谈生活用水中心二氧化氯消毒

贾巧玲

水的消毒是指用化学和物理方法杀灭生活用水、城市污水和工业废水中的病原体(病原菌、病毒、寄生虫卵)，以防止疾病的传染，维护人体健康。消毒方法有物理方法和化学方法，物理方法主要有机械过滤、加热、冷冻、辐射、微电解、紫外线和微波消毒等等;化学方法主要有氯、二氧化氯、臭氧、氯胺、卤素、金属离子(银和铜)、阴离子表面活性剂及其他杀生剂等等。但由于二氧化氯具有广谱、高效(杀菌能力强)、安全(几乎不产生三卤甲烷及其他卤化物)等优越性，现已被我国广泛应用。

1 二氧化氯性质

1)物理性质:二氧化氯在常温下为黄绿色～橙黄色气体(颜色取决于浓度)，溶点－59℃，沸点11℃，密度3.09 g/L(11℃)，冷水中溶解度为2.9 g/L(即4℃时的溶解度)，热水中分解成HClO2，Cl2和O2。二氧化氯易溶于水，当空气中的含量大于10%或水溶液含量大于30%时都易于发生爆炸，但不和水起化学反应，在水中极易挥发，敞开存放时能被光分解，因此不宜贮存。

2)化学性质:分子式为ClO2，化合价为+4价，结构为Cl原子以sp2杂化轨道形成σ键，分子为V形分子，键角为117.4°。分子中还存在一个离域π键垂直于分子平面，键长147 pm。如果ClO2得到一个电子将变成ClO－2，实验测定证明ClO－2中OClO键角为110.5°，键长为156 pm，同时二氧化氯得到进一步稳定，这也是制备稳定性二氧化氯溶液或固体的化学基础。

2 二氧化氯的制备

由于二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体，在生产和使用时必须避免光照、振动或受热，因此二氧化氯的制备方法一直是科学家长期寻求解决的问题。二氧化氯制备方法分为化学法和电解法。

2.1 化学法

1)氯酸钠与浓盐酸反应(全盐酸法或开斯汀法):反应方程式为:2NaClO3+4HCl=2NaCl+Cl2↑ +2ClO2↑ +2H2O，此方法二氧化氯的产率只有50%左右，同时还产生了大量的氯气，而且产品难以分离，同时受到反应温度和盐酸浓度的影响。但由于运行成本低，工艺简单，操作容易，因此国内大多采用此法。2)草酸还原法:反应方程式为:H2C2O4+2NaClO3+H2SO4=Na2SO4+2CO2↑+2ClO2↑+2H2O，此法是科学家研究的一种新方法，最大特点是由于反应过程中生成的二氧化碳的稀释作用，大大提高了生产及储存、运输的安全性。3)亚氯酸钠与氯气反应法:反应方程式为:2NaClO2+Cl2=2NaCl+2ClO2↑，是我国科学家经过科学探索发现一种优于欧洲的制备方法，将经干燥空气稀释的氯气通入填充有固体亚氯酸钠的反应柱内制得，此法安全性好，没有产生毒副

2.2 电解法

2.2.1 常规电解法

反应方程式:

此法特点是原料易得、工艺清洁、没有污染物排放。但由于隔膜和电极寿命有限，易腐蚀老化，产率低，运行维护困难。

2.2.2 新型电解法

反应方程式:2NaClO2+2H2O→2NaOH+2ClO2↑ +H2↑，此法优点是只需使用亚氯酸钠一种原料，同时其正极的电解液必须进行脱气，以确保高的转化率。产品。4)亚氯酸钠与稀盐酸(10%)反应:反应方程式为:5NaClO2+4HCl=5NaCl+4ClO2↑+2H2O，这是一个自氧化还原反应，亚氯酸钠既是氧化剂又是还原剂，盐酸是酸化剂，二氧化氯实际产率可达95%以上。

