饮用水消毒技术

饮用水消毒技术

一、 饮用水消毒的重要性

“凡味之本，水为最始”。科学研究证明，一切事物的起源都是从水开始的，水是自然界不可缺少的重要基础物质，可以说没有水，也就没有生命存在。在城镇建设发展中，给水系统是重要的基础设施，关系到人民群众的身体健康和生命安全。对城镇给水系统来说，生活饮用水的供应量、供水水质是衡量一个水厂的重要标志之一。

生活饮用水的消毒是最基本的水处理工艺，它是保证用户安全用水必不可少的措施之一。联合国环境和发展机构指出，人类约有80%的疾病与细菌感染有关，其中60%以上的疾病是通过饮用水传播的，80%的人类疾病与50%的儿童死亡率与饮用水的水质有关，平均每年约有2.5亿人因饮用不洁净的水而发生疾病。即使是发达国家也无法根除水媒传染病的发生。世界卫生组织统计，全球约有10亿人不能得到洁净的饮用水，人类要把平均高达1/10可用于生产的时间消耗在与水有关的疾病上。

历史上因水质问题对人类造成过许多危害。 1854年间英国伦敦遭受霍乱菌的袭击，John Snow进行了流行病学研究，确认了水媒疾病的严重性和饮用水消毒的必要性。但是直到1880~1885年间，Louis Pasteur确立了疾病的细菌理论后，人们才逐渐认识到水是消化道致病的重要媒介。 20xx年阿根廷罗哈斯市由于自来水系统维护不力，3/4的投药设备发生故障，没有消毒，城市管网系统缺乏维护，蓄水池及二次水池没有清洗消毒，造成痢疾杆菌通过自来水管道传播蔓延，导致该市2.3万人中有近3000人感染了志贺细菌性痢疾。

今年4月，贵州的“竹园”桶装水也由于消毒出现问题，导致了多家单位人员感染甲肝。

二、饮用水中病原微生物及其控制指标

1、水中的病原体及其传播

1）水中的病原体

能感染人类的微生物主要有细菌、原生动物、寄生虫、病毒、真菌等五类，其中一些需要水生的宿主来完成其生命周期，另一些是以水为媒介来感染人类。

细菌的尺寸一般为0.2~80微米的范围，通常病原细菌要小些，一般不超过5微米。一般细菌的等电点大都以PH3.0~3.5左右，所以在常见的PH值范围6.5~8.5内，水中的大多数细菌是带负电的。这个性质使得带负电的消毒剂分子不易接近细菌，从而影响消毒效果。但是由于细菌是带负电，因此能在水处理的混合沉淀工艺中被部份去除。以水为媒介的传染病细菌主要有杆菌、弧菌、钩端螺旋体及其它病菌等。

对人类致病的原生动物主要有各种溶组织变形虫、贾第虫、隐孢子虫等。其虫体和卵囊的大小在0.75~21微米的范围内。

常见的危害人类的寄生虫有肠道寄生虫如蛔虫、钩虫、绦虫、丝虫，以及肺吸虫、血吸虫、麦地那龙线虫等。

病毒的体积要比细菌小得多，大小范围约为0.02~0.45微米。病毒外部有蛋白质外壳保护内部的核酸，消毒剂必须进入外壳破坏核酸才能将病毒杀死。水可传播病人的排泄物中的上百种病毒。

水中寄生性真菌一般并不通过水感染人类，但一些真菌可通过公共浴场和泳池形成皮肤交叉感染，如霉菌等。

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水中的病原微生物被某种消毒工艺杀死以后，一般其分解产物可能仍在水中，这些分解产物对水的大多数用途没有影响，但如将含有这种产物的水作为医用注射稀释液时，会引起实验动物或人类的体温升高，因此这种产物被称作“热原质”，有的消毒工艺（如膜过滤法）可以去除这种热原质。

2）病原体的传播途径

病原体的存活需要一定的温度等条件，在进入水体后，由于对生活环境的不适应会逐渐死亡（所以水窖对水的长时间贮存也具有消毒作用），但它们仍能在水中存活一定的时间，在此期间仍然有感染力。病原体在水中存活期间以人类直接接触和被宠物、鼠类等动物接触间接感染人类的方式传播疾病。

