摘要：依據(jù)在歐洲國家長時間的研究和實驗結(jié)果，本文對應(yīng)用二氧化氯進(jìn)行飲用水方面處理，進(jìn)行了說明和闡述。
　　地表水是飲用水的主要來源，與此相聯(lián)系的是：地表水中生物污染容易導(dǎo)致霍亂、傷寒、痢疾等疾病。這些問題不但是在發(fā)展中國家較普遍，而且在發(fā)達(dá)國家象美國也非常普遍。因此，需要對飲用水進(jìn)行消毒處理，而且消毒作用應(yīng)當(dāng)非常持久從而避免微生物的重新生長。在消毒劑中，二氧化氯是滿足這一要求的最好的物質(zhì)之一。
　　二氧化氯成功應(yīng)用于飲用水的處理，已有多年歷史。它既是一種強(qiáng)氧化劑，又是一種十分有效的消毒劑。這些特點使二氧化氯非常適于傳統(tǒng)飲用水處理過程中的預(yù)氧化階段和最終的消毒階段。在預(yù)處理階段，二氧化氯可促進(jìn)鐵和錳的去除；同時，二氧化氯還可減弱水的味道和臭味，并可控制藻類的生長。在最終消毒階段，低劑量的二氧化氯通過與水的短暫接觸，可起到一種持續(xù)、穩(wěn)定的殺菌作用，這樣，經(jīng)過處理后的水最終可提供給居民使用。
　　和其它氯化物不同，使用二氧化氯并不會產(chǎn)生鹵化副產(chǎn)物。基于以上原因，并考慮對上述問題愈來愈多的重視以及傳統(tǒng)氯化處理過程中所產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物(DBPs)所引起的毒性，二氧化氯的應(yīng)用已愈來愈廣泛，并逐步取代傳統(tǒng)的氯消毒劑。
　　關(guān)鍵詞　二氧化氯　消毒　消毒副產(chǎn)物(DBPs)　飲用水

前　言

　　在過去的幾年中，由于水質(zhì)的惡化以及適于飲用的水源的減少，人們迫切需要先進(jìn)、可靠的，價格合理的技術(shù)用以保障日常需要所需的水源。“先進(jìn)”旨在降低對人體健康的直接和間接的危害。“可靠”是指技術(shù)的可應(yīng)用性，即使是在非理想的應(yīng)用條件下。
　　在能夠使水適于飲用及消費的所有化學(xué)及物理過程中，消毒階段已被廣泛研究。在完整的飲用水處理過程中，消毒處理已被證明是至關(guān)重要重要的。進(jìn)行消毒處理并不單單是針對未經(jīng)處理的水中細(xì)菌，而且是由于水極易導(dǎo)致霍亂、傷寒等非常危險的疾病的傳播。由于以上原因，世界衛(wèi)生組織（WHO）于1993年建議應(yīng)有一種“有效的消毒方法并永遠(yuǎn)不會危機(jī)人們的安全”，并應(yīng)考慮該方法的費用及化學(xué)副產(chǎn)物等所有問題。
　　在水的消毒處理中，對于優(yōu)化使用傳統(tǒng)的化學(xué)物質(zhì)（主要是氯化物）以及尋找合適的替代物質(zhì)，人們以作了大量努力。本文將對二氧化氯在消毒處理中已確立的使用方法進(jìn)行實驗研究。同時，將對其它一些消毒劑和二氧化氯進(jìn)行對比研究。