表1 二氧化氯与其他消毒剂比较结果

3 二氧化氯的杀菌、消毒及除臭机理

1)杀菌机理:ClO2对细胞壁有较好的吸附和透过作用，可有效地氧化细胞内含硫基的酶，抑制微生物蛋白质的合成。另外ClO2不需要载体蛋白运输，就可以透过微生物细胞膜进入细胞内部，从而杀菌性极强。2)控制藻类机理:ClO2可以有效地控制藻类以及由此而产生的异味，并能控制产生异味的防线菌。原因是由于其对叶绿素的吡咯环有一定的亲和性，与之反应，生成无臭无味的产物，ClO2氧化叶绿素，植物的新陈代谢终止，使得蛋白质的合成中断。此外，藻类中产生气味的组织经处理后也无臭无味。3)消毒机理:ClO2的氧化性可将有毒物转化为无毒物。常见有毒物转化方式如下:S2－→SO2－4，CN－→CO2+N2，NH－2→N2+H2O，苯酚→对苯醌。4)除臭机理:恶臭气味主要来自硫醇、硫醚、其他无机硫化物以及胺类等物质(含H2S，—SH，—S—，—NH2等集团)。ClO2能与这些物质发生脱水反应，使其迅速氧化为其他物质，能阻止蛋氨酸分解成乙烯，也能破坏已形成的乙烯，延缓腐烂。5)脱色机理:ClO2能将染料中的发色集团和助色集团氧化破坏，从而达到脱色的目的。

4 二氧化氯与其他消毒剂的比较

4.1 综合比较

二氧化氯与其他消毒剂的比较见表1。

4.2 ClO2的优点

1)用量少，作用快，持续时间长。ClO2溶于水后，在水中的扩散速度与渗透能力都比氯快，溶解度约为氯的5倍，氧化能力是氯的2.63倍。特别在低浓度时更突出。当细菌浓度在105个/cm3～106个/cm3时，0.5 mg/L的ClO2作用5 min后即可杀灭99%以上的厌氧菌，杀菌率维持4 h不变;而0.5 mg/L的氯气杀菌率最高只能达到75%，只有当加入1.0 mg/L的氯气时才能杀死99%的厌氧菌。在一般情况下，0.2 mg/L～0.25 mg/L的 ClO2可在5 min～15 min内杀灭肝炎病毒、性病病毒、肠道病毒、疱疹病毒、脑髓炎病毒等。此外，对水中的藻类、铁细菌、硫酸盐还原菌去除效果极佳。2)对环境的pH不敏感。ClO2的杀菌率基本不受介质pH值的影响。而在碱性条件下，氯大部分以杀菌较差的次氯酸根(ClO－)存在。根据报道，ClO－的杀菌效果是HOCl的5%～10%。这是因为ClO－带负电，难于扩散到细菌表面。当pH＜5时，ClO－以100%的HOCl形式存在，而当pH＞9.5时，以100%的ClO－形式存在，水中没有HOCl，所以杀菌效果大幅下降，这就是在pH值较高时杀菌效果较差的原因。3)属于安全消毒剂。由于ClO2无致癌、致畸形和致突变性，世界卫生组织(WHO)将ClO2列为A1级安全消毒剂。而氯气在水中与腐殖质等有机物通过氧化和取代反应进入有机分子形成氯仿或三氯甲烷(THMS)等有机氯化物，这些氯化物中的部分物质如THMS的致癌性逐渐被认识。如美国国家癌病研究所在20世纪70年代从加氯的自来水中检出THMS等22种致癌或可疑致癌物质;清华大学1989年从加氯的自来水中发现2种强致突变物质。为此，人们对加氯自来水中的有机物给予了更多的关注。

5 二氧化氯的应用

ClO2是强氧化剂，是一种广谱、高效、安全的消毒剂，特别是在水处理中具有杀菌、脱色、除臭、除味、控制藻类生长的作用。同时在其他领域中也得到广泛的应用。

1)电力行业中的循环冷却水系统中可有效控制微生物的生长和玷污，提高循环冷却系统的工作效率。2)游泳池循环水、浴池水的灭菌消毒。3)餐厅、宾馆、家庭、餐具和卫生设施的灭菌消毒。4)水果、蔬菜、鱼肉食品的保鲜及最终淋洗消毒。5)鱼虾疾病防治、池水消毒与增氧杀灭甲肝病毒及蘑菇生产灭菌消毒、保鲜处理，达到防病、增产、提高质量的效果。6)中水回用中的灭菌与脱臭。7)面粉与各种食品的漂白剂。8)造纸、印染行业的漂白药剂。9)石油管道中硫酸盐还原菌的灭除。

[1]史建公.二氧化氯的结构、性质、制备、质量分析及其在杀菌消毒中的应用[J］.中国石油化工，2004(5):37-38.

[2]李 莉.二氧化氯的制备及其应用[J］.贵州电力技术，2009(4):21-22.

[3]李惠英.二氧化氯消毒法在饮用水生产中的应用探讨[J］.山西建筑，2010，36(11):185-186.