2、饮用水水质标准中的生物控制指标

水中的致病微生物有很多种，这些微生物的浓度很低，测定手续复杂费时，工作人员还有被感染传播的危险，因此在实际水质检验中常用具有一定代表性的指示生物指标来衡量饮用水的消毒效果。常用的指示微生物有总大肠菌群、粪大肠杆菌、埃希氏大肠杆菌等。这些微生物一般对人体无害，只是在病原体存在的地方也存在，数量大于病原体的数量，并且对水处理消毒的耐受性比病原体强，检验也方便快捷。

如果取水水源中没有检测到这些指示微生物，可以理解为水源没有受到粪便病原体污染。但是，在饮用水消毒中，由于消毒灭活各类微生物要求的消毒剂浓度值以及杀灭作用时间不同，病原体的生存规律也和大肠菌不是完全相同，因此大肠菌作为饮用水生物安全性的控制指标实际上并不全面，因此在饮用水水质分析中通常是用浑浊度、PH值、消毒剂接触时间 - 3 -

及剩余浓度等指标与指示微生物检验结果综合作出判断。

在我国20xx年新颁的《生活饮用水标准》GB5749-2006中规定饮用水消毒后的微生物控制指标为：浊度≤1NTU；接触30分钟后，氯消毒余氯≥0.3mg/L，二氧化氯余氯≥0.1mg/L；细菌≤100cfu/100ml（国家建设部《城市供水水质标准》CJ/T 206-2005中规定细菌≤80cfu/100ml）；总大肠菌群（MPN/100ml）不得含有。

三、 饮用水消毒技术发展历史

历史研究表明，埃及人首先采用明矾去除水中的悬浮物。估计在文明开始的时候，人们就将水煮沸后饮用。一份4000年前的古印度文指示人们在饮用不干净的水之前应煮沸，在日光下暴晒，将一块灼热的铜在水中浸泡数次，并用土制容器过滤和冷却。

在十八世纪80年代中期细菌致病理论建立之前，人们认为臭味是疾病传播的媒介，并据此假设发展水和污水消毒的实践。

十九世纪开始，人类主动利用氯系化合物等化学药剂消毒杀菌，1820漂白粉的被发明后，应用到饮用水的消毒和创伤感染治疗上，效果良好，是化学消毒杀菌法的第一个里程碑。此后人们在饮用水消毒剂方面又开发了第二代消毒剂二氯异氰脲酸（其钠盐即二氯异氰脲酸钠又称为优氯净）和第三代消毒剂三氯异氰脲酸（又称为强氯精），它们目前仅用于小规模的消毒。华宁县自来水厂现在使用的二氧化氯被称作第四代杀菌消毒剂。

1）氯消毒

一开始氯是作为水的除臭剂而不是消毒剂使用的。据记载约1835年有建议在沼泽水中加氯使之适口。1897年英国在伤寒流行之后使用漂白液对管网水进行消毒。将氯作为水常规处理工序，一般认为是从19xx年开始的， - 4 -

比利时的Maurice Duyk在滤前使用氯化石灰和高氯酸铁，应用于Middlelkerke城的供水。19xx年预氯化工艺被引进美国，作为助凝措施和消毒，19xx年进行了折点加氯实验。

2）臭氧消毒

最早的臭氧饮用水处理是从19世纪末在德国、荷兰和法国开始的。中国在解放前曾使用过一台德国的制的臭氧发生器进行少量的饮用水处理，19xx年开始研究臭氧发生器，19xx年开始应用于实践。

3）二氯化氯消毒

19xx年就有人尝试用二氧化氯消毒，19xx年在尼亚加拉瀑布水厂得到大规模的应用，以控制酚味和臭味。20世纪五十年代开始二氧化氯逐渐在饮用水消毒领域得到应用。19xx年二氧化氯被广泛接受为饮用水消毒剂，欧美数百家水厂都相继开始用二氧化氯作为消毒剂。中国国内是在近几年开始试行二氧化氯或二氧化氯—氯气混合消毒，取得了显著效果。

