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【摘要】湖南省南岳区兴隆水厂的消毒剂采用二氧化氯，通过长时间检测表明二氧化氯是一种安全、高效、副作用很小的的消毒剂，处理含大肠杆菌数偏高的地表水为水源的水厂有广阔的应用前景。
【关键词】二氧化氯；消毒剂；饮用水；水质指标
中图分类号：TV文献标识码： A
湖南省南岳区兴隆水厂是兴隆水库供水工程项目之一，位于南岳区兴隆村，距南岳城区2.8公里，占地面积9039.91平方米。建设规模为2.4万吨/天。水处理工艺方案为快速混合——栅条絮凝——平流沉淀——虹吸过池——二氧化氯消毒——清水池的水处理方案，采用PCL技术，实现工艺过程的自动控制。水库控制流域面积10.1平方公里，设计总库容306万立方米，坝顶海拔高程180米，出厂水位海拔高程152米。水库采用分层取水方式，取水口设在海拔162米处，取用中层水进入水厂，经净化处理后进入城镇供水管网，送入千家万户。水库的原水由雨水和山泉水两部分组成，山泉水来源于衡山，由于衡山是旅游山区，山泉水的水质较好，但大肠杆菌数偏高。水厂的消毒剂采用二氧化氯。
1.消毒剂氯与二氧化氯的比较
氯气作为消毒剂已有百余年的应用历程了，近年来人们对氯消毒所引发的环境健康问题越来越重视,研究氯消毒的替代品也越来越多。目前二氧化氯替代氯作为新型地消毒剂得到了许多专家的认可。二氧化氯具有高效、易得且具有持续的杀菌效果[1]。消毒剂二氧化氯与氯气的优、缺点见表1[2-3]。
表1 消毒剂二氧化氯与氯气的优、缺点表
项目 优点 缺点
二氧化氯 ①二氧化氯副产物的生成较少，能够直接和水中的有机物发生反应生成有机氯化物；
②由于二氧化氯不会溶解于水，在消毒杀菌的过程中不会改变水的酸碱度以及氨氮浓度；
③二氧化氯对水中的藻类以及酚类和硫化物能够有效的降除，比氯气处理效果更佳；
④二氧化氯杀死水中病毒的处理效果比氯气要好，如细菌芽胞、细菌繁殖体、真菌病毒以及抵抗力強的肝炎病毒等；
⑤除了可杀死水中的微生物，还对水中的原虫和藻类具有一定地消灭作用，能有效地提高水质，二氧化氯对地表水中大肠杆菌杀灭效果比氯高5倍以上。 ①制得成本比氯气要高，有数据统计显示，相比于氯消毒，成本每吨由 0.006 元提高到 0.03 元；
②目前检测二氧化氯的手段还不完善，操作管理水平也有代提高；
③主要无机副产物为亚氯酸盐、氯酸盐等，其中亚氯酸盐毒性较大，可能对血液中红细胞有影响。
氯 ① 属于广谱性消毒剂，如能杀灭细菌繁体、病毒、真菌孢子及细菌芽胞非常有效；
② 毒性较低；
③ 价格低廉，使用方便。 ① 易溶于水，稳定性较差；
② 易受pH影响，对织物有漂白作用；
③ 有较强地腐蚀性。
表1显示，消毒剂二氧化氯的综合指标远高于消毒剂氯，同时二氧化氯也存在着一定的不足。因此，选择二氧化氯作为消毒剂必须优化使用条件。
2.二氧化氯消毒的机理
二氧化氯消毒的机理主要是利用其强氧化性的特点，能快速氧化微生物蛋白质中的氨基酸，将氨基酸链打断，使维持微生物生长的蛋白质丧失功能，其作用是强大的氧化作用，比氯化作用至少强2.5倍。
在水中的无机物的作用下，二氧化氯能将水中溶解的还原态铁、锰大量氧化。同时二氧化氯能与水中的有机物发生氧化还原反应，产生以含羧基为主的酸、醇、环氧化物等无毒性的产物。二氧化氯的杀菌能力很强，杀菌具有有广谱性，尤其呈分子状态的二氧化氯更容易吸附接触在细菌的表面上，使细胞外膜的蛋白质和类脂的组成最大程度地改变，而且二氧化氯扩散速度和渗透能力都比氯要快，更能穿透细菌的细胞壁，能渗透到细胞内部，大大地氧化细菌内含巯基的酶，氧化分解微生物蛋白质中的核酸和氨基酸，致使氨基酸链断裂，抑制蛋白质的合成[4]。
