次氯酸钠和二氧化氯的消毒效果比较

目前,从水体消毒的种类来说,有lvqi、次lv酸钠、漂百分、sanlv异氰尿酸(二lv异氰尿酸钠)、二氧化lv、双氧水、臭氧等药剂和方式,此外还有紫外线消毒等一些手段。
由于lvqi在运输、存储方面存在安全隐患;在定量投加方面,因lvqi在水中的溶解度较低,lvqi容易散失,使得水中留存余量难以达到标准;同时,lvqi瓶气压不断变化,存在投加计量不够准确的问题;lvqi具有*的扩散性,对环境存在毒害作用;游离lv的高活性容易形成许多象四lv化碳一类的致癌物质,故而,在常规消毒领域,取消液lv的主张越来越多,也日益受到人们的关注。
就拿lvqi的安全性来说,就始终是一个让人时时警觉的问题。在我国,几乎每年都有lvqi罐泄漏的安全事故发生。lvqi作为危险品受到各国安全机关的严格管制。前些年,发生在福建三明火车站lvqi瓶运输中的跑lv事件,造成几千人的紧急疏散;在北京有些游泳场由于操作人员不谨慎,三分钟的跑lv,就有37名孩子住进医院。2005年3月29日18时50分,江苏省淮安市境内,一辆山东鲁h-00099装有液lv危险品的运输车,行至京沪高速公路上行线103km+300m处,与一辆鲁qa0938货车相撞,导致鲁h-00099侧翻液lv泄漏。截止3月31日8时,此事故已造成28人中毒死亡,285人被送往医院救治。事故发生后,有关部门立即组织疏散村民群众近1万人,造成京沪高速公路宿迁至宝应段关闭20个小时。我国的天津地区就明确规定公共yu了场所禁用lvqi进行消毒。
在国外许多发达,如美国、德国、日本等对lvqi的使用有严格的限制,lvqi主要用于污水处理。而公用场所和中小型自来水厂一般不再使用液lv,而多使用次lv酸钠液体进行消毒。当然,也可根据用水量的情况,采用其它消毒方法。如小量饮用水的消毒就可以采用诸如紫外线、臭氧、双氧水等手段进行灭菌杀毒。
lvqi、次lv酸钠、二氧化lv和臭氧[1]都是工农业生产和日常生活中比较容易见到的几种强氧化剂,除臭氧以外,它们均为非天然存在的化学物质。一般都可以用作水体杀生剂。它们不仅具有灭杀细菌和病毒的功能,还能够漂白纸张、纤维以及用作化学合成等。广泛用于自来水消毒、游泳池水消毒、污水处理、循环水除藻、造纸工业、化学合成业、以及医药卫生和防疫等各个领域。
但是,不同的药剂具有不同的性能和特点,就如同不同厂家的产品具有并不相同的质量一样。lvqi、次lv酸钠、二氧化lv和臭氧在物理化学性能上,以及实际使用中都有很大的区别。就这几种消毒剂的应用来讲,次lv酸钠zui为安全有效,易于储存,使用zui为方便。
有关lvqi的性能和使用情况,我们已很熟悉了。液lv的杀菌效果很好,且容易获得,经济廉价,而且投加方便,占用地方很小,但其安全性比较低,管理上容易疏忽。在这里,不再对液lv的情况进行详细分析,具体探讨和比较一下次lv酸钠、二氧化lv和臭氧三种消毒剂的性能以及相关设备的使用特点。
次lv酸钠
次lv酸钠的分子式是naocl,属于强碱弱酸盐,它清澈透明,是一种能*溶解于水的液体。但由于次lv酸钠液不易久存,次lv酸钠多以电解低浓度食盐水现场制备。
次lv酸钠液体可通过电解食盐水制备,这种设备称为次lv酸钠发生器。次lv酸钠的生成过程可以通过化学方程式表达如下:
其总反应表达如下:
nacl + h2o → naocl + h2↑
电极反应:
