李英
摘要：二氧化氯是國際公認的優良水消毒劑之一，作為傳統液氯的替代品，二氧化氯具有廣闊市場和應用前景。二氧化氯處理飲用水優勢及二氧化氯發生器在水廠應用的安全性、科學性，使二氧化氯在飲用水消毒和應用必將再上新臺階。
關鍵詞：二氧化氯 飲用水 發生器 安全性 自動化
19世紀末，人類歷史第一次將水質和人體健康聯系起來。從消毒技術的發展歷史[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環節，自1910年新喬治亞洲使用后被迅速推廣，至今，仍是各國經常采納的技術。但隨著水源污染的加劇及水質監測技術的提高，發現某些源水經氯氣消毒后，在其出水中檢測出了三鹵甲烷等多種致癌或可誘發癌變的有機物，這使人們對氯消毒的安全性產生了懷疑。天然水的氯化過程中有三鹵甲烷（THMs）的形成使人們意識到，當今水中生物風險比化合物風險更嚴峻[2]（水中微生物一般有三類，即細菌——大腸桿菌、沙門氏菌、霍亂孤菌、軍團菌……病毒——甲肝、脊髓灰質炎、噬菌體和原蟲——隱孢子蟲、賈第蟲……）。用通常的氯消毒劑不能有效地滅活“兩原蟲”（隱孢子蟲和賈第蟲），使得經典的氯消毒及其消毒技術面臨著挑戰！強氧化劑二氧化氯在這樣背景下脫穎而出，上一世紀七十年代，二氧化氯就得到較快推廣。歐、美等國從20世紀70年代開始對替代氯消毒的其它消毒劑進行了深入研究，認為二氧化氯是其中性價比最優的一種。美國環境總署已把二氧化氯列為一種替代或補充氯化消毒劑而使用[3]。1996年一篇國外權威資料曾報道：當時在美國有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鍵是降低濾后水濁度和消毒達到一定CT值。
目前，二氧化氯已在歐美數千家水廠得到應用，而我國在二氧化氯這方面起步和發展較晚，20世紀90年代后開始在一些中、小型水廠中應用。進入21世紀，從二氧化氯本身的優勢以及在解決水源污染和殺菌消毒所具備的優勢來看，國內越來越多大、中城市水廠選用二氧化氯替代液氯消毒，在國內飲用水行業的應用效果已引起了人們的高度重視，最新頒布的國家《生活飲用水衛生標準》（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。
1、二氧化氯用作水消毒優于氯氣
二氧化氯是一種作用很有效的消毒劑和殺菌劑，在相同質量的劑量基準下等同或優于氯氣，二氧化氯的功效已在全國幾千家大中水廠的應用中得到了證實。例如：深水集團龍崗獺湖水廠、觀瀾水司的三個水廠、肇慶市水務集團水廠、廣東大亞灣核電集團水廠、珠海市供水總公司、汕頭市自來水總公司、上海嘉定自來水么司、海南省瓊海市自來水公司、湖北荊州市水務集團自來水公司、昆明自來水公司、河南洛陽市自來水公司等。
1.1 與傳統氯消毒功效之比較[4]
氯氣作為一種成熟的消毒劑已有百年的應用歷史，但近年來由于源水水質的惡化，氯消毒所引發的環境健康問題越來越引起人們的重視，氯消毒替代品的研究也越來越深入。在可選的新型消毒劑中，二氧化氯由于其高效、易得且具有持續的殺菌效果而成為首選的替代物之一。
二氧化氯化學分子式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個電子，外層鍵域存在著一個未成對的活潑性自由電子。是自然界中完全或幾乎完全以單體游離子團型體存在的少數化合物之一，有很強氧化性。與氯氣作用機理不同，二氧化氯在水中不水解，pH6～9范圍內，二氧化氯在水中以溶解氣體形式存在，持久穩定；二氧化氯使水體中微生物蛋白質中氨基酸氧化分解，導致氨基酸鏈斷裂，蛋白質失去功能，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，而是強大氧化作用！
二氧化氯是1811年發現的第四代含氯制劑，安全等級被世衛和世農組織評定為A1級，廣譜高效。
化學消毒劑，殺滅微生物一般用兩個指標衡量：有效性——殺滅效果O3>ClO2>Cl2>NH2Cl；穩定性——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很寬的pH值范圍內是相對穩定的。