3.二氧化氯的制备
目前二氧化氯的制备方法主要有硫酸法、盐酸法、亚氯酸钠法[5]。本厂采用的二氧化氯的制备方法是采用氯酸钠和盐酸为原料进行现场制备,反应式如下:
NaClO3+2HCl=ClO2+1/2Cl2+NaCl+H2O
4.自动控制系统
与投加氯气的要求不同，二氧化氯的投加必须准确，其原因是二氧化氯必须在现场通过两种药剂的反应来制取，只有投加准确才能保证产生的二氧化氯用药量加入精准，保证出水的效果和亚氯酸盐的含量不超标。本厂采用PCL控制二氧化氯投入量的机制主要分为两部分：(1) 流量信号控制: 把流量控测装置设置在在投加点之前，根据测控流量计的流量信号自动调节二氧化氯的投加量；(2) 余二氧化氯信号控制: 余二氧化氯测控装置设置在出厂水管上，根据出厂水中余二氧化氯的浓度值，控制信号管后控制二氧化氯的投加量。
5.处理效果
水厂自2013年9月以来采用二氧化氯作为生活饮用水消毒剂，水厂水质的主要项目指标结果如表2所示。
表 2 水源、出厂水、管网水主要水质指标统计表
检测项目 检测结果 国家标准
水源 水厂出水 管网检测
感光指标 色度 25~30 ≤5 ≤5 ≤15
浑浊度（NTU） 2.5~5 ≤0.28 ≤0.30 ≤1
臭与味 无异味异嗅 无异味异嗅 无异味异嗅 无异味异嗅
肉眼可见物 无 无 无 无
化学指标 硝酸盐（氮）（mg/L） 0.80~1.00 ≤1.05 ≤1.10 ≤10
总硬度(以CaCO3计）（mg/L） 300~350 ≤200 ≤200 ≤450
亚氯酸盐（mg/L） ≤0.35 ≤0.40 ≤0.7
硫酸盐（mg/L） 200~250 ≤150 ≤150 ≤250
挥发酚（mg/L） —— ≤0.0005 ≤0.0007 ≤0.002
铁（mg/L） 0.5~0.6 ≤0.07 ≤0.05 ≤0.3
锰（mg/L） 0.2~0.25 ≤0.04 ≤0.04 ≤0.1
微生物指标 细菌总数 ≥6.4×102 ≤1 ≤1 ≤100
总大肠菌数 ≥20 未检出 未检出 未检出
余二氧化氯 ≤0.15 ≤0.06 0.1~0.8
由表可以得出，用二氧化氯作为消毒剂的出水水质的各项主要指标完全满足国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的具体要求。
6.结论
二氧化氯作为消毒剂正逐渐被用户接受和认可，处理后的水不但保证出厂水水质达到国家饮用水的标准，同时出水水质得到很大提高，满足了人们对高品质生活饮用水的需求。二氧化氯作为消毒剂的优质特性，决定其在饮用水处理中开发的前景。
【参考文献】
[1]Aieta E, Berg J D. A review of chlorine dioxide in drinking water treatment[J]. AWWA, 1986, 78(6): 62-72
[2]Committee Report. Dinsinfection at large and medium-size systems[J]. AWWA, 2000, 92(5): 32-43
[3]方火明.二氧化氯在饮用水消毒工艺中的应用[J].广州化工,2012,40(14):40-41
