|
 |
|
|
|
目前，從水體消毒的種類來說，有氯氣、次氯酸鈉、漂白粉、三氯異氰尿酸(二氯異氰尿酸鈉)、二氧化氯、雙氧水、臭氧等藥劑和方式，此外還有紫外線消毒等一些手段。 由于氯氣在運(yùn)輸、存儲方面存在安全隱患；在定量投加方面，因氯氣在水中的溶解度較低，氯氣容易散失，使得水中留存余量難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；同時，氯氣瓶氣壓不斷變化，存在投加計(jì)量不夠準(zhǔn)確的問題；氯氣具有極強(qiáng)的擴(kuò)散性，對環(huán)境存在毒害作用；游離氯的高活性容易形成許多象四氯化碳一類的致癌物質(zhì)，故而，在常規(guī)消毒領(lǐng)域，取消液氯的主張?jiān)絹碓蕉�，也日益受到人們的關(guān)注。 就拿氯氣的安全性來說，就始終是一個讓人時時警覺的問題。在我國，幾乎每年都有氯氣罐泄漏的安全事故發(fā)生。氯氣作為危險品受到各國安全機(jī)關(guān)的嚴(yán)格管制。前些年，發(fā)生在福建三明火車站氯氣瓶運(yùn)輸中的跑氯事件，造成幾千人的緊急疏散；在北京有些游泳場由于操作人員不謹(jǐn)慎，三分鐘的跑氯，就有37名孩子住進(jìn)醫(yī)院。2005年3月29日18時50分，江蘇省淮安市境內(nèi)，一輛山東魯H－00099裝有液氯危險品的運(yùn)輸車，行至京滬高速公路上行線103KM＋300M處，與一輛魯QA0938貨車相撞，導(dǎo)致魯H－00099側(cè)翻液氯泄漏。截止3月31日8時，此事故已造成28人中毒死亡，285人被送往醫(yī)院救治。事故發(fā)生后，有關(guān)部門立即組織疏散村民群眾近1萬人，造成京滬高速公路宿遷至寶應(yīng)段關(guān)閉20個小時。我國的天津地區(qū)就明確規(guī)定公共娛樂場所禁用氯氣進(jìn)行消毒。 在國外許多發(fā)達(dá)國家，如美國、德國、日本等對氯氣的使用有嚴(yán)格的限制，氯氣主要用于污水處理。而公用場所和中小型自來水廠一般不再使用液氯，而多使用次氯酸鈉液體進(jìn)行消毒。當(dāng)然，也可根據(jù)用水量的情況，采用其它消毒方法。如小量飲用水的消毒就可以采用諸如紫外線、臭氧、雙氧水等手段進(jìn)行滅菌殺毒。 氯氣、次氯酸鈉、二氧化氯和臭氧[1]都是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中比較容易見到的幾種強(qiáng)氧化劑，除臭氧以外，它們均為非天然存在的化學(xué)物質(zhì)。一般都可以用作水體殺生劑。它們不僅具有滅殺細(xì)菌和病毒的功能，還能夠漂白紙張、纖維以及用作化學(xué)合成等。廣泛用于自來水消毒、游泳池水消毒、污水處理、循環(huán)水除藻、造紙工業(yè)、化學(xué)合成業(yè)、以及醫(yī)藥衛(wèi)生和防疫等各個領(lǐng)域。 但是，不同的藥劑具有不同的性能和特點(diǎn)，就如同不同廠家的產(chǎn)品具有并不相同的質(zhì)量一樣。氯氣、次氯酸鈉、二氧化氯和臭氧在物理化學(xué)性能上，以及實(shí)際使用中都有很大的區(qū)別。就這幾種消毒劑的應(yīng)用來講，次氯酸鈉最為安全有效，易于儲存，使用最為方便。 有關(guān)氯氣的性能和使用情況，我們已很熟悉了。液氯的殺菌效果很好，且容易獲得，經(jīng)濟(jì)廉價，而且投加方便，占用地方很小，但其安全性比較低，管理上容易疏忽。在這里，不再對液氯的情況進(jìn)行詳細(xì)分析，具體探討和比較一下次氯酸鈉、二氧化氯和臭氧三種消毒劑的性能以及相關(guān)設(shè)備的使用特點(diǎn)。