在pH6.5時，劑量為0.25mg/L的二氧化氯和氯對大腸桿菌1 min（分鐘） 滅殺率大致相同；在pH8.5時，二氧化氯殺滅率不變，而氯則需要5倍長的時間。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菌，如：葡萄球菌和沙門菌。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病毒方面效果則優于氯
可見，二氧化氯消毒劑比氯滅活，特別是對病原微生物中病毒和原生動物，有明顯優勢。
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的先驅物反應不同，二氧化氯在預防或大大降低THMs方面占有很大優勢，二氧化氯與THM先驅物反應，使它們失去反應能力或無法形成THM。
1.3 用于對味及嗅的控制
二氧化氯在破壞苯酚、藻類、硫化物、鐵及錳雜質方面遠優于氯氣。為此，二氧化氯一直用于市政供水中控制味道和氣味。二氧化氯工業上開始使用，是1944年在美國尼亞加拉水廠，用于控制苯酚帶來異臭異味的。
1.4 用于對藻類的控制
研究表明，在近似處理費用下，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，使環開裂，促使葉綠素失活。對于藻類控制，在晚上實施效果非常好（防止陽光分解二氧化氯）。據報道，1mg/L 的劑量即可控制藻類生長。
1.5 用于對錳、鐵的控制
鐵、錳超標會使水有顏色、渾濁、著色以及口感不佳。
水中存在錳離子，使水變黑，雖氯氣能用來解決這個問題，但反應很慢，以至于加入24h（小時）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錳氧化成四價錳，使之形成不溶于水的二氧化錳，反應式如下：
2 ClO2＋5Mn2+＋6H2O→5MnO2＋12H+＋2 Cl-
二氧化氯對錳的去除率達69～81%。
水中鐵會促進鐵細菌生長。二氧化氯對鐵的去除率達79～95%。反應式如下：
ClO2＋5Fe(HCO3) 2+＋2H2O→5Fe(OH)3＋10CO2＋ Cl-＋H+1
二氧化氯還可氧化有機結合的鐵而氯不能。
2、二氧化氯發生器的經濟性
作為飲用水消毒，從經濟性考慮，一般應首選發生器，一次投資，運行成本費不高。目前，我國二氧化氯發生器，根據二氧化氯制取所用的原料和工藝特點，可分為：氯酸鹽還原法、亞氯酸鹽氧化法。其中應用最廣泛的是氯酸鹽還原法，深圳歐泰華環保技術有限公司研發的歐泰華復合二氧化氯發生器即是采用本方法,生產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 化學反應式：
NaClO3＋2HCl→ ClO2＋1/2Cl2＋NaCl＋H2O
反應產生二氧化氯和氯氣的混合氣體，其在飲用水處理中使用，具有一定的協同殺菌作用。近年我國數千家水廠使用歐泰華復合二氧化氯發生器，經其處理的飲用水衛生指標均符合《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006），建設部《城市供水水質標準》（CJ/T206-2005）的衛生要求。
2.2 發生器安全的設計特點
二氧化氯發生器安全是關注焦點，在氣相中濃度超過10%，就會自發的分解，分解釋放出氧氣而使壓力增大，從而導致爆炸。因此，在設計二氧化氯發生器時，保證操作的安全性是前提，提高原料轉化率和二氧化氯的純度是目標。
國內無論是哪種含氯原料發生二氧化氯物質，無論是引進技術（原料組裝），還是自主開發，在設計二氧化氯發生器系統時，都有一個安全要求“底線”：（1）反應室設計，控制氣相空間，確保無氣態物質生成；（2）有溢流閥（安全連鎖），作用是稀釋用水短缺時切斷整個發生器。