[4]王欣玮.二氧化氯在饮用水消毒应用的探讨[J].中央民族大学学报(自然科学版),2012(21):63-66
[5]范瑾初,金兆丰.水质工程［M］.中国建筑工业出版社，2009
【关键词】二氧化氯；消毒剂；饮用水；水质指标
中图分类号：TV文献标识码： A
湖南省南岳区兴隆水厂是兴隆水库供水工程项目之一，位于南岳区兴隆村，距南岳城区2.8公里，占地面积9039.91平方米。建设规模为2.4万吨/天。水处理工艺方案为快速混合——栅条絮凝——平流沉淀——虹吸过池——二氧化氯消毒——清水池的水处理方案，采用PCL技术，实现工艺过程的自动控制。水库控制流域面积10.1平方公里，设计总库容306万立方米，坝顶海拔高程180米，出厂水位海拔高程152米。水库采用分层取水方式，取水口设在海拔162米处，取用中层水进入水厂，经净化处理后进入城镇供水管网，送入千家万户。水库的原水由雨水和山泉水两部分组成，山泉水来源于衡山，由于衡山是旅游山区，山泉水的水质较好，但大肠杆菌数偏高。水厂的消毒剂采用二氧化氯。
1.消毒剂氯与二氧化氯的比较
氯气作为消毒剂已有百余年的应用历程了，近年来人们对氯消毒所引发的环境健康问题越来越重视,研究氯消毒的替代品也越来越多。目前二氧化氯替代氯作为新型地消毒剂得到了许多专家的认可。二氧化氯具有高效、易得且具有持续的杀菌效果[1]。消毒剂二氧化氯与氯气的优、缺点见表1[2-3]。
表1 消毒剂二氧化氯与氯气的优、缺点表
项目 优点 缺点
二氧化氯 ①二氧化氯副产物的生成较少，能够直接和水中的有机物发生反应生成有机氯化物；
②由于二氧化氯不会溶解于水，在消毒杀菌的过程中不会改变水的酸碱度以及氨氮浓度；
③二氧化氯对水中的藻类以及酚类和硫化物能够有效的降除，比氯气处理效果更佳；
④二氧化氯杀死水中病毒的处理效果比氯气要好，如细菌芽胞、细菌繁殖体、真菌病毒以及抵抗力強的肝炎病毒等；
⑤除了可杀死水中的微生物，还对水中的原虫和藻类具有一定地消灭作用，能有效地提高水质，二氧化氯对地表水中大肠杆菌杀灭效果比氯高5倍以上。 ①制得成本比氯气要高，有数据统计显示，相比于氯消毒，成本每吨由 0.006 元提高到 0.03 元；
②目前检测二氧化氯的手段还不完善，操作管理水平也有代提高；
③主要无机副产物为亚氯酸盐、氯酸盐等，其中亚氯酸盐毒性较大，可能对血液中红细胞有影响。
氯 ① 属于广谱性消毒剂，如能杀灭细菌繁体、病毒、真菌孢子及细菌芽胞非常有效；
② 毒性较低；
③ 价格低廉，使用方便。 ① 易溶于水，稳定性较差；
② 易受pH影响，对织物有漂白作用；
③ 有较强地腐蚀性。
表1显示，消毒剂二氧化氯的综合指标远高于消毒剂氯，同时二氧化氯也存在着一定的不足。因此，选择二氧化氯作为消毒剂必须优化使用条件。
2.二氧化氯消毒的机理
二氧化氯消毒的机理主要是利用其强氧化性的特点，能快速氧化微生物蛋白质中的氨基酸，将氨基酸链打断，使维持微生物生长的蛋白质丧失功能，其作用是强大的氧化作用，比氯化作用至少强2.5倍。
在水中的无机物的作用下，二氧化氯能将水中溶解的还原态铁、锰大量氧化。同时二氧化氯能与水中的有机物发生氧化还原反应，产生以含羧基为主的酸、醇、环氧化物等无毒性的产物。二氧化氯的杀菌能力很强，杀菌具有有广谱性，尤其呈分子状态的二氧化氯更容易吸附接触在细菌的表面上，使细胞外膜的蛋白质和类脂的组成最大程度地改变，而且二氧化氯扩散速度和渗透能力都比氯要快，更能穿透细菌的细胞壁，能渗透到细胞内部，大大地氧化细菌内含巯基的酶，氧化分解微生物蛋白质中的核酸和氨基酸，致使氨基酸链断裂，抑制蛋白质的合成[4]。