次氯酸鈉
次氯酸鈉的分子式是NaOCl，屬于強(qiáng)堿弱酸鹽，它清澈透明，是一種能完全溶解于水的液體。但由于次氯酸鈉液不易久存，次氯酸鈉多以電解低濃度食鹽水現(xiàn)場制備。 次氯酸鈉液體可通過電解食鹽水制備，這種設(shè)備稱為次氯酸鈉發(fā)生器。次氯酸鈉的生成過程可以通過化學(xué)方程式表達(dá)如下： 其總反應(yīng)表達(dá)如下： NaCl + H2O → NaOCl + H2↑ 電極反應(yīng)： 陽極： 2Cl- - 2e → Cl2 陰極： 2H+ + 2e → H2 溶液反應(yīng)： 2NaOH + Cl2 → NaCl + NaOCl + H2O 當(dāng)然，次氯酸鈉消毒液體以次氯酸鈉發(fā)生器生產(chǎn)為最佳。因?yàn)�，它生產(chǎn)出的次氯酸鈉液體比較穩(wěn)定、單一，也容易保存，不含制氯廠出品的那些復(fù)雜甚至有害的成分。 關(guān)于次氯酸鈉發(fā)生器，我國已于1990年1月12日發(fā)布了GB 12176-90 國家標(biāo)準(zhǔn)。它是一種已經(jīng)認(rèn)可、可以信賴、十分穩(wěn)定、并有權(quán)威資料可查詢的產(chǎn)品。次氯酸鈉發(fā)生器已經(jīng)有一百多年的歷史了，已經(jīng)證明是一種運(yùn)行成本很低、藥物投加準(zhǔn)確、消毒效果極佳的設(shè)備。 就消毒而言，次氯酸鈉液還是具有明顯優(yōu)勢的。作為一種真正高效、廣譜、安全的強(qiáng)力滅菌、殺病毒藥劑，它同水的親和性很好，能與水任意比互溶，它不存在液氯、二氧化氯等藥劑的安全隱患，且其消毒效果被公認(rèn)為和氯氣相當(dāng)加之其投加準(zhǔn)確，操作安全，使用方便，易于儲存，對環(huán)境無毒害，不存在跑氣泄漏，故可以在任意環(huán)境工作狀況下投加。 事實(shí)上，次氯酸鈉廣泛用于包括自來水、中水、工業(yè)循環(huán)水、游泳池水、醫(yī)院污水等等各種水體的消毒。次氯酸鈉還能夠破壞氰根離子，用作處理含氰廢水。高濃度的次氯酸鈉液體還可以用于剝離設(shè)備及管道上附著的沾泥[2]。 次氯酸鈉的殺菌原理主要是通過它的水解形成次氯酸，次氯酸再進(jìn)一步分解形成新生態(tài)氧[O]，新生態(tài)氧的極強(qiáng)氧化性使菌體和病毒的蛋白質(zhì)變性，從而使病源微生物致死。（氯氣消毒的原理亦同）。 根據(jù)化學(xué)測定，次氯酸鈉的水解受PH值的影響，當(dāng)PH超過9.5就會不利于次氯酸的生成。但是，絕大多數(shù)水質(zhì)的PH值都在6—8.5，而對于PPM級濃度的次氯酸鈉在水里幾乎是完全水解成次氯酸，其效率高于99.99%。其過程可用化學(xué)方程式簡單表示如下： NaOCl + H2O → HOCl + NaOH HClO → HCl + [O] 次氯酸在殺菌、殺病毒過程中，不僅可作用于細(xì)胞壁、病毒外殼，而且因次氯酸分子小，不帶電荷，可滲透入菌（病毒）體內(nèi)與菌（病毒）體蛋白、核酸、和酶等發(fā)生氧化反應(yīng)，從而殺死病原微生物。 R-NH-R + HOCl → R2NCl + H2O 同時，氯離子還能顯著改變細(xì)菌和病毒體的滲透壓使其喪失活性而死亡。 在消毒方面，值得肯定的是，由于次氯酸鈉發(fā)生器所生產(chǎn)的消毒液中不象氯氣、二氧化氯等消毒劑在水中產(chǎn)生游離分子氯，所以，一般難以形成因存在分子氯而發(fā)生氯代化合反應(yīng)，生成不利于人體健康的有毒有害物質(zhì)。