4）碘消毒

碘酊消毒是在19xx年提出的，19xx年生产出稳定的碘片，每升水加1~2片，10min后能杀死肠道细菌、阿米巴孢囊和血吸虫尾蚴，该碘片19xx年被美国军队采用。

5）紫外线消毒

1909-19xx年，紫外线消毒设备在法国马赛水厂实验性应用成功，规模为25M3/h，至今在欧洲采用紫外线消毒的饮用水处理厂已超过2000多座。由于人们发现紫外线在控制病原虫方面具有显著的效果，因此紫外线消毒下逐渐成为净水处理中的重要手段。

四、 饮用水消毒效率及其影响因素

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1、消毒效率的影响因素

1）目标生物的种类、浓集程度、分布和在水中的聚集状态

2）消毒剂的性质、浓度、在水中的分布状态、反应产物的性质和接触时间

3）被消毒水的性质

4）混合情况

5）水的温度

2、消毒剂的作用方式

1）消毒剂的主要作用机理

①破坏细胞壁

②改变细胞壁和细胞膜的渗透性能

③改变细胞原生质的性质

④破坏细胞生命过程中起关键作用的酶

2）消毒剂的作用过程

对于常用的消毒剂而言，消毒机理至少涉及两个阶段：一是消毒剂通过细胞壁侵入细胞；二是消毒剂与细胞内部的酶反应。由于细胞壁一般带负电，因此中性分子的消毒剂比带负电的消毒剂更为有效。

3、消毒方法的选择

1）消毒效果

2）消毒剂的价格

3）消毒剂应用的健康考虑

4）消毒反应产物的性质和后果

5）药剂发挥作用的稳定性

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6）可监测性

7）消毒作用的灵敏性和作用范围

8）消毒剂性质的可操作性

五、 饮用水物理消毒技术

1、物理消毒技术概述

物理消毒法一般是采用某种物理效应，如起声波、电场、磁场、辐射、热效应等作用干扰或破坏微生物的生命过程，达到消毒的目的。

常用的物理消毒方法有加热、辐射、过滤、电场处理、磁场处理、超声波处理等。

加热是最古老的饮用水消毒方法之一，加热杀菌的机理通常认为是细胞内的蛋白质和有机物（包括酶）的凝集变性，使对生物生命过程很关键的细胞器功能失效。

辐射分为电离辐射与非电离辐射两种。非电离辐射不能使空气介质电离，它包括紫外线、红外线和微波。其中红外线和微波主要依靠加热杀菌。电离辐射能使射线穿过的空气介质电离，它包括高能量的X射线、r射线和电子流（阴极射线）。

过滤也属于物理消毒的范畴，在水处理的历史上,曾经有采用慢滤池供水的水厂限制了霍乱和伤寒蔓延流行的事例,通常认为当出水浊度在0.1NTU时病原菌的去除率在99.99%。过滤有深层过滤、生物膜过滤和膜过滤等。

2、 紫外线消毒技术

1）紫外线的性质及产生

日光照射是天然的消毒方法之一，人类在晾晒食物和物品的时候注意 - 7 -

到日光有杀菌、除臭和漂白的作用，但很久以后才将这些效果归功于紫外线。

紫外线是一种波长在100~400纳米范围内的不可见光，通常波长低于200纳米的紫外线能有效地生成臭氧；200~280纳米的范围是杀菌的波段。最常见的紫外线源由水银蒸汽电弧灯产生，用石英玻璃或对紫外线透明的材料制造外壳。一般在消毒实践中采用的是200~275纳米波段的紫外线。

2）紫外线杀菌原理

紫外线在波长为240~280nm的范围内最具有杀菌效能，尤其在波长253.7nm杀菌能力最强。此波段与微生物细胞中的脱氧核糖核酸的紫外线吸收和光化学敏感性范围重合，通常认为紫外线能改变和破坏核蛋白质（DNA和RNA），导致核酸结构突变，改变了细胞的遗传转录特性，使生物体丧失蛋白质的合成和繁殖能力，其它的的蛋白质吸收（苯基丙氨酸、色氨酸和酪氨酸中的芳香环的吸收峰约为280nm）也对紫外线的杀菌过程发挥作用。

