩(wěn)定性二氧化氯經(jīng)活化后,才具有很強(qiáng)的殺菌消毒作用,活化程度與pH值有關(guān), pH值越小釋放量越大,但實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)活化時(shí)酸過多(pH值越低),二氧化氯的釋放速度過快,可能影響二氧化氯的有效濃度并產(chǎn)生一定的危險(xiǎn)。

        (3)穩(wěn)定性二氧化氯質(zhì)量不穩(wěn)定,很多廠家產(chǎn)品二氧化氯含量在活化時(shí)達(dá)不到說明書上的要求因此應(yīng)尋求一種簡(jiǎn)單分析技術(shù)和檢測(cè)儀器來檢測(cè)二氧化氯的定量組成。

        (4)各廠家的活化方法、二氧化氯的檢測(cè)方法都不統(tǒng)一,國(guó)家對(duì)二氧化氯暫時(shí)沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),這對(duì)使用者來說困難較大。

        (5)從成本上考慮,目前二氧化氯成本過高。在食品顏料加工、醫(yī)藥工業(yè)應(yīng)用較多,但在大規(guī)模的供水行業(yè)中應(yīng)用很少。

5　小　結(jié)

         隨著人民的物質(zhì)文化水平的提高,液氯消毒產(chǎn)生的氯仿給人體帶來潛在威脅,已引起國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注。盡管供水行業(yè)不斷地調(diào)整投氯工藝,改變投氯點(diǎn),加快投氯自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)管理,以降低投氯量,但氯副產(chǎn)物仍普遍存在。因此采用替代液氯的消毒劑是供水行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì),而二氧化氯比液氯具有明顯的消毒優(yōu)勢(shì),穩(wěn)定性二氧化氯的出現(xiàn)又為二氧化氯的應(yīng)用提供了可行的方法,盡管穩(wěn)定性二氧化氯目前還存在一系列需要解決的問題,但隨著研究的進(jìn)一步深化,一旦這些問題得到有效的解決,作為最有可能替代液氯消毒的穩(wěn)定性二氧化氯一定會(huì)有廣闊的發(fā)展前景。