并且，次氯酸鈉也不會象氯氣同水反應(yīng)會最后形成鹽酸那樣，對金屬管道構(gòu)成嚴(yán)重腐蝕。不過，它同氨可以發(fā)生反應(yīng)，在水中生成微量的帶有氣味的氯氨化合物，但這種物質(zhì)也是一種安全的殺生藥劑，只是遠(yuǎn)不及次氯酸鈉的殺生能力。 NH3 + HOCl → NH2Cl + H2O NH2Cl + HOCl → NHCl2 + H2O NHCl2 + HOCl → NCl3 + H2O 就運(yùn)行成本而言，采用次氯酸鈉消毒的運(yùn)行成本費(fèi)用是很低的，稍比氯氣高一些。根據(jù)英國所統(tǒng)計(jì)的一組數(shù)據(jù)表明，次氯酸鈉同氯氣成本相比大約為1.05 ：1[3]。 使用次氯酸鈉消毒以采用次氯酸鈉發(fā)生器為最優(yōu)。以前，次氯酸鈉發(fā)生器未能在我國大范圍推廣的原因，主要是過去在陽極防腐材料方面不過關(guān)，其次是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后和對水處理技術(shù)不夠重視，再次是次氯酸鈉發(fā)生器比氯氣的一次性投入要略高等因素造成的。 實(shí)際中，還有一些單位對水體消毒使用的是從氯堿工廠出產(chǎn)的次氯酸鈉液。事實(shí)上，氯堿工廠生產(chǎn)的次氯酸鈉液同次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場制備的次氯酸鈉液還是有一定區(qū)別的。次氯酸鈉是氯堿工廠生產(chǎn)過程中必然留下的一種副產(chǎn)品，它是通過堿液吸收多余的氯氣生成的。這是為了保障安全必須設(shè)置的一道工藝。對于大多數(shù)制氯堿的工廠來說，次氯酸鈉作為一種副產(chǎn)物，成分較復(fù)雜，還很容易分解。據(jù)一些報(bào)道分析，有些廠從經(jīng)濟(jì)效益上考慮，使用石墨做電極還產(chǎn)生出相當(dāng)多的二惡因成分。 2OH- + Cl2 → Cl- + ClO- + H2O 一般來講，該反應(yīng)通常在低溫下進(jìn)行，因?yàn)榈蜏叵乱环肿勇葰膺�可以同八分子水結(jié)合成暫時性的水合氯，它在水中呈游離氯狀態(tài)。這樣，當(dāng)溫度略高時，它就會很自然地從水中釋放出來，不能長時間保存，很容易揮發(fā)失效，投加中也散逸出一些氯氣。另外，它需要大型塑料桶裝儲，占用一定空間，在運(yùn)輸、儲存和管理上也還是比較麻煩的。所以，這種含有一定游離分子氯的次氯酸鈉溶液用于水體消毒，當(dāng)然不及現(xiàn)場使用次氯酸鈉發(fā)生器好。但它還是比使用液氯消毒更為安全可靠。 此外，還必須說明的是，采用次氯酸鈉消毒，不可避免地使水中存在一定鹽分。不過，由于投加是按每一噸水幾克的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，象自來水等流動水體根本就不存在累積的問題，更不可能產(chǎn)生咸鹽的感覺。對于游泳池水來說，某一個較短時期可能有一些累積的，但由于游泳池本身會定期對凈化設(shè)備進(jìn)行反沖洗，因而需要補(bǔ)充一部分新鮮水，加之投加的量很小，約為百萬分之幾的量，從長期來看，池中也不會有鹽分累積，池水更不可能變得咸鹽的。通過我們的調(diào)查和走訪，我們也沒有發(fā)現(xiàn)哪一家用戶有使用次氯酸鈉發(fā)生器設(shè)備而造成池水變咸了的事例出現(xiàn)。