DNA核酸的相对分子量约为107，是微生物的信息复制中心。核酸中诸如胸腺嘧(mì)啶(dìng)等成份能确定分子中化学反应的位置。胸腺嘧啶会吸收光子并由此在DNA编码系统中引入错误。因此在吸收紫外线辐射后，紫外线的能量会激发细胞的分子，产生细胞分子结构的变化,使下述的各种过程（都可能？）发生：

对胸腺嘧啶或胞核嘧啶进行水解；

产生胸腺嘧啶二聚物，导致DNA链内环丁烷的生成；

在DNA链之间生成环丁烷二聚物；

产生二聚物，生成特殊结构，如在嘧啶基上生成所谓“孢光产物”； 在蛋白质和DNA之间生成交联键；

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破坏DNA分子基本结构中的磷酸键；

不可逆的破坏氢键；

在光催化作用下微生物细胞膜的不饱和磷酯发生过氧化，导致细胞膜到渗透性改变，细胞膜的生理功能瘫痪；

细胞内酶的作用发生变化。

紫外线还能驱动水中各种物质的反应，产生大量的羟（qiāng）基自由基，还可以引起光致电离作用，这些物质和作用都能导致细胞的死亡，从而达到消毒的目的。

(自然界在在进化过程中发展了许多保护DNA的方法，例如受辐射程度不高的细胞能在酶的作用下被光照重新活化，DNA也能在无光或可见光条件下被酶修复。)

3紫外线消毒应用

六、饮用水化学消毒技术

一）、化学消毒技术概述

1、化学消毒的原理和技术特点

化学消毒剂主要分为两大类：氧化型消毒剂和非氧化型消毒剂，前者包括了目前常用的消毒剂的大部分，如氯、臭氧、二氧化氯等；后者包括了一些特殊的高分子有机化合物和表面活性剂，如季铵类化合物等。

氧化型消毒剂往往是通过灭活微生物的某种酶而起到消毒作用，或者通过氧化使细胞质产生破坏性降解。氧化型消毒剂在消毒历史上开发最早，其特点是杀菌力强、来源广泛、价格低廉。

非氧化型消毒剂的杀菌机理和氧化型消毒剂有所不同，它主要不是通过灭活某种微生物的生命物质来进行杀菌的，而是通过与细胞构成物质的 - 9 -

结合来扰乱生物细胞的结构，改变这些构成物质的功能特性，使微生物的正常生活过程不能进行。如季铵盐可以溶解细胞膜的酯质，使细胞内部的的生命物质泄漏，重金属离子能凝固细胞内的蛋白质等。

2、各种化学消毒法

现在使用的化学消毒法有卤素消毒、臭氧消毒、重金属离子消毒、过氧化氢消毒、过氧乙酸消毒、高铁酸钾消毒、高锰酸钾消毒、表面活性物质消毒、羟基自由基消毒和其它有机合成物消毒等。

现在常见的氯、氯氨和次氯酸盐、二氧化氯、溴、碘等及其合成的化合物均属于卤素消毒的范畴。其它的消毒方法有的处于研究阶段，或者在饮用水处理外的其它领域使用，只有卤素消毒中的氯消毒技术和二氧化氯消毒技术、臭氧消毒技术在饮用水处理中应用广泛，我们将对这三种消毒方法作多一些的了解。

二）、氯消毒技术

水的氯化消毒是饮用水消毒中使用最为广泛、技术最成熟的方法。用氯气消对水消毒的方法早在一百多年前就开始使用，美国是在1896年，英国是在1897年，而我国从二年代在上海开始使用至今也有八十多年的历史了。从云南来说，大多数的水厂都是用氯消毒，只有少数的水厂是用二氧化氯或臭氧消毒。