阳极: 2cl-- 2e → cl2
阴极: 2h++ 2e → h2
溶液反应: 2naoh + cl2→ nacl + naocl + h2o
当然,次lv酸钠消毒液体以次lv酸钠发生器生产为*。因为,它生产出的次lv酸钠液体比较稳定、单一,也容易保存,不含制lv厂出品的那些复杂甚至有害的成分。
关于次lv酸钠发生器,我国已于1990年1月12日发布了gb 12176-90 标准。它是一种已经认可、可以信赖、十分稳定、并有资料可查询的产品。次lv酸钠发生器已经有一百多年的历史了,已经证明是一种运行成本很低、药物投加准确、消毒效果ji加的设备。
就消毒而言,次lv酸钠液还是具有明显优势的。作为一种真正高效、广谱、安全的強力灭菌、杀病duyao剂,它同水的亲和性很好,能与水任意比互溶,它不存在液lv、二氧化lv等药剂的安全隐患,且其消毒效果被*为和lvqi相当加之其投加准确,操作安全,使用方便,易于储存,对环境无毒害,不存在跑气泄漏,故可以在任意环境工作状况下投加。
事实上,次lv酸钠广泛用于包括自来水、中水、工业循环水、游泳池水、医院污水等等各种水体的消毒。次lv酸钠还能够破坏氰根离子,用作处理含氰废水。高浓度的次lv酸钠液体还可以用于剥离设备及管道上附着的沾泥[2]。
次lv酸钠的杀菌原理主要是通过它的水解形成次lv酸,次lv酸再进一步分解形成新生态氧[o],新生态氧的*氧化性使菌体和病毒的蛋白质变性,从而使病源微生物致死。(lvqi消毒的原理亦同)。
根据化学测定,次lv酸钠的水解受ph值的影响,当ph超过9.5就会不利于次lv酸的生成。但是,绝大多数水质的ph值都在6—8.5,而对于ppm级浓度的次lv酸钠在水里几乎是*水解成次lv酸,其效率高于99.99%。其过程可用化学方程式简单表示如下:
naocl + h2o → hocl + naoh
hclo → hcl + [o]
次lv酸在杀菌、杀病毒过程中,不仅可作用于细胞壁、病毒外壳,而且因次lv酸分子小,不带电荷,可渗透入菌(病毒)体内与菌(病毒)体蛋白、核酸、和酶等发生氧化反应,从而杀死病原微生物。
r-nh-r + hocl → r2ncl + h2o
同时,lv离子还能显著改变细菌和病毒体的渗透压使其丧失活性而死亡。
在消毒方面,值得肯定的是,由于次lv酸钠发生器所生产的消毒液中不象lvqi、二氧化lv等消毒剂在水中产生游离分子lv,所以,一般难以形成因存在分子lv而发生lv代化合反应,生成不利于人体健康的有毒有害物质。并且,次lv酸钠也不会象lvqi同水反应会zui后形成盐酸那样,对金属管道构成严重腐蚀。不过,它同氨可以发生反应,在水中生成微量的带有气味的lv氨化合物,但这种物质也是一种安全的杀生药剂,只是远不及次lv酸钠的杀生能力。
nh3+ hocl → nh2cl + h2o
nh2cl + hocl → nhcl2+ h2o
nhcl2+ hocl → ncl3+ h2o
就运行成本而言,采用次lv酸钠消毒的运行成本费用是很低的,稍比lvqi高一些。根据英国所统计的一组数据表明,次lv酸钠同lvqi成本相比大约为1.05 :1[3]。
使用次lv酸钠消毒以采用次lv酸钠发生器为zui优。以前,次lv酸钠发生器未能在我国大范围推广的原因,主要是过去在阳极防腐材料方面不过关,其次是我国经济发展滞后和对水处理技术不够重视,再次是次lv酸钠发生器比lvqi的一次性投入要略高等因素造成的。
