【www.zhangdahai.com--群众路线心得体会】
随着人们生活水平的提高,对饮用水水质的要求也越来越高,不仅要求无害且要求对人体健康有益。但与此相矛盾的是,现代工农业的迅速发展不仅使人工合成化学物质越来越多,也使通过各种途径进入水源水体的有机物质越来越多,导致饮用水水源的水质不断恶化。同时,随着现代微生物检测技术的发展,许多新的病原微生物诸如贾第虫和隐孢子虫等正逐渐在饮用水中被检出,水体中的大量微生物严重威胁着人类的健康和生命[1]。人类对饮用水的消毒是从化学法开始的,1820年人们将漂白粉应用于水消毒,之后,用于饮用水消毒的化学消毒剂在种类、使用方法等方面均有不断变化与发展。现就近几年饮用水消毒用化学消毒剂的研究和应用作简单综述。��
1 液氯�
1.1 液氯性状
氯分子式为Cl2,在常态下为黄绿色气体,经过压缩成液体后存储于钢瓶中,故又称为液氯。常压下氯的液化温度为-30.1℃,故当打开钢瓶阀门时,液氯立即气化成有强烈刺激性和窒息性的气体,空气中氯气浓度达到7.5 mg/m3时可闻到氯味。氯气溶于水中很快水解成次氯酸:Cl2 + H2O→HOCl + H+ + Cl- ,次氯酸在水中可离解成次氯酸根:HOCl → H+ + OCl-,其离解速度随pH值及温度升高而加快。�
1.2 消毒方法及效果
液氯是传统的饮水消毒剂,1909年美国生产了商业液氯,1913年第一部实用的加氯机进人市场,为使用液氯消毒饮用水提供了必要条件。液氯消毒主要通过氯气溶于水后生成的次氯酸作用,次氯酸是很小的中性分子,能够扩散到带负电的微生物表面并通过微生物的细胞壁穿透到内部,通过氧化作用使细胞中的磷酸丙糖去氢酶中的巯基被氧化而破坏,引起细菌死亡。
液氯能有效杀灭各种微生物,如细菌繁殖体、细菌芽孢、真菌、病毒、隐孢子虫及贾第虫等。
液氯消毒饮用水的加氯量一般为3～10 mg/L,接触30 min,用量应随余氯浓度0.3～4 .0 mg/L的要求而调整。近年国外的研究报告证实,3～5 mg/L的自由氯不能完全抑制细菌生物膜在管网中的生长繁殖,要破坏生物膜一般需要10 mg/L以上的自由氯。液氯消毒饮用水的效果与水温、pH值、接触时间、混合程度、污水浊度以及所含干扰物质有关。水的pH值与水温对液氯消毒效果有明显影响,酸性条件下氯水解生成的次氯酸浓度高,消毒效果就比碱性条件下强。高温条件下次氯酸易于透过细胞外膜,促进其在微生物细胞内的化学反应[3],故高温条件要比低温条件的消毒效果好。液氯能与水中的氨起反应增加耗氯量而使消毒效果下降,故当水中氨氮含量较高时可采用折点加氯法。此外,消毒效果还与氯存在的状态有关,游离氯的消毒效果比结合氯好,在室温下杀灭水中肠道病菌,当作用时间相同时,结合氯杀菌所需的用量要比游离氯多25倍,当用量相同时,结合氯所需的杀菌时间为游离氯的100倍。�
1.3 使用安全性
液氯及其水解物次氯酸会与水中天然的有机物(如腐植酸、富里酸、藻类)和无机物(如溴化物)发生取代、加成和氧化反应,生成约300余种副产物,其中主要有易挥发的三卤甲烷(包括氯仿、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷、溴仿等)和难挥发的卤乙酸(包括一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸、二溴乙酸等)及卤乙腈,另外还生成三氯硝基甲烷、水合氯醛等无机副产物。卤乙酸是20世纪80年代中期被发现的,因其沸点高,不可吹脱,故致癌风险更大,如二氯乙酸和三氯乙酸的致癌风险分别是三卤甲烷的50倍和100倍。氯化消毒采用的方法不同,也可影响氯化消毒副产物的产生,消毒剂使用量越高,残余消毒剂越多,形成的副产物就多;反应时间短,三卤甲烷的生成浓度就高;温度升高可使反应速度增快,有效氯浓度升高,副产物形成量也增加; pH值增高可使卤乙腈分解加速,三卤甲烷形成量就增加。