3.二氧化氯的制备
目前二氧化氯的制备方法主要有硫酸法、盐酸法、亚氯酸钠法[5]。本厂采用的二氧化氯的制备方法是采用氯酸钠和盐酸为原料进行现场制备,反应式如下:
NaClO3+2HCl=ClO2+1/2Cl2+NaCl+H2O
4.自动控制系统
与投加氯气的要求不同，二氧化氯的投加必须准确，其原因是二氧化氯必须在现场通过两种药剂的反应来制取，只有投加准确才能保证产生的二氧化氯用药量加入精准，保证出水的效果和亚氯酸盐的含量不超标。本厂采用PCL控制二氧化氯投入量的机制主要分为两部分：(1) 流量信号控制: 把流量控测装置设置在在投加点之前，根据测控流量计的流量信号自动调节二氧化氯的投加量；(2) 余二氧化氯信号控制: 余二氧化氯测控装置设置在出厂水管上，根据出厂水中余二氧化氯的浓度值，控制信号管后控制二氧化氯的投加量。
5.处理效果
水厂自2013年9月以来采用二氧化氯作为生活饮用水消毒剂，水厂水质的主要项目指标结果如表2所示。
表 2 水源、出厂水、管网水主要水质指标统计表
检测项目 检测结果 国家标准
水源 水厂出水 管网检测
感光指标 色度 25~30 ≤5 ≤5 ≤15
浑浊度（NTU） 2.5~5 ≤0.28 ≤0.30 ≤1
臭与味 无异味异嗅 无异味异嗅 无异味异嗅 无异味异嗅
肉眼可见物 无 无 无 无
化学指标 硝酸盐（氮）（mg/L） 0.80~1.00 ≤1.05 ≤1.10 ≤10
总硬度(以CaCO3计）（mg/L） 300~350 ≤200 ≤200 ≤450
亚氯酸盐（mg/L） ≤0.35 ≤0.40 ≤0.7
硫酸盐（mg/L） 200~250 ≤150 ≤150 ≤250
挥发酚（mg/L） —— ≤0.0005 ≤0.0007 ≤0.002
铁（mg/L） 0.5~0.6 ≤0.07 ≤0.05 ≤0.3
锰（mg/L） 0.2~0.25 ≤0.04 ≤0.04 ≤0.1
微生物指标 细菌总数 ≥6.4×102 ≤1 ≤1 ≤100
总大肠菌数 ≥20 未检出 未检出 未检出
余二氧化氯 ≤0.15 ≤0.06 0.1~0.8
由表可以得出，用二氧化氯作为消毒剂的出水水质的各项主要指标完全满足国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的具体要求。
6.结论
二氧化氯作为消毒剂正逐渐被用户接受和认可，处理后的水不但保证出厂水水质达到国家饮用水的标准，同时出水水质得到很大提高，满足了人们对高品质生活饮用水的需求。二氧化氯作为消毒剂的优质特性，决定其在饮用水处理中开发的前景。
【参考文献】
[1]Aieta E, Berg J D. A review of chlorine dioxide in drinking water treatment[J]. AWWA, 1986, 78(6): 62-72
[2]Committee Report. Dinsinfection at large and medium-size systems[J]. AWWA, 2000, 92(5): 32-43
[3]方火明.二氧化氯在饮用水消毒工艺中的应用[J].广州化工,2012,40(14):40-41
[4]王欣玮.二氧化氯在饮用水消毒应用的探讨[J].中央民族大学学报(自然科学版),2012(21):63-66
[5]范瑾初,金兆丰.水质工程［M］.中国建筑工业出版社，2009