二氧化氯
二氧化氯的分子式是ClO2，在高于11oC時，二氧化氯沸騰，成為一種黃綠色氣體。它是一種極活潑的化合物，稍經(jīng)受熱，就會迅速而爆炸性分解為氯氣和氧氣。二氧化氯具有比氯氣更大的刺激性和毒性。由于它是氣體，易于擴(kuò)散，受熱又容易分解，在纖維表面停留時間較短，并且與水反應(yīng)還能生成具有較強(qiáng)漂白能力的HClO2, 能夠不降解和損傷纖維，所以在造紙、印染等行業(yè)得到很好應(yīng)用。二氧化氯作為一種強(qiáng)氧化劑，同樣具有和氯相似的殺生能力。 二氧化氯極其不穩(wěn)定，不能象次氯酸鈉那樣可以運(yùn)輸，運(yùn)輸中很容易發(fā)生爆炸事故，所以只有依靠現(xiàn)場制備。一般都是通過氯酸鈉同酸的反應(yīng)制備得到。但是，氯酸鈉與硫酸的反應(yīng)十分劇烈，所產(chǎn)生二氧化氯幾乎是爆炸性分解為氯氣和氧氣，這當(dāng)然與硫酸在反應(yīng)中大量放出熱量有關(guān)。用化學(xué)方程式表達(dá)如下： 3NaClO3 + 3H2SO4 → 3NaHSO4 + 3HClO3 3HClO3 → 2ClO2↑ + HClO4 + H2O 2ClO2 → Cl2↑ + 2O2↑ 最為溫和的方法是草酸與氯酸鈉的反應(yīng)生成二氧化氯氣體： 2NaClO3 + 2H2C2O4 → Na2C2O4 + 2H2O + 2CO2↑ +2ClO2↑ 國內(nèi)一些廠家采用鹽酸進(jìn)行定量控制滴加氯酸鈉的方法生成二氧化氯，這種設(shè)備有的可以獲得最高不超過50%的二氧化氯和大于50%的氯氣。 一般來說，氯酸鈉與鹽酸發(fā)生反應(yīng)過程比較復(fù)雜一些。如果使用稀鹽酸反應(yīng)，生成物可以獲得二氧化氯和氯氣的混合物氣體[4]，但規(guī)模制備還必須設(shè)防爆裝置，操作也必須十分小心，因?yàn)槎趸仁軣岷苋菀妆ㄐ苑纸猓?/font> NaClO3 + HCl（�。� → NaCl + Cl2↑ + 2ClO2↑ + 2H2O 實(shí)際上，這個反應(yīng)也是分為兩步完成的，氯酸鈉先同鹽酸反應(yīng)生成氯酸和氯化鈉，氯酸隨后分解成二氧化氯、氯氣和水。 當(dāng)使用濃鹽酸與氯酸鈉反應(yīng)時，生成物中只有氯氣放出，而沒有二氧化氯氣體[4]： NaClO3 + 6HCl（濃） → NaCl + 3Cl2↑ + 3H2O 很顯然，在某一中間范圍的鹽酸濃度中，上述兩種反應(yīng)均有發(fā)生，可將上兩反應(yīng)方程式相加表述為[4]： ClO3- + 7Cl- + H+ → 4Cl2↑ + 2ClO2↑ + 5H2O 從上面方程表達(dá)式是來看，鹽酸同氯酸鈉反應(yīng)生成的二氧化氯含量是很不穩(wěn)定的，所生成氣體主要部分還是氯氣，少量為二氧化氯。 由于制取二氧化氯需要使用氯酸鈉或者氯酸鉀，所以運(yùn)行成本很高，大約為次氯酸鈉運(yùn)行成本的5倍以上[2]。此外，由于鹽酸容易揮發(fā)，并具有強(qiáng)烈腐蝕性，因此，在管理上相對比較麻煩，需要較多的安全容器來儲存保管。 在工業(yè)上，有一種制備二氧化氯水溶液的工藝[1]，工藝比較復(fù)雜，具體方法是：讓二氧化氮由底部向上通過一個填充塔，而氯酸鈉溶液由上往下流動，反應(yīng)方程式表達(dá)如下： ClO3- + NO2 → NO3- + ClO2 這種水溶液濃度不高，處理起來比較安全（水溶液中二氧化氯含量超高30%時處理不當(dāng)也會引起爆炸），溶解實(shí)際上是一個物理過程。