氯化消毒副产物虽然含量很低,但种类多,且这些物质多数是致癌或致突变物。目前减少氯化消毒副产物的途径有四:一是改善氯化消毒方法;二是设法降低水中形成卤代物的有机物前体,采取的措施有用高锰酸钾预处理、粒状活性炭过滤或用高锰酸钾与活性炭联用处理污染原水;三是采用非氯消毒剂如使用二氧化氯;四是采用颗粒活性炭吸附等方法去除氯消毒后形成的卤代物[1]。�
1.4 应用前景
随着人们健康意识的加强,液氯消毒产生副产物的现象将越来越引起人们的重视,故有逐渐被其他消毒方法所代替的趋势。但由于液氯消毒具有对微生物杀灭能力强且消毒作用持续性好,使用操作方便,余氯测定简单,消毒成本不高等因素,因此,液氯仍是目前较常用的一种饮用水消毒剂。��
2 次氯酸钠�
2.1 次氯酸钠性状
次氯酸钠为无机氯化合物,分子式为NaOCl,将氯气通入氢氧化钠溶液中制得,电解食盐水也可得到次氯酸钠。纯次氯酸钠呈透明液体,次氯酸钠在水中能解离为次氯酸,NaOCl+ H2O→NaOH + HOCl,工业制备的次氯酸钠含有效氯10%～12%,次氯酸钠发生器电解食盐产生的次氯酸钠有效氯为0.12%～1.50%。次氯酸钠有较强的漂白作用,对金属有腐蚀作用,性质不稳定,易受光、热和潮湿的影响丧失其有效成分,故通常采用次氯酸钠发生器现场制取,就地使用。�
2.2 消毒方法及效果
与液氯相同,次氯酸钠主要依靠次氯酸的氧化作用而致微生物死亡。饮用水消毒时次氯酸钠用量约为有效氯1～6 mg/L,作用30 min,用量应随余氯浓度0.3～�0.5 mg/L�的要求而调整。pH值对次氯酸钠杀菌作用影响最大, pH值愈高,次氯酸钠的杀菌作用愈弱,pH值降低,其杀菌作用增强。在次氯酸钠溶液中加入少量的碘或溴可明显增强其杀菌作用。�
2.3 使用安全性
次氯酸钠为含氯消毒剂,其使用安全性同液氯,主要是氯化消毒副产物对人体健康的影响。
2.4 应用前景
使用次氯酸钠发生器制取次氯酸钠消毒液的最大优点是随产随用,无外购和储存中众多不安全因素,基本解决了氯气泄漏污染等危害。其缺点为电极表面易腐蚀,管理维修难度大。工业制备的次氯酸钠溶液由于其消毒效果好,操作方便,且比液氯消毒更具安全性,故是目前最常用的一种饮用水消毒剂。��
3 氯胺�
3.1 氯胺性状
氯胺是通过氯和氨反应生成,在被消毒的水加氯前按氨与氯�1∶3�～�1∶6�的比例先加氨或铵盐,如液氨、硫酸铵或氯化铵,然后再加入氯使之生成化合性氯胺。氯胺是一种复杂的无机氯胺和有机氯胺的混合物,当pH值为�7～10�时,氨和氯的稀溶液很快化合成氯胺,主要有一氯胺(NH2Cl)和二氯胺(NHCl2)。�
3.2 消毒方法及效果
氯胺的杀菌机理类似于液氯,能使微生物细胞中的酶被氧化失效,破坏微生物正常的新陈代谢,从而使细菌死亡。氯胺的杀菌作用较液氯和次氯酸弱,故要求保持较长的接触时间和较高的余氯量,一般要求作用2 h,保证出厂水中余氯量0.5～3.0 mg/L。但也有报道在氯胺余氯量为1 mg/L时,消毒效果和游离氯消毒一样,能完全达到饮用水卫生标准的要求。氯胺在水中稳定,其半衰期约为游离氯的100倍,因此在管网中形成的余氯持续时间长,能有效抑制管网中残余的细菌再繁殖,同时氯胺消毒不会产生液氯消毒所引起的氯臭味。�
3.3 使用安全性
氯胺消毒产生的副产物主要是一些亲水性化合物,如三氯硝基甲烷、氯化腈、卤代酮等,几乎不与水中有机物发生反应,因此减少了腐殖物质与游离氯所形成的致癌物质,与氯气相比,氯胺消毒产生的三卤甲烷的生成量可减少50%～70%,但仍然没有从根本上解决不产生三卤甲烷等有机卤代物的问题。�
3.4 应用前景
氯胺所产生的致癌、致突变物比较少,已成为液氯的替代消毒剂,尤其是氯胺稳定性好、形成的余氯持续时间长的优点,更适合用作供水管线较长水厂的饮用水消毒。鉴于氯胺灭活微生物的作用较弱,可采用几种消毒剂联合使用的方法,如氯胺与氯的联合使用,既可保证消毒效果及其持久性,又可有效防止三卤甲烷的产生。��
4 二氧化氯�
4.1 二氧化氯性状
二氧化氯分子式为ClO2,沸点11℃,在室温下以一种黄绿色气体形式存在,在水中的溶解性比氯气大10倍,对光、热敏感,当空气中二氧化氯浓度大于10%(V/V)或溶液中浓度高于10%(W/V)时易发生爆炸。二氧化氯性质活泼极不稳定,难以用钢瓶压缩贮存,一般多在使用地点现用现制备。发生器制备二氧化氯的方法主要有电解法和化学法,电解法制得的二氧化氯浓度为10%～30%,化学法中用亚氯酸钠制得的二氧化氯含量在90%以上。�
4.2 消毒方法及效果
二氧化氯氧化能力是氯的2.63倍,二氧化氯对微生物的细胞壁具有很好的穿透能力和吸附能力,进而渗透到细胞内部,氧化细胞内含巯基的酶,可与半光氨酸、色氨酸和游离脂肪酸反应,快速抑制微生物蛋白质的合成而致微生物死亡。二氧化氯可以杀灭各种细菌繁殖体、芽孢、真菌、病毒、隐孢子虫及贾第虫等。 实验用�0.5 mg/L�的二氧化氯消毒饮用水,作用1 min,对染菌水中大肠杆菌杀灭率达100%。上海自来水公司及其研究室、闵行水厂等用二氧化氯发生器产生的二氧化氯处理黄浦江及长江原水的结果表明,二氧化氯的杀菌效果优于氯,二氧化氯浓度0.5～1.5 mg/L,作用30 min,可达到细菌数100 mg/L)的二氧化氯和亚氯酸盐可致血液红细胞和血红蛋白轻微减少,对神经系统可能有潜在毒性。当水体中有溴离子存在并在光照条件下可形成溴仿。低剂量二氧化氯无致畸胎性,因而对生长发育及生殖无影响。已有的研究数据未见二氧化氯和亚氯酸盐具有致癌性。提高二氧化氯使用安全性的方法有采用氯与二氧化氯混合消毒,比例为二氧化氯0.3 mg / L和氯气0.8 mg/ L,二氧化氯可有效防止氯消毒副产物三卤甲烷的产生,氯又可降低二氧化氯转化产生的亚氯酸盐和氯酸盐浓度。�
4.4 应用前景
当前二氧化氯的分析检测方法不能满足快速、准确和可靠的要求,消毒成本要比含氯消毒剂高,但二氧化氯在控制三卤甲烷的形成和减少总有机卤代物方面具有独特的优越性,我国城市供水技术进步发展规划中已将二氧化氯列入替代氯消毒剂的推广应用研究之列。二氧化氯的消毒能力优于液氯,除有消毒作用外,还可将水中引起臭味的硫化氢、硫醇等物质氧化分解为无毒无味的硫酸或磺酸,能将氰类和酚类等有毒物质氧化降解为氨根离子和简单的有机物,因此具有脱色、除臭、除味等净水功能,因而二氧化氯是一种有前途的可替代氯的水消毒剂。��
5 臭氧�
5.1 臭氧性状
臭氧是由三个氧原子组成的氧的同素异形体,分子式O3,常温常压下为淡蓝色的具有刺激性的气体,在水中的溶解度为3%。臭氧在水中不稳定,易分解产生氧化能力极强的单原子(O)和羟基(OH),在水中的半衰期随温度及pH值的升高而加快,在水温20℃、pH值为7时约为21～22 min。臭氧是在现场用空气或纯氧通过臭氧发生器制取,产率分别为1%～3%和2%～6%。�
5.2 消毒方法及效果
臭氧杀灭微生物的作用机制是靠臭氧分解时放出新生态氧的氧化能力以及臭氧在水中分解产生的羟基的氧化能力。臭氧可与微生物细胞壁的脂类双键反应,穿破细胞壁,进入细胞内,作用于外壳的脂蛋白和内面的脂多糖,使细胞的通透性发生改变,还可破坏细菌的DNA修复系统,从而使微生物死亡。新生态氧具有比氯和二氧化氯更强的氧化能力,因此对病毒、芽孢等均具有强大的杀灭能力。臭氧能氧化有机物,去除水中的色、味,可降低水的浑浊度,臭氧还可去除水中溶解性的铁、锰盐类及酚等,能提高混凝―絮凝效果,有效改善水质。
臭氧用于饮用水消毒的投加量是根据水质及接触时间等而定,一般水的投加量为0.5～1.5 mg/ L,作用10～12 min,水中保持残余臭氧浓度0.1～0.5 mg/L。臭氧在水中不稳定,容易分解回复到形成它的O2,因此臭氧在管网水中不能继续保持杀菌作用,在臭氧消毒时可用增加投加量或在消毒后投加少量氯,以保证管网末梢水中有一定的剩余臭氧或持续的消毒效果。消毒效果随pH值增高及有机物存在而下降,随臭氧浓度增高及作用时间延长而提高。�
5.3 使用安全性
臭氧消毒饮用水时,臭氧分子和羟基自由基可将水中大分子有机物氧化为易生物降解和易被活性炭吸附的小分子有机物。与有机物反应后产生醛类和羧酸类化合物,当水体中有溴离子存在时,会形成次溴酸、次溴酸根和溴酸根离子等无机副产物。国外动物实验表明,醛类副产物有急性和慢性毒性,试管实验表明它们具有不同程度的致癌性和致突变性,羧酸类副产物没有危害性,溴酸盐被国际癌症研究机构列为可能致癌物。�
5.4 应用前景
臭氧的产生工艺复杂,设备费用较高,需配备专业人员进行日常维护和保养。臭氧的杀菌能力最强,但是臭氧本身极易分解,消毒无持久性,对管网无剩余保护,目前又无方便实用的臭氧浓度测定方法,故在普及使用上受到一定限制。��
6 高锰酸钾和高铁酸钾�
6.1 高锰酸钾和高铁酸钾性状
高锰酸钾分子式为KMnO4,为黑紫色细长的菱形结晶,性质稳定,可长期储存,加热至240℃可分解放出氧气,在沸水中易溶,水温10℃的溶解度为4%,20℃的溶解度为6.5%,在水中可放出新生态氧,水溶液不稳定,在酸性和中性溶液及光照下易分解生存二氧化锰黑色沉淀,在碱性溶液中生成锰酸钾。
高铁酸钾分子式K2FeO4,为黑紫色结晶体,熔点为�198 ℃�,极易溶于水生成紫红色溶液,与高锰酸钾类似,干燥的晶体稳定,但其水溶液或含有水分时很不稳定,极易分解,高铁酸钾溶液静置后会逐渐分解放出氧气,在pH值为8～11时稳定性较好,pH值 6.3 使用安全性
高锰酸钾和高铁酸钾是氧化能力很强的强氧化剂,可以氧化破坏水中有机和无机物,能有效减少氯化消毒时产生的三氯甲烷。浓度高时吸入中毒可引起呼吸道黏膜炎症,对眼睛也有一定的刺激作用。�
6.4 应用前景
高锰酸钾和高铁酸钾具有消毒、助凝性质,在消毒饮用水同时可改善水质,可以氧化去除水中有机污染物,减少氯化消毒时的三氯甲烷,具有一定的应用前景,但水溶液的不稳定性,使其一直未能被广泛应用。��
7 过氧乙酸�
7.1 过氧乙酸性状
过氧乙酸分子式为C2H4O3,是一种无色透明液体,带有醋酸味,易挥发,水溶液不稳定,工业生产的过氧乙酸有效成分含量为16%～20%。高浓度(>30%)的过氧乙酸经剧烈振荡或加热有爆炸性,过氧乙酸在储存过程中会自然分解,分解速度受温度、浓度、纯度的影响,温度高分解速率大,低浓度比高浓度分解速度快,水溶液杂质多分解速度也会加快,日光会加快过氧乙酸的分解速度。配合剂型(A、B两液)可以克服其不稳定性。�
7.2 消毒方法及效果
过氧乙酸依靠其强大的氧化作用及过氧化氢、醋酸的协同作用,分解微生物DNA的碱基,使DNA双链断裂而死亡。过氧乙酸对细菌、病毒、真菌、芽孢等均有很好的杀灭作用,作用时间短,低温(-20℃)下不影响消毒效果,但作用时间须延长十至数百倍。较高浓度的过氧乙酸溶液对皮肤、黏膜有刺激性。
饮用水消毒的加入量10 mg/L,接触10 min,可使澄清水达到消毒要求。浓度增加和作用时间延长可加强杀菌作用,有机物可降低其杀菌效果。�
7.3 使用安全性
过氧乙酸的分解产物为过氧化氢、醋酸、水和氧,经化学分析,这些产物对人无害,消毒用过氧乙酸浓度很低,因易挥发,消毒后残留量极少,故使用安全。�
7.4 应用前景
由于过氧乙酸的不稳定性以及其带有的醋酸味,故仅适用于小型给水系统的消毒。
综上所述,目前作为饮用水消毒剂的主要有液氯、氯胺、次氯酸钠、二氧化氯、臭氧等,其中用氯消毒仍很普遍。上述饮用水消毒剂同时是氧化剂,在发挥杀灭水中致病微生物作用的同时,往往具有诸如控制水中藻类的繁殖、氧化去除水的嗅味和色度、改善混凝和过滤效果等其他功能。当选择消毒剂时应根据消毒剂的特性加以选用,还必须考虑被处理水质及靶子微生物类型、温度、pH值、有机和无机物、使用浓度及接触时间、有毒副产物的发生等,以保证饮用水的消毒效果及用户安全用水。��
8 参考文献�
[1]郭一飞,朱新锋,田艳兵.饮用水消毒技术发展现状\.中国消毒学杂志,2005,22(2): 215-216.�
[2]俞树荣.微生物学和微生物学检脸\.北京:人民卫生出版社,1999:21.�
[3]孙其家,仲春林.不同pH及温度对饮用水消毒效果的影响\.现代预防医学,2003,30(4):579-580.�
[4]薛广波.现代消毒学\.北京:人民军医出版社,2002:381-389,713.�
[5]张金松.饮用水二氧化氯净化技术\.北京:化学工业出版社,2002:10-11.�
[6]曹玉鑫,徐英,司徒谊萍.氯消毒后饮水的致突变性实验研究\.环境与健康,1989,6(3):15-16. �
[7]马军,李圭白,陈忠林,等.高锰酸钾除污染生产性试验研究[J].中国给水排水,1997,13(6):13-15.�
[8]范洁,李圭白,陈忠林.高锰酸钾复合药剂与粒状活性炭联用去除水中有机污染物的研究[J]. 中国给水排水,1999,15(1):7-10.�
[9]刘文君.给水处理消毒技术发展展望[J].给水排水,2004,30(1):2-5.�
[10]衡正昌,李朝晖,姜维华,等.氯胺消毒对饮用水消毒副产物形成和致突变性的影响\.环境与健康,2003,20(3): 134-136.�
[11]Kohji V,Minoru F,Know 0.Disapeardnce rates of chloraminc in riverwater\.Water Res,1988,22:79-84.�
[12]肖锦晖,肖惠贞.饮用水消毒剂及其副产物对人体健康的影响\.中国消毒学杂志,2004,21(1):63-66.�
[13]Masschelein W.Chlorine dioxide chemistry and impact of oxychloride compounds silence\.Ann Arbor,1979.�
[14]粱兵.二氧化氯在饮用水消毒中的运用优势\.实用医技杂志,2007,14(22):3089-3090.�
[15]廖如燕,张里君.三种二氧化氯对饮用水消毒效果及毒性的试验观察\.中国消毒学杂志,2004,21(3):231-232.�
[16]赵勇,钱辅仁,刘继敏,等.三种二氧化氯溶液杀菌效果的比较[J].中国消毒学杂志,2000,17(1):12.�
[17]Hoigen J.Kinetics of reactions of chlorine dioxide (OClO) in water-l rate consants for inorganic and organic compounds\. Water Res,1994,28(1):45-55.�
[18]张清文,蒋励,何友兰.二氧化氯的性质及用于对水消毒的优点\.中国消毒学杂志,2000,17(4):220.�
[19]张宏伟.用于饮用水消毒的ClO2产生原理及设备研究[J].给水排水,1999,25(7):59.�
[20]王莉莉,李莉萍,罗教生.论有机污染型饮用水二氧化氯消毒[J].环境与开发,1998,13(4):33.�
[21]洪觉民.欧洲水厂观感[J].给水排水,1998,24(3):10.�
[22]陈翼孙,翁晓姚.二氧化氯用于我国水消毒之浅见[J].给水排水,1998,24(11):61.�
[23]孔凡生,徐延斌,段伟.臭氧水杀菌效果与稳定性的试验观察[J].现代预防医学,2002,29(4):543.�
[24]黄君礼.新型水处理剂―二氧化氯技术及其应用\.北京:化工出版社,2002:3-4.�
[25]加藤健司.高铁酸钾的消毒研究(1)[J].水处理技术(日),1984,25 (1):9-15.�
[26]邓正栋,谢思桃,吴克宏,等.高铁酸钾在饮用水消毒及野营给水水质保障上的应用探讨\.环境与健康,2001,18(3): 190-192.�
[27]薛广波.灭菌.消毒.防腐.保藏\.第2版.北京:人民卫生出版社,2008:296.�
(收稿日期:2010-04-01)