实际中,还有一些单位对水体消毒使用的是从lv碱工厂出产的次lv酸钠液。事实上,lv碱工厂生产的次lv酸钠液同次lv酸钠发生器现场制备的次lv酸钠液还是有一定区别的。次lv酸钠是lv碱工厂生产过程中必然留下的一种副产品,它是通过碱液吸收多余的lvqi生成的。这是为了保障安全必须设置的一道工艺。对于大多数制lv碱的工厂来说,次lv酸钠作为一种副产物,成分较复杂,还很容易分解。据一些报道分析,有些厂从经济效益上考虑,使用石墨做电极还产生出相当多的二恶因成分。
2oh-+ cl2→ cl-+ clo-+ h2o
一般来讲,该反应通常在低温下进行,因为低温下一分子lvqi还可以同八分子水结合成暂时性的水合lv,它在水中呈游离lv状态。这样,当温度略高时,它就会很自然地从水中释放出来,不能长时间保存,很容易挥发失效,投加中也散逸出一些lvqi。另外,它需要大型塑料桶装储,占用一定空间,在运输、储存和管理上也还是比较麻烦的。所以,这种含有一定游离分子lv的次lv酸钠溶液用于水体消毒,当然不及现场使用次lv酸钠发生器好。但它还是比使用液lv消毒更为安全可靠。
此外,还必须说明的是,采用次lv酸钠消毒,不可避免地使水中存在一定盐分。不过,由于投加是按每一吨水几克的标准进行的,象自来水等流动水体根本就不存在累积的问题,更不可能产生咸盐的感觉。对于游泳池水来说,某一个较短时期可能有一些累积的,但由于游泳池本身会定期对净化设备进行反冲洗,因而需要补充一部分新鲜水,加之投加的量很小,约为百万分之几的量,从*来看,池中也不会有盐分累积,池水更不可能变得咸盐的。通过我们的调查和走访,我们也没有发现哪一家用户有使用次lv酸钠发生器设备而造成池水变咸了的事例出现。
二氧化lv
二氧化lv的分子式是clo2,在高于11oc时,二氧化lv沸腾,成为一种黄绿色气体。它是一种极活泼的化合物,稍经受热,就会迅速而爆炸性分解为lvqi和氧气。二氧化lv具有比lvqi更大的刺激性和毒性。由于它是气体,易于扩散,受热又容易分解,在纤维表面停留时间较短,并且与水反应还能生成具有较强漂白能力的hclo2, 能够不降解和损伤纤维,所以在造纸、印染等行业得到很好应用。二氧化lv作为一种强氧化剂,同样具有和lv相似的杀生能力。
二氧化lv极其不稳定,不能象次lv酸钠那样可以运输,运输中很容易发生爆炸事故,所以只有依靠现场制备。一般都是通过lv酸钠同酸的反应制备得到。但是,lv酸钠与硫酸的反应十分剧烈,所产生二氧化lv几乎是爆炸性分解为lvqi和氧气,这当然与硫酸在反应中大量放出热量有关。用化学方程式表达如下:
3naclo3+ 3h2so4→ 3nahso4+ 3hclo3
3hclo3→ 2clo2↑ + hclo4+ h2o
2clo2 → cl2↑ + 2o2↑
zui为温和的方法是草酸与lv酸钠的反应生成二氧化lvqi体:
2naclo3+ 2h2c2o4→ na2c2o4+ 2h2o + 2co2↑ +2clo2↑
国内一些厂家采用盐酸进行定量控制滴加lv酸钠的方法生成二氧化lv,这种设备有的可以获得zui高不超过50%的二氧化lv和大于50%的lvqi。
一般来说,lv酸钠与盐酸发生反应过程比较复杂一些。如果使用*反应,生成物可以获得二氧化lv和lvqi的混合物气体[4],但规模制备还必须设防爆装置,操作也必须十分小心,因为二氧化lv受热很容易爆炸性分解:
naclo3+ hcl(稀) → nacl + cl2↑ + 2clo2↑ + 2h2o
实际上,这个反应也是分为两步完成的,lv酸钠先同盐酸反应生成lv酸和lv化钠,lv酸随后分解成二氧化lv、lvqi和水。
当使用浓盐酸与lv酸钠反应时,生成物中只有lvqi放出,而没有二氧化lvqi体[4]:
naclo3+ 6hcl(浓) → nacl + 3cl2↑ + 3h2o
很显然,在某一中间范围的盐酸浓度中,上述两种反应均有发生,可将上两反应方程式相加表述为[4]:
clo3-+ 7cl-+ h+ → 4cl2↑ + 2clo2↑ + 5h2o
从上面方程表达式是来看,盐酸同lv酸钠反应生成的二氧化lv含量是很不稳定的,所生成气体主要部分还是lvqi,少量为二氧化lv。
由于制取二氧化lv需要使用lv酸钠或者lv酸钾,所以运行成本很高,大约为次lv酸钠运行成本的5倍以上[2]。此外,由于盐酸容易挥发,并具有强烈腐蚀性,因此,在管理上相对比较麻烦,需要较多的安全容器来储存保管。
在工业上,有一种制备二氧化lv水溶液的工艺[1],工艺比较复杂,具体方法是:让二氧化氮由底部向上通过一个填充塔,而lv酸钠溶液由上往下流动,反应方程式表达如下:
clo3-+ no2→ no3-+ clo2
这种水溶液浓度不高,处理起来比较安全(水溶液中二氧化lv含量超高30%时处理不当也会引起爆炸),溶解实际上是一个物理过程。置于日光下时,溶液会缓慢地分解成酸的混合物。但是,这种方式的运行成本更高,一般也不用于生活饮用水中消毒。
据有关资料记载,纯二氧化lv用于水的消毒也与lvqi近似,但稍有所不同。它具有两个lvqi不具备的特点:一是它使用的ph范围广,在ph6—10内能有效地杀灭绝大多数的微生物;二是它不会与氨发生反应产生令人不愉快的味道。但是,它在水中分解时会产生亚lv酸盐这种副产品,如用于游泳池消毒,亚lv酸盐长时间的积累起来会使水变黄,还会出现对皮肤和眼睛的刺激,一般采用投加一定量lv的办法来消除[3]。
有些资料上有关于二氧化lv可以杀灭芽孢的说法,但具体机理和实际效果并不详。目前,国内使用二氧化lv用于自来水、中水等消毒非常成功的实例较少。由于所有气体消毒剂溶解于水的能力较低,都存在非常不稳定、不安全、易挥发的因素,很难使水体中达到应有的余lv检测量,故而,对自来水、游泳池等需要维持一定消duyao量来说,二氧化lv消毒比较困难达标,其水体中余lv检测值也较难得到保证。更何况,二氧化lv尚没有lvqi那么高的气压可通过加lv机同水体形成暂时水合物的能力,所以,从技术上来讲,大规模使用二氧化lv投加也还非常不现实。
通常认为,二氧化lv的消毒原理也是和lvqi一样,少量二氧化lv先同水发生反应产生亚lv酸hclo2,亚lv酸是一种相当弱的弱酸,具有氧化漂白作用。
2clo2+ h2o → hclo2+ hclo3
工业上一般并不直接使用二氧化lv,而是应用亚lv酸钠溶液进行漂白。通过将立时产生的二氧化lv水溶液和过氧化钠混合即可得到单一的亚lv酸钠。
2clo2+ na2o2→ 2naclo2+ o2
亚lv酸钠是一种软性漂白剂,通过水解逐步释放出亚lv酸,可以漂白许多天然和合成纤维而不会使它们降解,也可以漂白油、油漆和蜂蜡等[1]。这一技术的出现和运用在时间上并不长。诚然,使用该技术,从设备投资到运行成本都是很高的,小规模的企业都难以承受。