雖然二氧化氯發生器根據不同的輸送裝置分為不同的系列以滿足不同用戶需要，無論手動還是發展到今天全自動，有一個共同點，就是水中二氧化氯濃度控制在安全極限以內（一般設計在3g/L以內），因此上方有一個適宜噴射器。通過流經發生器的水流、吸收化學藥劑、稀釋反應濃度以及快速移走反應產物，一旦水流停止，便阻止化學藥劑流入，二氧化氯生產也立刻停止。
為了安全，通常二氧化氯發生器安裝了連鎖系統或報警系統及泄壓口（安全閥）。目的有兩個，一是防止二氧化氯發生器中危險狀態出現；二是確保萬一其中某一化學原料供應中斷時能夠及時暫停反應，保護系統。而歐泰華二氧化氯發生器在不斷提高性能和質量的同時，設備自身具有三套安全保護功能，不存在任何安全隱患。
3.二氧化氯發生器自動化控制
二氧化氯是通過兩種藥劑的現場反應來制取，要想準確投加，必須對兩種藥劑進行準確計量和配比才能實現。否則，會因為配比不當而引起二氧化氯產率降低，副產物比率增加，降低消毒效果。嚴重時，會出現單藥劑投加而失去消毒效果并污染水質。
從國外的應用來看，二氧化氯發生器的運行都采用自動化控制，通常包括工藝自動化和設備運行自動化。其中工藝自動化是指通過外部信號（如處理水流量、剩余二氧化氯濃度等）對投藥量進行自動化調節，以求達到最適宜的投加量。而設備運行自動化是指關于設備本身正常運行的自動化報警及事故自動處理等。隨著自動化技術、控制設備和機電儀表設備的發展，我國的水廠也逐步實現科學的生產管理，對生產過程進行嚴密監控和優化運行。水處理過程中的各個環節包括過濾自動化、投加自動化、送水自動化、水質檢測自動化技術日漸成熟。而消毒工序作為水處理工藝的重要環節，提高消毒設備的自動化程度勢在必行。
深圳歐泰華環保技術有限公司研發的新一代高效復合二氧化氯發生器——OTH2001-LPR程序自控系列（獲兩項專利：外觀設計專利，ZL033220727和實用新型專利，ZL032248830）使我國的水處理消毒設備從幾十年落后的手工操作一躍而成為可全程自動控制的先進設備，開創了二氧化氯發生器實現自動控制的先河，實現與上位機連接遠程監控，或通過以太網接口連接電腦實現數據同步。
OTH2001-LPR程序自控系列二氧化氯發生器具有如下性能特點：
Ø反應系統采用耐高溫、耐腐蝕的新技術、新材料一次成型，外殼采用金屬烤漆提高耐腐蝕強度。
Ø反應器采用多段曝氣、多段反應新工藝，收率S≥85%。
Ø液晶觸摸式顯示屏支持中文顯示，可直接完成系統的操作，如主要參數設定、數據采集、實時數據處理。預報警系統啟動時，觸摸屏顯示報警故障，系統蜂鳴器發出聲音報警。
Ø采用高可靠性的可編程控制器（PLC）和人機界面（HMI）自動控制系統：可根據設定的溫度、余氯含量及計量泵頻率進行自動控制；可根據水壓、液位的設定參數實行報警和自動停機。
Ø采用雙套控制系統，在控制面板上可實現手動、自動控制的任意轉換。
Ø提供RS-485通訊接口，用戶可通過該接口與上位機進行通訊，實現遠程控制。
4、經濟估算
以氯酸鹽——鹽酸法二氧化氯發生器（指轉化率和純度及原料價格），處理自來水的噸水運行成本約為0.003～0.004元（人民幣）。與氯氣運行成本持平。
5、小結
二氧化氯發生器在我國處理飲用水比傳統氯氣有不可比擬的優勢，通過十幾年的實踐，正在被市場普遍接受和認可。產業已經形成，產品逐步成熟。歐泰華二氧化氯發生器的不斷更新換代，使二氧化氯發生器在工藝、技術等方面向著高收率、低成本、自動化、高新技術領域全面發展。產品采用人性化設計，應用人體工學原理提升了產業自動化和高科技含量水平。發生器系統安全性能優良，完全符合用于水廠衛生要求。相信經過不斷努力，我國二氧化氯發生器在消毒水處理領域必將得到更大發展。
二氧化氯替代液氯是飲用水消毒的必然趨勢
參考文獻
[1] 宋仁元等. 城市供水水質要求的發展和基本對策. 城鎮供水. 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. 城填供水. 2004,1
[5] 黃君禮．我國水消毒技術的發展趨勢—二氧化氯正在被接受和認可．2004中國給排水消毒技術研討會論文集
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提問時間 2013-02-26 16:02
