作者：汪毅,邓正栋
出版源:《工程兵工程学院学报》 , 1999 (3) :45-49
水作为人类生存的基本物质，由于环境污染已越来越引起人们的重视．人们所需要的清洁的水源已越来越少，水源中的有机物含量、种类日趋复杂．给传统的饮用水处理工艺带来了很多隐患，以氯气为消毒剂的工艺受到前所未有的挑战。新型消毒剂也不断涌现，主要为臭氧、二氧化氯、紫外线等。下面就这几种消毒剂作一比较。
1氯气
氯气为黄，有强烈的刺激性气味，对皮肤和呼吸系统有刺激性，在常温干燥状态下．相对无腐蚀性．如果有潮气存在,则有很强的腐蚀性。液氯为黄色的液体。氯气是一种氧化剂，可支持燃烧，但不会爆炸．也不易燃。许多有机化学品可与氯气反应．有些反应强烈．在483~F下．如果有氯气存在．钢会发生自燃。
氯气在0℃、1atm下．比重为2．48，液体与气体体积比率为1：456．5。
氯化消毒自1908年问世以来．在消毒领域一直占据主导地位。
反应： c12+h20=HOCl+HCL HOC]=H++ocl’
氯消毒主要通过次氯酸HOCL．起作用，(漂白粉消毒也为此原理)，HOCL为很小的中性分子．能够扩散到带负电的细菌表面．并通过细菌的细胞壁穿透到细菌内部，氧化破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。在工艺上，预氯化还可促进杀灭藻类。
当水源水质良好时，氯消毒是一种很安全有效的方法。七十年代以后，水污染严重，氯化消毒的副产品问题日益突出。国内的消毒仍以氯化消毒为主。1974年，ROCk等人首次从氯化消毒后的高色度水中检测出三卤甲烷(TZ~s)．一般认为水中的腐植酸(HA)和黄腐酸(FA)是氯化时三卤甲烷形成的前驱物。大量的试验表明，自来水中的卤代烃类化合物是多种的致病因子之一，动物毒理L也证明．饮用含有这类物质的水甚至比皮下注射更易引起肝癌。1983年，美国环保局提出饮用水中三卤甲烷总量必须小于0.1mg/L，并推荐提出二氧化氯[C30：)作为控制饮用水。r眦含量的一种有效方法。
氯消毒尽管有了很多问题，但应该认识到这种技术已经很成熟的应用于各种领域．有着丰富的实践经验，而且氯消毒是一种快捷、简便的消毒方式，在一段时间内仍将占主导地位。
2二氧化氯
二氧化氯(ct02')是一种深黄气体，带有辛辣气味，在．5℃．95℃下质量稳定．不易分解。在空气中的体积浓度超过10％时便有危险，易溶于水，溶解度是氯气的5倍，20"C时为107.9g/l，ct02水溶液的颜色随浓度的增加由黄转为橙色，cL02在水中是纯粹的溶解状态，不与水发生化学反应，不以二聚或多聚状态存在，理论上ct02应为亚氯酸和氯酸的酸酐，即：
2cl02+h20HCl02+HCl03
但在PH=6～8时有较大的安全性(48h以上)
【HC[02][HCl o]]，[CL02】2=L．2×101(2012)
当PH≥9时，才会发生歧化：
2CLOf+2OH=CL02‘+C103斗卜120
cL02的红外光谱为vl 945cm一，v，445m11～。v31 109cm-1,cL02在四氯化碳中的紫外吸收^～375T1m和355nm．在263rLm处还有一个弱吸收。
CL02对光敏感，易分解．(在463T1m处的光解量子产率为0．20moL／F．．在405rLm处则上升为1．0tool／E)。
cL02在1811年出现，在NaC’L02工业化生产之后．约在1940年左右，才开始大规模应用。l944年，美国的尼亚加拉大瀑布水厂首先采用CL02处理饮水，美国现在有上百家水厂采用cL02消毒．尤为值得称道的是德国1 959年水厂已全部采用c’L02消毒。
cL02中有效氯含量为263％，氧化性约为液氯的2．6倍，Lngols等人认为clo2对细胞壁有较好的吸附和透过性能．可有效地氧化细胞内含巯基的酶．从而控制微生物白质的合成。
从消毒的作用看03>CL02>CL；，从稳定性来看CL02>C12>03，综合来看，对于城市饮水CL02消毒效果较好，而且CL02对有机物的氧化降解，并无有机卤代物生成，对于三卤甲烷．国外大量的实验表明CL02可以有效地抑制三卤甲烷的生成，在与有机物如腐殖质作用时，只发生氧化反应而不起氯化取代反应(c12以此为主)，经氧化的有机物多降解为氧基因(羧酸)为主的产物，而不是三卤甲烷。
