分析二氧化氯替代氯消毒

在过去的50年里,氯气作为一种消毒剂广泛地应用在饮用水及食品工业水处理中,现在仍然是一种最普遍的消毒剂。但20年的研究成果表明,用氯处理含有机物的水，特别是含腐殖酸的水，能生成卤代烃(三卤甲烷、氯代烃等)，而这种物质对人体组织具有破坏性并有致癌作用。在1985年,联邦德国健康署将三卤甲烷和氯代烃的限值定为25ug/L，在1991年又将此限值定为10ug/L，欧盟明确规定其有机物的含量为1ug/L。不仅在饮用水处理中对其有特别规定，在污水处理中也有具体规定。在1989年，废水中的AOX值有具体的限量，在1994年，这个值又被降为1mg/L。如果超标，则此废水处理过程需增设其他的设备以将此值降低到符合标准为止。为此种种原因，当时人们投入巨资研究如何改善消毒的特性，于是人们的注意力集中到二氧化氯上。在饮用水及食品工业中，二氧化氯取代了氯，除了上述的原因之外，还有其独特的优势。
　　
　　1.氯酚的产生
　　
　　酚在地表水中的极限浓度为1ppm，但用氯气消毒时，其浓度达到1ppb时(低1000倍)，人们就能注意到氯酚了,氯酚发出一种类似于药和碘仿的味道。而使用二氧化氯消毒时，则不会产生氯酚。鉴于此原因,美国NiagaraFall供水厂早在1944年首先成功地应用了二氧化氯发生器,在1958年150个给水厂使用二氧化氯发生器，在德国最早的使用记录为1959年。氯气的用量受NH3、NH4 的影响，在氯化的过程中，因水中存在氨、铵基物及有机氮，依pH值的大小，与氯反应分别生成氯化铵、二氯化铵、三氯化氮，尽管氯化铵也有消毒作用，但其功效比次氯酸低10-15倍。除此之外，余氯的含量很难处理到规定的浓度以下，如果化合氯的浓度过高，还会产生三卤甲烷。
　　
　　2.氯的消毒效果取决于pH值的大小,而二氧化氯的消毒效果几乎不受pH值的影响。
　　
　　让我们首先关注一个平衡:Cl2-HOCl-OCl-。Cl2消毒过程中,Cl2存在于水溶液的三种形式:Cl2,HOCl,OCl-。(请见图1)从图中可以看出,HOCl在较宽的pH值范围内存在,而且其消毒效果等同于Cl2,而OCl-比氯气消毒效果差10-100倍。当pH=8时,只有18%的氯气存在,其余的被低效的OCl-所替代。当pH=9时，只有3.3%的Cl2存在。应用这个原理可以解释当pH值较高时,用氯气消毒的低效性。
　　
　　另一方面,二氧化氯显示出高的杀菌作用,其杀菌作用随pH值增大而增大。当pH值增大时，氧化还原电位直接与杀伤率有关,当使用氯气时,其电位下降很快,而二氧化氯则恒定在一个很高的氧化还原电位上。