尽管已经发现氯消毒方法本身对人体健康有可能构成威胁，但是在现阶段，普遍认为这种潜在的威胁与水中病原体的危险性相比是相当小的，不应当考虑消毒副产物的影响而降低消毒水平，在相当长的一段时间内，氯仍然可能是欠发达地区使用的最普遍的消毒剂之一。

1、氯的物理化学特性和制备

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1774年氯由瑞典化学家在盐酸与二氧化锰的反应中发现，1805年被首次液化，1810年确认为元素并根据希腊词cloros(意思是绿色)以其特殊的黄绿色命名。

一般情况下，气态氯的相对密度是空气的2.48~2.49倍，氯可溶于水，20℃时1体积的水可溶解2.15体积氯，浓度大约为7.3g/L；氯在9.6℃能与水结合成晶状的黄色水化物“氯冰”，所以氯要保存在10--27℃的温度范围内。将氯维持在液态的压力为586kPa,液氯是琥珀色的透明油状液体，在101.3kPa和0℃下1体积液所氯能产生457.6体积的氯气（每千克液氯可生成310升氯气），在氯瓶中氯一般都以气态和液态两种形式共存。氯本身不会燃烧但会助燃，与其它易燃气体的混合物在日晒时会发生爆炸，储存时应远离其它压缩气体、油、醚、金属粉末、碳氢化合物（如酒精）和其它可燃物。潮湿的氯对所有的普通金属都有很强的腐蚀性，氯气有毒，是具有强烈刺激性的窒息气体，主要伤害呼吸系统、皮肤、和眼部黏膜，能引直气管痉挛和肺气肿，高浓度的氯中毒会导致呼吸中枢因受反射性抑制而引发突然死亡，接触液氯能烧伤皮肤。

2、氯消毒的原理

①氯具有较强的杀菌能力，主要是依靠水解产生的次氯酸根，化学分解式为

Cl2+H2+Cl

对于杀菌的原理，有一种解释是次氯酸根很不稳定。极易分解出新生态氧：

HCl+[O]

新生态氧是很强的氧化剂，可以杀死水中的细菌。

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目前认为上述的机理不起主要作用。

②原生质的直接氧化，会损伤细胞膜、破坏膜的渗透压。

③氯渗透到细胞内部，与细胞的蛋白质、氨基酸反应生成稳定的氮-氯键结构，改变和破坏原生质。例如氯与类酯-蛋白质结合形成有毒的化合物,氯与RNA结合,次氯酸与菌体蛋白和酶蛋白中的氨基、硫氢基等反应而达到杀菌作用。以及氯抑制细胞体内的呼吸氧化酶，使酶系统失活。

④物理化学消毒作用。但是不能解释细菌、孢子、芽孢、病毒等呈现的不同抵抗力和突变现象。

⑤对于病毒的灭活作用，有观点认为是高浓度的氯作用于病毒核酸的结果。这种观点认为化学药剂杀菌的过程理论上分为两步：a.穿透细胞壁；b.与细胞中的酶反应。

3、氯消毒工艺方案

常用的氯消毒方案有：自由性余氯消毒；化合性余氯和氯氨消毒；折点加氯；过量加氯和后续脱氯等。

三）、二氧化氯消毒技术

1、二氧化氯的性质

二氧化氯是1811年由Humphrey Davey发现的，最初的应用是造纸业的除色和漂白。二氧化氯可以被看成是亚氯酸和氯酸的混合酸酐，在常温下为带有浅绿的黄橙色（浓度高时为红色）、是有辛辣味的有毒气体，刺激性比氯气更大。高浓度或长期接触二氧化氯会引起肺气肿等呼吸系统病变。

二氧化氯相对密度为3.09g/L，熔点-59.5℃。液态二氧化氯为红褐色，相对密度约为1.6，分子式为ＣｌＯ2,分子量为67.46,具强氧化性,属易燃易爆品。二氧化氯在空气中8小时工作安全浓度＜0.1mg/L, 爆炸浓度为10%。 - 12 -