置于日光下時，溶液會緩慢地分解成酸的混合物。但是，這種方式的運(yùn)行成本更高，一般也不用于生活飲用水中消毒。 據(jù)有關(guān)資料記載，純二氧化氯用于水的消毒也與氯氣近似，但稍有所不同。它具有兩個氯氣不具備的特點(diǎn)：一是它使用的PH范圍廣，在PH6—10內(nèi)能有效地殺滅絕大多數(shù)的微生物；二是它不會與氨發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生令人不愉快的味道。但是，它在水中分解時會產(chǎn)生亞氯酸鹽這種副產(chǎn)品，如用于游泳池消毒，亞氯酸鹽長時間的積累起來會使水變黃，還會出現(xiàn)對皮膚和眼睛的刺激，一般采用投加一定量氯的辦法來消除[3]。 有些資料上有關(guān)于二氧化氯可以殺滅芽孢的說法，但具體機(jī)理和實(shí)際效果并不詳。目前，國內(nèi)使用二氧化氯用于自來水、中水等消毒非常成功的實(shí)例較少。由于所有氣體消毒劑溶解于水的能力較低，都存在非常不穩(wěn)定、不安全、易揮發(fā)的因素，很難使水體中達(dá)到應(yīng)有的余氯檢測量，故而，對自來水、游泳池等需要維持一定消毒藥量來說，二氧化氯消毒比較困難達(dá)標(biāo)，其水體中余氯檢測值也較難得到保證。更何況，二氧化氯尚沒有氯氣那么高的氣壓可通過加氯機(jī)同水體形成暫時水合物的能力，所以，從技術(shù)上來講，大規(guī)模使用二氧化氯投加也還非常不現(xiàn)實(shí)。 通常認(rèn)為，二氧化氯的消毒原理也是和氯氣一樣,少量二氧化氯先同水發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生亞氯酸HClO2，亞氯酸是一種相當(dāng)弱的弱酸，具有氧化漂白作用。 2ClO2 + H2O → HClO2 + HClO3 工業(yè)上一般并不直接使用二氧化氯，而是應(yīng)用亞氯酸鈉溶液進(jìn)行漂白。通過將立時產(chǎn)生的二氧化氯水溶液和過氧化鈉混合即可得到單一的亞氯酸鈉。 2ClO2 + Na2O2 → 2NaClO2 + O2 亞氯酸鈉是一種軟性漂白劑，通過水解逐步釋放出亞氯酸，可以漂白許多天然和合成纖維而不會使它們降解，也可以漂白油、油漆和蜂蠟等[1]。這一技術(shù)的出現(xiàn)和運(yùn)用在時間上并不長。誠然，使用該技術(shù)，從設(shè)備投資到運(yùn)行成本都是很高的，小規(guī)模的企業(yè)都難以承受。 國內(nèi)生產(chǎn)二氧化氯發(fā)生器的企業(yè)很少有掌握生產(chǎn)二氧化氯水溶液這種較高安全性技術(shù)的，多數(shù)都是采用氯酸鈉同鹽酸定量滴定，控制反應(yīng)生成量的辦法來實(shí)現(xiàn)。這樣的設(shè)備成本很低，但安全性是非常差的，稍不謹(jǐn)慎就會釀成事故，管理上需要特別細(xì)心。國家正在通過技術(shù)部門對于此類設(shè)備的安全性提出質(zhì)詢和鑒定，有關(guān)方面的專家要求對其進(jìn)行技術(shù)規(guī)范或者取締和淘汰。 比如，在北京大學(xué)游泳館、北京的天壇醫(yī)院、二龍路醫(yī)院等單位使用二氧化氯用作水體消毒，都因相繼發(fā)生過安全事故而被迫停用。因?yàn)椋軣岬亩趸群苋菀装l(fā)生爆炸性分解，直接造成毒氣泄漏而污染環(huán)境： 2ClO2 → 2O2 + Cl2 此外，現(xiàn)在市面上還有一種采用與工業(yè)上使用電解飽和食鹽水生產(chǎn)氯氣完全相同的辦法，生產(chǎn)一種稱為可以制備出二氧化氯的設(shè)備。