二氧化氯應用于水箱二次供水安全消毒研究

盤偉彬

摘 要：文章首先簡要闡述了二氧化氯的特性及其消毒機理，隨后分析了二氧化氯在水處理中的消毒優勢，并在此基礎上對二氧化氯在水箱二次供水安全消毒中的應用進行論述。期望通過文章的研究能夠對提高二氧化氯在二次供水消毒中的安全性有所幫助。

關鍵詞：二氧化氯；二次供水；消毒

1 二氧化氯的特性及其消毒機理

1.1 二氧化氯的特性

在自然界中，二氧化氯是為數不多以單體游離形式存在的化合物，在微酸條件下，其穩定性能夠獲得進一步提升，常溫下二氧化氯的溶解度為2.9g/L，隨著溫度的降低溶解度會有所增加，最高可達10g/L以上，其在水中為純溶解狀態，不會與水發生化學反應，由此使得二氧化氯的消毒作用基本不會受到水的pH值影響。

1.1.1 物理性質。ClO2是二氧化氯的分子表達式，它的外層共有19個電子，屬于典型的活潑自由基[1]。液體ClO2的沸點為10℃，固體ClO2的熔點為59.5℃。ClO2分子一般都是以單體自由基的形式存在，它們之間并不存在明顯的聚合傾向，當ClO2溶于水時，通常都是以分子的形式進行擴散，這有助于其在水中溶解。在酸性溶液當中，ClO2的性質相對比較穩定，初始時會還原成亞氯酸。在水處理的過程中，ClO2的濃度一般都低于4g/L，這樣不會引起爆炸。

1.1.2 化學性質。ClO2的性質較為活潑，歸屬于強氧化劑的范疇，其氧化能力約為氯的2.5倍左右，正因如此，使其可以和多種有機或是無機物發生反應，從而使其成為一種無毒、無害的物質。但相關研究結果表明，ClO2氣體卻對人體有害，前提是濃度需要達到比較高的程度，若是人體吸入高濃度的ClO2氣體，則可能致人死亡。故此，確保ClO2的使用安全性非常必要。

1.2 二氧化氯的消毒機理

目前，學術界對ClO2的消毒殺菌機理存在兩種不同的觀點，一種觀點認為，ClO2對各種微生物的細胞壁具有較強的穿透性和吸附性，其能夠透過細胞壁侵入到細胞內部，并對細胞內的色氨酸、含硫基丙氨酸以及酪氨酸等進行直接氧化，由此便會造成細菌死亡，進而達到消毒的目的[2]。另外一種觀點則認為，ClO2之所以能夠將細菌殺死，主要是因為大量的ClO2聚集在細胞的周圍，將細胞封閉在內，從而使其失去了對蛋白質的利用能力，破壞了新細胞的再生過程，最終達到了破壞細胞的目的[3]。通過對大量相關資料及研究成果進行查閱后發現，氯之所以能夠消毒，主要是次氯酸的作用，它屬于一種不帶電的中性分子，質量相對較小，能夠擴散至帶負電荷的細菌表面，并透過細菌外壁進入到其內部，在氯原子的氧化作用下，細菌的酶系統會被破壞，這樣便可造成細菌死亡。

2 二氧化氯在水處理中的消毒優勢

2.1 殺菌效果好

與氯相比，ClO2的殺菌效果要更好一些，并且當pH升高后，其殺菌效果也會隨之獲得進一步提高。同時在低濃度的條件下，ClO2在殺菌消費上要比氯更加有效，這主要是由ClO2在水中快速的擴散性所決定的。此外，ClO2對水中的腸道病毒、疤疹病毒等均有著較好的消毒效果，對水池、水過濾設備中的鐵細菌、異養菌以及藻類等有著良好的去除效果。

2.2 余氯濃度高

由于ClO2不會與水體當中的氨、氮等化合物發生作用而被消耗，故此，在投加量相同的前提下，其能夠保持較高的余氯濃度，由此進一步提升了ClO2的消毒殺菌效果。

2.3 基本不受pH影響

ClO2的殺菌能力基本不會受到pH值的影響，并且在pH的范圍內其具有較強的氧化能力，約為自由氯的2.5倍左右，同時，ClO2還能快速地對錳、鐵等還原態物質進行氧化，并具有一定的漂白作用。

3 二氧化氯在水箱二次供水安全消毒中的應用

3.1 實驗材料與方法

3.1.1 試劑與標準品。（1）本次試驗中使用的主要試劑有ClO2消毒液、乙二胺、純水和高純氮（99.99%）。（2）標準品。主要有純度為80%的亞氯酸鈉和純度為99%的氯酸鈉。