CL02的优越性还表现在对水中色、嗅味的去除，可将即使ppt级也会产生很大怪味的2,3,6一三氯苯甲醚、2一甲基一异冰片去除．C10，还是一种型的消毒剂，对病源微生物均有很好的消毒效果．尤其是对病毒，比o3和c12更有效，而且几乎不受PH值升高的影响，杀菌效果也不受氨的影响。
clo2由于其优点，是近年来的发展趋势。但其必须现场制造。压缩和储存二氧化氯的一切尝试．无论是单独或同其它气体结合在商业上均未成功。如果CL02制造技术得以突破，将会在消毒剂领域引起广泛的进步。
另外一个问题是CLO：处理时会产生CL02-、clo3等有机和无机氧化物．对它们的毒性问题一直有争论，一些国家对饮用水中的含量有一定的限制，如西德规定残留量不应高于0．3mg／L，前苏联为小于0,4mg／L，美国EPA为小于lmg／L。
3臭氧
臭氧(03)是由3个氧原子组成氧的同素异构体．常温常压下为淡蓝色的具有强烈刺激性的气体(特殊臭味)，有毒，易分解(半衰期为20分钟)，臭氧是空气污染物之一，高空平流层中含有10ppm左右的臭氧，由于它能吸收220～330纳米的紫外光，起着保护地面生命体免受强紫外辐射损伤的作用。
臭氧是强氧化剂，具有破坏所有已知的微生物的能力。臭氧在水中的氧化还原电位为2．07v，仅次于氟(2．57v)．高于氯(1．36v)和二氧化氯(1．5v)。能够破坏分解细菌的细胞壁，很快的扩散透进细胞里。氧化破坏细胞内酶，致死菌原体[3]。
臭氧的形成一般是利用电极放电，电压达到上万伏：
02+高能电子一20+低能电子
o+02一03
臭氧极不稳定： 03—02+[01
新生态氧[O]具有强氧化能力[3]，对病毒等难以杀死的微生物有强大的杀伤力，臭氧消毒在饮用水消毒方面有着广泛的应用，特别是小水量高纯度水中消毒更为广泛。
臭氧消毒也有其不利之处：其一，必须用电产生．不能贮备，不能适应水质变化；其二，在水中不稳定，容易消失，不能保持持续杀菌能力：其三，由于经济因素往往不能加入足够的臭氧．臭氧不能氧化所有的有机物，由此臭氧消毒会产生有害的副产品。近年来，国外的研究已经指出有些副产品是致癌或可能致癌物质。副产品主要分为有机和无机副产品。臭氧消毒．大的有机物分子破裂成较小的有机分子，主要有：甲醛、丙酮酸等。酸类对人体无多大危害，醛类的代表为甲醛．是致癌物。wHo(1996)中甲醛规定为0．9trLg／1，日本1992年规定为0．08mg／L．无机副产品主要为溴酸根。国际癌研究部门LARc将溴酸根定为可能致癌物。wHo的指标为0,025mg／L．溴酸根危害主要是次溴酸会和THM前驱物生成THMs[4]。从以上分析来看，臭氧消毒在城市给水中的应用还不会大规模应用．但在某些小流量、高标准领域将是比较理想的。
4紫外线
紫外线分为紫外、中紫外、远紫外和真空紫外四部分，波长由10～400hm，以256埃对微生物的破坏能力较强。
紫外线杀菌的原理目前尚无定论，一般认为是生物体内的核酸吸收了紫外光的能量而改变了自身的结构．当核酸吸收的能量达到致死量而照射保持一定时间．细菌便大量死亡。
紫外线消毒的效果一定程度上取决于紫外线的波长，波长在200～300nm之间的紫外线有灭菌作用．以254～257nm为好[3]，超过或低于254～257nm的紫外线，随波长的增加或减少，效果急剧下降。紫外线的消毒效果还取决于照射剂量，即辐射度值和时间的积。不是线性关系。对于不同的细菌要达到同一灭菌率时，所需的紫外线剂量相差很大，照射后残留的细菌数P(个／ml)一般按P=pol(β为细菌死亡常数)。
紫外线从1936年用于实际消毒后，经过了长足的进步，和其它方法相比是一种非常简便的方法，其装置也日趋完善和耐用，处理后的水无味无色．而且不产生T1_tMs．而且能够使某些有机物化学键断裂而分解。
当然紫外线消毒还有缺点。
紫外线消毒很重要的缺点是受水中悬浮物体的影响：
E=EoeEn为物质光面强度，盯为吸收系数，E为通过吸收层后的照射度，α随水的色度、Fe2+和悬浮物含量的增加而增加)。
其二．费用也比较高，而且不能防止在管网中再度污染，这一点和臭氧相同；其三，紫外线消毒所产生的化学反应，目前对之了解甚少，是否对人体有害尚待进一步研究。
5高梯度磁滤除菌