国内生产二氧化lv发生器的企业很少有掌握生产二氧化lv水溶液这种较高安全性技术的,多数都是采用lv酸钠同盐酸定量滴定,控制反应生成量的办法来实现。这样的设备成本很低,但安全性是非常差的,稍不谨慎就会酿成事故,管理上需要特别细心。正在通过技术部门对于此类设备的安全性提出质询和鉴定,有关方面的专家要求对其进行技术规范或者取缔和淘汰。
比如,在北京大学游泳馆、北京的天坛医院、二龙路医院等单位使用二氧化lv用作水体消毒,都因相继发生过安全事故而被迫停用。因为,受热的二氧化lv很容易发生爆炸性分解,直接造成毒qi泄漏而污染环境:
2clo2 → 2o2+ cl2
此外,现在市面上还有一种采用与工业上使用电解饱和食盐水生产lvqi*相同的办法,生产一种称为可以制备出二氧化lv的设备。其实,通过隔膜隔离阴阳两极,这之中98%以上还是产生的lvqi。从原理上讲,电解饱和食盐水首先是lv离子得到电子生成lvqi,一部分lvqi同水反应zui后生成次lv酸根离子,次lv酸根在电解中还可以进一步氧化生成亚lv酸根、lv酸根离子,它们受热分解可以产生一氧化二lv、二氧化lv等气体。但是,在这种电解方法中,生成亚lv酸根、lv酸根离子的效率是很低的。也就是说通过电解转换成二氧化lv的效率不仅很低,而且这种方式没有必要,既浪费电力,又很不经济。
并且,作为lvqi、二氧化lv这些比空气重的气体也是很容易泄漏的,并会沿地面进行扩散。一旦污染形成,这些有毒qi体就不可能在一个较短的时间里消除。由于lvqi剧毒,腐蚀性也很强烈,二战时期xi特勒就曾用来毒杀犹太人,所以lvqi一般由专门的lv碱工业生产厂家生产,采用特制且干燥的lvqi瓶进行封装和运输。对lvqi还有专门安全机关监管审查。
事实上,这种设备在实际使用中也不是很成功的,出现了很多问题。跑泄lvqi严重,隔膜一般半年左右就损坏了,维修频繁,药物投加也达不到水质设定的要求。象东单游泳馆、北京体育大学游泳馆、体委训练中心跳水馆和一些医院自安装以后就无法正常使用,都不得不陆续改装成使用次lv酸钠进行消毒。
二氧化lv*的化学腐蚀性几乎同lvqi一样,而且它的毒性还是lvqi的四十倍。
拿lvqi来讲,现代医学研究已经证明,由于lvqi能同水中许多有机物发生lv化反应,生成很多lv代有机物,而lv代有机物大多是极其有害健康的,比如生成的sanlv甲烷、四lv甲烷、二恶因等lv代物。专家们也经常在使用lvqi消毒的自来水中检测到致癌的sanlv甲烷、四lv甲烷等lv代物。据美国医学学会统计,*饮用使用lvqi消毒的自来水人群中,膀胱癌、直肠癌、结肠癌的发病率高对照组几十倍,甚*几百倍[5]。
1979年,美国环保署就制定了di义个有关lv化处理的饮用水中副产物含量的法规,限制供1万人以上饮水的供水源中所有三卤甲烷(其中sanlv甲烷是zui普遍的)不得超过每升100微克。1998年11月,美国环保署又通过了一个更加严格的水源标准,将三卤甲烷的极限标准降低到每升80微克,同时还规定了其他有潜在危险的副产物,如溴酸盐和卤乙酸的极限,并规定水公司在用lv消毒之前,必须从水中清除活性有机化合物[5]。

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