3.1.2 試驗儀器。便攜式分光光度計、離子色譜儀、抑制器、色譜分離柱、保護柱、淋洗液全自動發生器等等。

3.1.3 方法檢出限。實驗參照國家現行的《生活飲用水標準檢驗方法》，配置不同濃度的混合標準溶液，對離子的線性范圍進行測定，并以空白噪聲標準差的3倍作為方法檢出限，經過計算后得出ClO■■和ClO■■離子的檢出限分別為0.005和0.01（mg/L）。

3.2 試驗步驟

先采用離子色譜法對氯酸鹽及亞氯酸鹽進行測定，具體做法如下：向待測的水體樣本中通入高純氮氣約10min左右，使溶液轉變為無色后，取10ml的水體樣本，并用離子色譜進行分析。隨后使用分光光度計對ClO2的濃度進行測定，具體做法是將待測的水體樣本全部倒入10ml的比色杯中，并向杯中滴入4滴甘氨酸試劑，搖晃均勻，再加入DPD試劑1包，輕輕搖晃20s左右后在常溫下靜置30s，使不溶物質全部沉于杯子底部。同時蓋好器具蓋，開啟檢測儀器，儀器會自動顯示測定水樣中的ClO2濃度。

3.3 實驗分析

3.3.1 接觸時間對消毒副產物生成的影響。取ClO2消毒液4ml，以COD含量為5mg/L的水體樣本將其定容至1000ml，并使ClO2的濃度達到8mg/L，隨后分別在1、5、10、30、60min時進行取樣，用離子色譜對水體樣本中的氯酸鹽及亞氯酸鹽的濃度進行測定。

3.3.2 耗氧量對消毒副產物生成的影響。取ClO2消毒液4ml，然后分別用COD含量為1、3、5、8mg/L的水體樣品將之定容至1000ml，并使水體樣本中的ClO2濃度達到8mg/L，隨后用離子色譜對各個水樣當中的氯酸鹽及亞氯酸鹽的濃度進行測定。

3.3.3 ClO2投加濃度對消毒副產物生成的影響。取不同的劑量的ClO2消毒液（1、2、3、4ml），并用COD含量為3mg/L的水體樣本之分別定容至1000ml，使水體樣本中的ClO2濃度分別為1、2、3、5、8mg/L，然后通過離子色譜對水體樣本中的氯酸鹽及亞氯酸鹽的濃度進行測定。

3.4 結果與討論

由試驗結果可知，ClO2的投加濃度、與水體的接觸時間以及水體溫度均對消毒效果有所影響。實驗表明，隨著ClO2投加濃度的增大、水體溫度的增高以及接觸時間的延長，均能夠進一步提高ClO2的消毒效果。我國現行的《生活飲用水衛生標準》對ClO2與水體的接觸時間給出了明確的規定，即不少于30min，但通過本次實驗發現，ClO2與水體的接觸時間為10min時，便可確保微生物安全性[4]。ClO2的投加劑量、有機物的濃度以及與水體的接觸時間均會對亞氯酸鹽的生成有一定影響，當有機物和ClO2投加濃度均為3mg/L時，亞氯酸鹽的濃度低于0.7mg/L，該數值符合《生活飲用水衛生標準》的規定要求。同時，實驗表明，ClO2的投加濃度越大、接觸時間越長、水體中的有機物濃度越高，均會造成亞氯酸鹽生成濃度增大。此外，需要特殊闡明的一點是，氯酸鹽的主要來源為原料，其與ClO2對水體的消毒過程基本無關。

4 結束語

目前，我國飲用水箱二次供水的人群不斷日趨增多，其消毒多以二氧化氯為主，為了確保二次供水的安全性，必須合理確定ClO2的投加濃度，并控制好接觸時間，減少消毒副產物的產生，提高飲用水的質量。通過文章的研究可知，在ClO2消毒劑含量符合國家現行標準規定要求的前提下，采取控制ClO2投加量的方法減少消毒副產物的生成量是可行的。

參考文獻

[1]韓永萍，付建立.二氧化氯消毒劑在飲用水處理中的應用[J].北京聯合大學學報（自然科學版），2014（4）：47-48.

[2]完顏華.二氧化氯的特性及在水處理中的應用[J].鐵道勞動安全衛生與環保，2012（10）：65-66.

[3]于登文，陳強.二氧化氯在水體消毒及含氰電鍍廢水處理中的應用[J].材料保護，2013（5）：98-99.

[4]林健東，關宏舵.二氧化氯應用于中小型水廠水質消毒的可行性研究[J].中國衛生監督雜志，2012（1）：67-68.