其實(shí)，通過隔膜隔離陰陽兩極，這之中98%以上還是產(chǎn)生的氯氣。從原理上講，電解飽和食鹽水首先是氯離子得到電子生成氯氣，一部分氯氣同水反應(yīng)最后生成次氯酸根離子，次氯酸根在電解中還可以進(jìn)一步氧化生成亞氯酸根、氯酸根離子，它們受熱分解可以產(chǎn)生一氧化二氯、二氧化氯等氣體。但是，在這種電解方法中，生成亞氯酸根、氯酸根離子的效率是很低的。也就是說通過電解轉(zhuǎn)換成二氧化氯的效率不僅很低，而且這種方式?jīng)]有必要，既浪費(fèi)電力，又很不經(jīng)濟(jì)。 并且，作為氯氣、二氧化氯這些比空氣重的氣體也是很容易泄漏的，并會沿地面進(jìn)行擴(kuò)散。一旦污染形成，這些有毒氣體就不可能在一個較短的時間里消除。由于氯氣劇毒，腐蝕性也很強(qiáng)烈，二戰(zhàn)時期希特勒就曾用來毒殺猶太人，所以氯氣一般由專門的氯堿工業(yè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，采用特制且干燥的氯氣瓶進(jìn)行封裝和運(yùn)輸。國家對氯氣還有專門安全機(jī)關(guān)監(jiān)管審查。 事實(shí)上，這種設(shè)備在實(shí)際使用中也不是很成功的，出現(xiàn)了很多問題。跑泄氯氣嚴(yán)重，隔膜一般半年左右就損壞了，維修頻繁，藥物投加也達(dá)不到水質(zhì)設(shè)定的要求。象東單游泳館、北京體育大學(xué)游泳館、國家體委訓(xùn)練中心跳水館和一些醫(yī)院自安裝以后就無法正常使用，都不得不陸續(xù)改裝成使用次氯酸鈉進(jìn)行消毒。 二氧化氯極強(qiáng)的化學(xué)腐蝕性幾乎同氯氣一樣，而且它的毒性還是氯氣的四十倍。 拿氯氣來講，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究已經(jīng)證明，由于氯氣能同水中許多有機(jī)物發(fā)生氯化反應(yīng)，生成很多氯代有機(jī)物，而氯代有機(jī)物大多是極其有害健康的，比如生成的三氯甲烷、四氯甲烷、二惡因等氯代物。專家們也經(jīng)常在使用氯氣消毒的自來水中檢測到致癌的三氯甲烷、四氯甲烷等氯代物。據(jù)美國醫(yī)學(xué)學(xué)會統(tǒng)計(jì)，長期飲用使用氯氣消毒的自來水人群中，膀胱癌、直腸癌、結(jié)腸癌的發(fā)病率高對照組幾十倍，甚至上幾百倍[5]。 1979年，美國環(huán)保署就制定了第一個有關(guān)氯化處理的飲用水中副產(chǎn)物含量的法規(guī)，限制供1萬人以上飲水的供水源中所有三鹵甲烷（其中三氯甲烷是最普遍的）不得超過每升100微克。1998年11月，美國環(huán)保署又通過了一個更加嚴(yán)格的水源標(biāo)準(zhǔn)，將三鹵甲烷的極限標(biāo)準(zhǔn)降低到每升80微克，同時還規(guī)定了其他有潛在危險的副產(chǎn)物，如溴酸鹽和鹵乙酸的極限，并規(guī)定水公司在用氯消毒之前，必須從水中清除活性有機(jī)化合物[5]。 最近，有關(guān)專業(yè)雜志還專門刊登了有關(guān)澳大利亞飲用水中消毒副產(chǎn)物的研究文章[6]，值得感興趣的同仁參考。
|
||||||||||||||||||||||||
|
版權(quán)所有
© 萊特企業(yè) & 廣州奧聯(lián)環(huán)�？萍加邢�公司
|