1. 二氧化氯的化學(xué)特性及主要應(yīng)用

　　二氧化氯在室溫下呈橙黃色，比空氣重。
　　二氧化氯極易溶于水(14 g/L at 25 °C)且不發(fā)生水解。在很大的pH 值范圍內(nèi)(6～10)，二氧化氯在水中以溶解氣體的形式存在。因此，二氧化氯在水中的存活壽命很長，在被處理的水中，二氧化氯一直持續(xù)、穩(wěn)定的起著作用。通常，實驗用的二氧化氯在低溫及避光的條件下，貯于密閉的玻璃容器中是十分穩(wěn)定的。
　　對于二氧化氯的化學(xué)反應(yīng)性，二氧化氯的主要性質(zhì)如下：
　　· 不和氨反應(yīng)；
　　· 對有機(jī)腐殖質(zhì)（主要是腐殖酸和富里酸）不產(chǎn)生氯化作用，因此，生成的可被活性碳吸附的鹵化有機(jī)物（A.O.X.）和三鹵甲烷類物質(zhì)（T.H.M.）幾乎可忽略不計；
　　· 對苯酚類化合物有破壞作用；
　　· 能氧化鐵離子和錳離子；
　　· 不能氧化溴離子；
　　· 其活性不依賴于pH值。
　　在飲用水的消毒處理中，可被活性碳吸附的鹵化有機(jī)物（A.O.X.）和三鹵甲烷類物質(zhì)（T.H.M.）是用來評估鹵化副產(chǎn)物的控制參數(shù)。鹵化有機(jī)化合物被認(rèn)為對人體健康具有潛在的毒性，長期使用含該物質(zhì)的應(yīng)用水具有致癌作用。
　　三鹵甲烷的出現(xiàn)可作為其它氯副產(chǎn)物存在的指示物。控制飲用水中主要的四種三鹵甲烷類物質(zhì)可以幫助降低其它不清楚氯副產(chǎn)品的水平。事實上，IARC已經(jīng)將三鹵甲烷分類到有可能致癌的2B組。
　　在歐盟最近的提議中也涉及到飲用水水質(zhì)，并設(shè)定下面的限值：
　　三鹵甲烷 40 mg/L
　　二氯二氟甲烷 15 mg/L
　　二氧化氯不是一種氯的尿酸鹽，而是一種強(qiáng)氧化劑。通常通過以下反應(yīng)，它的最終產(chǎn)物為氯離子(Cl^-)和亞氯酸根離子(ClO₂^-)。
　　ClO₂ + 4 H+ + 5e^-→ Cl^- + 2H₂O(Eo = 1,51V)
　　ClO₂ + e-→ClO₂^-(Eo = 0,95 V)
　　通常二氧化氯需要現(xiàn)場制備，它是通過一種特殊稱為“發(fā)生器”的設(shè)備來制備的。在這個設(shè)備中，應(yīng)用次氯酸鈉通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生最終產(chǎn)物—二氧化氯。其生產(chǎn)原理如下：
　　1. 2NaClO₂ + Cl₂→ 2NaCl + 2ClO₂
　　2. NaClO + Hcl → HClO + NaCl
　　　 HClO + Hcl + 2NaClO₂→ 2ClO₂ + 2NaCl + H₂O
　　3. 5NaClO₂ + 4Hcl → 4ClO₂ + 5NaCl + 2H₂O
　　最后一種方式是飲用水處理中最常用而且是最好的方法。其主要原因是：該方法能確保最大效率轉(zhuǎn)化為二氧化氯，而且能盡可能限制副產(chǎn)物的生成。
　　二氧化氯是能夠殺滅細(xì)菌、病毒、藻類、真菌，強(qiáng)效的抗生物劑。其殺毒能力主要是由于ClO₂能夠通過細(xì)胞壁，并與細(xì)胞內(nèi)主要的氨基酸反應(yīng)。
　　二氧化氯具有上面這么多優(yōu)點，因此常年被廣泛應(yīng)用于下面領(lǐng)域：
　　· 飲用水處理；
　　· 工業(yè)冷卻水系統(tǒng)的防垢處理；
　　· 造紙行業(yè)中脫粘處理；
　　· 食品業(yè)和飲料業(yè)的消毒；
　　近年來，該種產(chǎn)品主要在法國和意大利增長很快。在這份報告中，我們著重對ClO₂應(yīng)用于飲用水處理中進(jìn)行了研究。在歐洲國家，隨著人們對傳統(tǒng)的氯消毒法帶來的副產(chǎn)物可能對人體健康產(chǎn)生影響的認(rèn)識不斷提高，以及標(biāo)準(zhǔn)的不斷嚴(yán)格，使得利用二氧化氯替代氯氣和次氯酸鈉作為消毒的劑的應(yīng)用成為了大的趨勢。