高梯度磁分离在给水灭菌中的应用主要通过在投加混凝剂前投加Fe3SO4磁铁粉。然后再通过高梯度磁分离过滤器，滤器由多层螺线管线圈．外部导磁轭铁、内部通水容器及纤维不锈钢毛组成。细菌的灭杀率达到99％以上。近期的研究表明．不投加磁铁粉也能达到很好的灭菌效果[引。同时．磁滤还可以降低水中的有机物含量。磁滤还有—个优点是灭菌时不会产生有机卤代衍生物。我国的一些水厂在这方面已有成功经验。 高梯度磁滤除菌主要通过磁场的作用。产生感应电流，电流达到一定强度，会破坏细菌的细胞或改变离子通过细胞膜的途径．使蛋白质变性或破坏酶的活性。
高梯度磁滤除菌技术在小型的水处理设施如一些防护工程内部将有很好的发展．有可能用于便携式方面。
6光氧化法
光氧化主要分为光激发氧化法、光催化氧化法、光敏化氧化法。光氧化有着极强的氧化能力，杀菌和有机物的去除效果很好。在去除微量有机物包括致癌有机物方面有独特的优点。
光激发氧化法是利用0，、l_t202等氧化剂在紫外线的照射下会产生氧化能力很强的自由基(0H)的原理[6L．效果要远好于单独使用03、H202。光激发技术已经比较成熟．已经有实际使用的经验。
光催化氧化法是在水溶液中加入半导体做催化剂，有粉末和膜状。常用的为TL02和CdS、WO3。在紫外线的照射下也能产生氧化能力很强的自由基c OH)[7]。
光敏化氧化法是在水中加人敏化剂．如一些微量的染料。敏化剂只是充当媒介，并不消耗，可重复使用。敏化剂在光照下，会产生反应生成超氧负离子或单线态氧L5]。
光催化氧化法目前还处于实验室阶段，在半导体的选择、改性，太阳能的利用等领域尚有很多问题，相信在水的深度处理或优质水方面有广阔的前景。如果催化氧化技术获得突破．将是一种、价廉的消毒方法。
综合来看，尽管氯消毒目前还无法被取代，但各种消毒剂的研究和应用已相当深入，消毒剂的使用视野也更宽广。消毒剂的配合使用已日益广泛。相信在以后的发展中，将不在局限于一次性完成消毒，应根据需要和可能分阶段完成．这样光氧化、紫外线等技术会有广泛的应用。
参考文献
1黄君札等．二氧化氯对氯仿的影响．环境化学，1994，13(5)
2 EMarcoALeta etc．ARevLewofChlorLneDLoxLde LnDrLnkLngWaterTreatment．Res．&Tec
3闻瑞梅．高纯水的制备及检测技术．北京：科学出版社，1997
4周云等．给水处理中的臭氧副产物．中国给排水，1999，15(2)
5宋金璞．高梯度磁滤法除苗的研究．给水排水．1997，23(1)：L6-J8
6魏宏斌等．氧化法去除水中有机物的研究和应用现状．中国给排水，1996，12(5J
7魏宏斌等．二氧化钛固定相光催化氧化法深度处理自来水．中国给水排水，1996，l 2(6J：lo~13
he analysLs on the dLsLnfectant of water
WangYL Deng Zhengdong Yang Lame L
(NanJLng EngLneerLngLnstLtute．210007)
Abstract Analyzes on the dlsLnfectant of freshwater from physLcal、chemLcal and technLquesynthetLcally．ThLs artLcle maLnly summarLes the prLncLple of dLsLnfectLon and sum up the cornpatLhLe scope of dLsLnfectLon．ThLs artLcle also emphasLzes that C12 wLlL be the fLrst choLce temporar Tly．The tendency Ls that we wLll adopt dLfferent technology due to dLfferent demands for cLvLl or armament．How to Lmprove the combLnatLon of dLfferent technology Ls a new regLon．
PhotocatalytLc oxLdatLon Ls a new technology．Lt wLll help US tO achLeve the target--cheap and hLgh effLcLency．
Key words chlorLne dLoxLde，humLc acLd，precusort photocatalytLc oxLdatLon
