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淺析次氯酸鈉在水廠消毒中的應(yīng)用

飲用水消毒是給水處理中一道重要的工藝,其作用旨在消除水中致病微生物,防止通過飲用水傳播疾病。我國生活飲用水衛(wèi)生新標準(GB5749-2006)頒布,指標由原標準的35項增至106項,并對原標準35項指標中的8項進行了修訂,其中增加了對消毒副產(chǎn)物溴酸鹽、亞氯酸鹽、氯酸鹽、氯化氰、三鹵甲烷、二氯甲烷、三溴甲烷、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、二氯乙酸、三氯乙酸、甲醛、三氯乙醛等的限值;并修訂四氯化碳的限值為2ug/L,對飲用水消毒提出了更高的要求。目前,在給水處理中常用的消毒方式主要有液氯、二氧化氯消毒法、臭氧消毒法、紫外線消毒法等。液氯以其消毒效果好、投資和運行成本低、技術(shù)工藝成熟等優(yōu)勢在給水處理中得到大規(guī)模的應(yīng)用[1],但是近年來由于人們對于氯氣運輸、存儲方面的不安全以及氯消毒副產(chǎn)物的擔心[2,3],特別是在水廠的運行管理過程中,需要經(jīng)常進行漏氯演練、安全審批及運行管理等繁瑣的工作,液氯消毒成本不斷提高,目前大型城市自來水廠紛紛逐步限制液氯的使用,尋求更加安全有效的消毒劑[4]。

次氯酸鈉溶液是一種用途極為廣泛的廣譜殺菌滅藻的強氧化劑,殺菌效力同氯氣相當;同其他消毒劑相比較,次氯酸鈉液能與水任意比互溶,徹底解決了像氯氣、二氧化氯、臭氧等氣體消毒劑所存在的難溶于水而不易做到準確投加的技術(shù)困難,消除了液氯、二氧化氯、臭氧等藥劑時常具有的跑、泄、漏、毒等安全隱患;同時易于儲存,易分解、無殘留、對人體無毒無害,是一種較為理想的消毒方式[5]。因此近年來,國內(nèi)越來越多的自來水廠改用安全性較高、投加設(shè)備簡單的次氯酸鈉消毒方式[6-8]。本文介紹了次氯酸鈉消毒原理、制備、次氯酸鈉消毒影響因素、在國內(nèi)外給水消毒的應(yīng)用現(xiàn)狀,為推廣次氯酸鈉在飲用水消毒方面運用提供參考。

1. 次氯酸的消毒機理

次氯酸鈉的有效消毒成分與氯消毒的有效成分相同,均為水解產(chǎn)生的次氯酸(HOCl),HOCl為很小的中性分子,不僅可作用于細胞壁、病毒外殼,而且次氯酸分子小,不帶電荷,還可滲透入菌(病毒)體內(nèi),與菌(病毒)體蛋白、核酸和酶等有機高分子發(fā)生氧化反應(yīng),從而殺死病原微生物,OCl-雖亦具有殺菌能力,但是帶有負電,難于接近帶負電的細菌表面,殺菌能力比HOCl差得多[9]。生產(chǎn)實踐表明,pH值越低則消毒作用越強,證明HOCl是消毒的主要因素。其次,次氯酸會進一步分解形成新生態(tài)氧[O],新生態(tài)氧的極強氧化性使菌體和病毒上的蛋白質(zhì)等物質(zhì)變性,從而致死病源微生物[10]。同時次氯酸鈉溶液中含有的氯通過與細胞膜蛋白質(zhì)結(jié)合,形成氮氯化合物,從而干擾細胞的代謝,最后引起細菌的死亡;最后,次氯酸水解產(chǎn)生的氯離子還能顯著改變細菌和病原體的滲透壓,使其細胞喪失活性。一般認為次氯酸的氧化作用是其消毒的主要機理。

次氯酸鈉水解過程可用化學(xué)方程式簡單表示如下:

NaClO+ H2O → HClO+ NaOH
HClO → HCl + [O]

HOCl與細菌胞內(nèi)有機物的反應(yīng)可以簡化為

R-NH-R+HOCl→R2NCl+H2O

2. 次氯酸鈉消毒的優(yōu)缺點

次氯酸鈉殺菌效力同氯氣相當,屬于真正高效、廣譜、安全的強力滅菌藥劑。其優(yōu)點主要有:1.投加準確,與氯氣相比,達到出廠水余氯含量,使用次氯酸鈉溶液消耗相對較少。由于氯氣在投加于水中時未能全部溶解,需要考慮一定的過量系數(shù),投加同樣量時次氯酸鈉與水的親和力好,能與水任意比互溶,效果比投加氯氣要好,而且操作安全,使用方便;2.次氯酸鈉消毒的管網(wǎng)余氯衰減要比氯氣消毒游離余氯衰減略慢,主要是次氯酸鈉在水中的水解要比氯氣慢,且呈堿性,更具有持續(xù)的消毒能力;3.與氯氣消毒相比,次氯酸鈉安全風險較低,不存在泄露危害人體生命安全等問題,不產(chǎn)生有毒、有害副產(chǎn)物,有研究表明,次氯酸鈉消毒時出廠水中二氯乙酸(DCAA)低于液氯消毒,而三氯乙酸(TCAA)二者基本相當。次氯酸鈉消毒時出廠水中三鹵甲烷(THMs)低于液氯,四氯化碳(CCl4)二者基本相當?傮w,次氯酸鈉消毒副產(chǎn)物量低于液氯。4.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)成嚴重腐蝕。同時便于運輸,原料易得。

但其亦有以下缺不足:使用成本較氯氣高(含設(shè)備投入)缺乏適合于飲用水使用的質(zhì)量標準,成品次氯酸鈉的質(zhì)量難于控制,若非現(xiàn)場發(fā)生,運輸量顯著增加(一般質(zhì)量濃度為10%);可能存在無機副產(chǎn)物氯酸鹽(ClO3-)問題。ClO-發(fā)生歧化反應(yīng)生成:3ClO-→ClO3-+2Cl-

此反應(yīng)共分為兩步:

 2ClO-→ClO2-+2Cl-    和   ClO2- +ClO-→ClO3-+Cl-

當次氯酸鈉溶液中CLO-的含量越高(也就是次氯酸鈉溶液的有效氯濃度),CLO-發(fā)生歧化反應(yīng)的數(shù)量就越多,較高濃度的成品次氯酸鈉溶液存放時間越長,CLO-發(fā)生歧化反應(yīng)的數(shù)量也會越多。

采用氫氧化鈉吸收氯氣生產(chǎn)次氯酸鈉的過程中,如果溫度控制不當,也可能產(chǎn)生氯酸鹽。

國家飲用水衛(wèi)生標準(GB5749-2006)對CLO3-(氯酸根)的限值是0.7ppm,在全國水質(zhì)抽樣過程中,因為使用成品高濃度次氯酸鈉溶液作為消毒的水廠發(fā)生氯酸根超標的現(xiàn)象時有發(fā)生。

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