2. 用二氧化氯處理飲用水

　　在將原水（主要是地表水）處理變?yōu)轱嬘盟^程中，二氧化氯可以作為氧化劑和消毒劑。
　　對于這種水的常規(guī)處理，其主要處理過程為：預(yù)氧化處理、澄清（加入無機(jī)混凝劑，鐵或鋁鹽）、過濾（用砂濾或活性炭）、消毒處理。二氧化氯作為氧化劑，可應(yīng)用于在混凝/絮凝前的預(yù)氧化處理中。這樣做的主要優(yōu)點如下：
　　· 可氧化鐵離子和錳離子并且能更好地去除它們相關(guān)的難溶解性的氫氧化物；
　　· 使懸浮物和膠體脫穩(wěn)，因此在澄清處理過程中有絮狀體有更好的沉降性能；
　　· 能夠去除能引起惡臭的有機(jī)物（例如苯酚），使水感官性變好；
　　在該處理過程中，正常的二氧化氯劑量范圍是0.5～2 mg/L，處理時間為15～30分鐘。第二個更高的作用是處理是控制藻類在其它處理階段的增長，這可以確保最終處理過程中的殺毒效果。
　　二氧化氯作為消毒劑應(yīng)可用于過濾后的消毒處理過程中，其劑量范圍為0.2～0.4mg/L。該劑量可以確保有效和持久地消除出水中微生物（細(xì)菌、病毒等）。其主要的優(yōu)點是：
　　· 生成的有機(jī)和無機(jī)的鹵化物副產(chǎn)物的可能性很小；
　　· 能確保在配水管網(wǎng)（如管道或貯水池）中長期有效性，因而可避免微生物的再次生成；
　　與其它氯化合物相同，二氧化氯的需求量應(yīng)當(dāng)初步評估。它對幫助確定不同情況下的水二氧化氯的使用量十分有益。該量指得是與原水反應(yīng)5～60分鐘的二氧化氯總量。它的值對進(jìn)行實驗室測試和進(jìn)一步確定現(xiàn)場實際使用量是有很大幫助的，但該量也是隨著水質(zhì)的變化而在不斷變化。
　　通過某些參考的細(xì)菌的去除率和形成致癌的副產(chǎn)物的測定，可以用來證實二氧化氯處理水的效果。這些指標(biāo)的確定均是采用“水和廢水檢測的標(biāo)準(zhǔn)分析方法（19版，1995）”中的方法分析，在下面我們列出了兩個實驗室測試的結(jié)果。
　　下表表示的是在接觸時間為15分鐘，用次氯酸鈉和二氧化氯進(jìn)行地表水最后消毒處理的結(jié)果比較（地表水為人工水庫水；pH=8.8；二氧化氯劑量=0.57mg/L）。其中二氧化氯的劑量的選擇考慮了處理過程中的使用量和處理后的殘余量。
　　結(jié)果顯示：二氧化氯處理后不僅殺菌效率較好，而且生成A.O.X.和T.H.M.的量很少；兩種化學(xué)藥劑對T.O.C處理沒有效果。

　　例2 比較次氯酸鈉和二氧化氯應(yīng)用于預(yù)氧化處理地表水的結(jié)果（地表水為河流水庫水；pH=7.9；二氧化氯劑量=2.05mg/L）。這些結(jié)果證明了應(yīng)用二氧化氯處理水能夠減少80%A.O.X和75%T.H.M的生成，這相當(dāng)于殺菌的效率水平。

3. 與其它消毒劑的價/性比
　　應(yīng)用歐洲使用二氧化氯進(jìn)行飲用水處理的經(jīng)驗，我們進(jìn)行了二氧化氯與其它消毒劑（例如氯氣、次氯酸鈉、臭氧）的價/性比的比較。這也是為什么二氧化氯在這方面能夠作為主要的替代品的原因。
　　在通常使用狀況下，它們的比較標(biāo)準(zhǔn)的制定是很復(fù)雜的。在下表中綜合考慮了特殊的藥劑使用設(shè)備（包括相關(guān)維護(hù)）的價格、產(chǎn)品的價格以及處理過程中有利和不利之處。
　　事實上，比較還與很多其它特殊的條件有關(guān)（例如原水水質(zhì)、管網(wǎng)大小、當(dāng)?shù)氐姆ㄒ?guī)和產(chǎn)品的關(guān)稅等，還有這些化學(xué)品的自身的特點）。這些因素中有時還僅有一種選擇可能。
　　技術(shù)方面
　　(3 = 很好, 2 = 好, 1 = 有一定效果, 0 = 無效果)

