凈水工藝的二氧化氯消毒與液氯消毒

凈水工藝的二氧化氯消毒與液氯消毒在城市給水廠中,源水經(jīng)過混凝沉淀、過濾以后，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)，在很多廠一直予以應(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，某些廠引進(jìn)了高效復(fù)合二氧化氯發(fā)生器。一、液氯消毒和原理二氧化氯消毒原理（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。從圖Ⅰ可以看出，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)實(shí)驗(yàn)測(cè)知，式(6)式的電極電位0.95V，式(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。由圖表Ⅰ可以看出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。經(jīng)過眾多試驗(yàn)結(jié)果得出，CLO2可以在范圍內(nèi)殺滅細(xì)菌，液氯只有在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)消毒效果的影響為了研究消毒劑投加兩對(duì)消毒效果的影響，對(duì)我公司的沉淀水（未加消毒劑）、濾前水（預(yù)加1.5mg/L消毒劑）、濾后水（又加1.5mg/L消毒劑）進(jìn)行了細(xì)菌學(xué)指標(biāo)的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見圖表Ⅱ。從試驗(yàn)結(jié)果可以得出：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優(yōu)于液氯。投加量為1.5mg/L時(shí)，液氯的殺菌率是94.76%，二氧化氯的殺菌率則達(dá)97.62%。2.二氧化氯殺滅細(xì)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。圖表Ⅲ為Benarde等試驗(yàn)的不同溫度下二氧化氯接觸時(shí)間與大腸桿菌存活率的關(guān)系。由圖可見，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水廠飲用水的富集水樣進(jìn)行GC/MS分析,其試驗(yàn)結(jié)果見圖表Ⅳ。由試驗(yàn)結(jié)果表明，凡是投加液氯消毒，不僅有機(jī)物種類多，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?，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、對(duì)飲用水消毒劑的合理應(yīng)用引進(jìn)的高效復(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，來進(jìn)行飲用水消毒的。該設(shè)備在投入使用初期，由于管垢中的銹蝕物要消耗一些二氧化氯，二氧化氯消耗量較大，運(yùn)行成本較高。運(yùn)行一個(gè)月左右后，二氧化氯的投加量趨于穩(wěn)定。統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)實(shí)踐所耗用的成本，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，我們得出，在達(dá)到同樣的消毒效果時(shí)，消耗二氧化氯的量要比液氯的消耗量低一些，但制備二氧化氯的原料成本要比液氯成本高0.02元/噸。為了保證水質(zhì)，同時(shí)兼顧節(jié)約成本，我廠在冬季水源污染少、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)展起來的消毒方式，殺菌能力比液氯消