　　價格方面
　　(4 = 很高, 3 = 高, 2 = 中等，1 = 低, 0 = 可忽略)

4. 結(jié)論

　　二氧化氯的化學(xué)性質(zhì)使得它能夠合適應(yīng)用于飲用水的預(yù)氧化處理和最終消毒處理的階段。
　　它能夠應(yīng)用于各種領(lǐng)域，并能替代傳統(tǒng)的氯氣和次氯酸鈉。而且可很好地控制處理水中微生物的水平。
　　二氧化氯之所以能在歐洲廣泛使用主要原因是：用其消毒，產(chǎn)生致癌性有機(jī)的副產(chǎn)物的可能性特別小。
　　使用二氧化氯的進(jìn)行處理的價格與其它消毒劑是可比的。就目前市場上的設(shè)備來講，它的應(yīng)用不需要特殊的技術(shù)，應(yīng)用特別方便。
　　二氧化氯發(fā)生的有著很大的應(yīng)用范圍，因此可應(yīng)用于小社區(qū)和大型管網(wǎng)水處理過程之中，能建立起一個可靠、靈活的系統(tǒng)。

REFERENCES（參考文獻(xiàn)）

Aieta, E.M., Berg, J.D. (1986), A review of Chlorine Dioxide in Drinking Water Treatment,Journal AWWA, 62, 62-72.
　　Alvarez, M.E., O’Brien, R.T., (1985), Mechanism of inactivation of Poliovirus by chlorine dioxide and iodine, Appl. Envir. Microbiol., 44, 1064
　　Bernarde, M.A., et al., (1967), Kinetics and mechanism of bacterial disinfection by chlorine dioxide, Appl. Microbiol., 15, 257
　　Boardman, G.D., et al., (1979), Alternative Water Disinfectants: an overview, Environmental Engineering, 23-30.
　　European Commission, (1994) Proposal for a Council Directive concerning the quality of water intended for human consumption, 95/C 131/03 - COM (94) 612 final - 95/0010(SYN)
　　Flore, J., Ruana, J.F., (1988), Tarragone: problèmes de go–t e d’odeur, T.S.M. L’Eau, September, 469-475
　　Gomella, C., Musquere, P., (1980), La désinfection des eaux par le chlore, l’ozone et le dioxyde de chlore, XIII Congrès de l’A.I.D.E., Paris.
　　Griffini, O. (1996), Disinfection by chlorine dioxide, Proceedings of 2nd Giornata di studio “Disinfection of drinking water” , Brescia (Italy), 49-83.
　　Hoff, J.C., Geldreich, E.E., (1980), Comparison of the biocidal efficiency of alternative disinfectants, Proceedings AWWA Seminar, Atlanta, Georgia.
　　Hoff, J.C. (1986), Inactivation of microbial agents by chemical disinfectants, USEPA 600/286/067.
　　International Agency for Researc on Cancer. Overall evaluations of carcinogenicity: an up-dating of IARC Monographs volumes 1-42. Lyon, 1987
　　Masschelein, W.J. (1979), Chlorine Dioxide, Chemistry and Environmental impact of Oxichlorine Compounds, Ann Arbor Science Publishers, Ann Arbor, Michigan.
　　Noss, C.I., et al., (1983), Reactivity of chlorine dioxide with nucleic acids and proteins, Water Chlorination: Environmental Impact Health Effects, Vol.4, Ann Arbor, Michigan.
　　Olivieri, V.P., et al. (1985), Mode of action of chlorine dioxide on selected viruses, Water Chlorination: Environmental Impact Health Effects, Vol.5, Ann Arbor, Michigan.
　　Pelizzetti, E., et al., (1994), Disinfection By-Products in Drinking Water Treatments, Scienza e Tecnologia, 76, 701-707.
　　Walker, G.S., Lee, F.P., Aieta E.M., (1986), Chlorine Dioxide for Taste and Odour Control, AWWA Journal, 3, 84-93.
　　WHO, (1993), Guidelines for drinking water treatment, Geneva
　　WHO, (1996), Guidelines for drinking water quality, Geneva
　　Zavaletta, O., (1992), Chlorine Dioxide Risk Assessment for drinking Water, Second Int. Symposium - Chlorine Dioxide: Drinking Water Issues, May 1992, Houston.