二氧化氯分子较小，易挥发，其单质的液态和气态极不稳定，遇到电火花、阳光直射、冲击摩擦、高压（大于40kPa）或加热至60℃以上时，极易发生爆炸（液态二氧化氯比气态更容易爆炸）。当遇到易燃还原物质如与有机物质、氨、甲烷、硫化氢和PH3接触时会爆炸，而空气中和水中二氧化氯的浓度过高（分别超过10%和30%）时也会爆炸。所以工业生产中常用空气或惰性气体将二氧化氯稀释成8%--30%的浓度。当二氧化氯溶液的浓度在10g/L以下时，基本上没有爆炸危险。

二氧化氯易被硫酸吸收但不与硫酸反应，还能溶于冰醋酸和四氯化碳之中。

二氧化氯易溶于水，浓度大约是氯气的5--10倍。在4℃时1体积水可溶解20体积的二氧化氯，水溶液的颜色为黄绿色，随浓度的增加而转成橙红色。饱和溶液的浓度为5.7%，25℃时在水中的溶解度为81.06mg/L。二氧化氯在水中是纯粹的溶解状态，基本不发生水解反应，二氧化氯分子以自由基单体存在，不水解，也不构成二聚体或多聚体的形态，所以它的消毒作用受水的pH影响极小，在水中扩散迅速。

二氧化氯的水溶液极易挥发，不稳定，通常会产生歧化反应，生成次氯酸盐和氯酸盐：

2ClO2+2OHClO2+ ClO3+H2O --

热、光照、羟基离子和催化剂均能促使二氧化氯溶液的分解，当pH大于6.5时二氧化氯溶液的分解十分迅速，通常二氧化氯在水中的半衰期为20—180min。

二氧化氯的反应选择性要比氯高，因此剩余二氧化氯在水中化学反应的消减速度要比氯慢一些，不过由于水中二氧化氯要比剩余氯更容易挥发， - 13 -

所以一般水中剩余二氧化氯余氯的消耗速度要高于余氯。

二氧化氯溶液有强氧化性，能将氯和碘分别氧化成高氯酸和碘酸，而且在水中鼓入空气就能把二氧化氯吹脱。由于二氧化氯极不稳定，故通常现场制备，即时使用，存放于阴凉避光处。

2、二氧化氯的制备

二氧化氯的制备方法较多，主要可分为化学法（还原法和氧化法）和电化学法（电解法）两大类。

还原法 还原法的原理是在酸性介质中用还原剂还原氯酸钠而得到二氧化氯，主要用于工业规模化生产。采用的还原剂有二氧化硫、甲醇、盐酸等。

A）硫酸法 还原剂为二氧化硫，因酸性介质为硫酸而得名，反应式如下：

2NaClO3+SO2 2ClO2+NaSO4

B) 甲醇法：还原剂为甲醇，反应介质为硫酸，反应式为

6NaClO3+H2SO4+CH36ClO2+5H2O+6Na HSO4+CO2

本法设设备简单，操作方便，但甲醇的成本较高，且产品中常混有甲醇，对纯度和消毒的安全范围有一定影响。

C）盐酸法 还原剂为盐酸中的氯离子，酸性条件也由盐酸提供。反应式为：

2NaClO3+4HCl 2Cl02+Cl2+NaCl+2H2O

本法的特点是反应的产物氯化钠的氯都可以回收利用用于二氯化氯的再生产，系统封闭性好。当反应温度较高（约70℃）时可以获得较高的转化率和较纯的产品。

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盐酸法是目前欧洲和我国的主要的工业生产方法之一国内有单位采用该工艺开发小型的二氧化氯发生装置，使生成的二氧化氯和氯在负压下进入纯化器，用亚氯酸钠还原混合气中的氯生成二氧化氯。如果使纯化后的二氧化氯进入含有稳定剂（主要成份为碳酸钠的过氧化氢）的吸收器，就可以制备稳定的二氧化所发溶液。

此外，二氧化氯的制备方法还有过氧化氢法、氯酸钠-甲醇法、氧化法、电化学法、紫外线辐射法等。

3、二氧化氯消毒的原理和特点

1)二氧化氯与无机物的反应

二氧化氯是很强的氧化剂，其氧化能力约为氯的2.5倍，漂白能力约为氯的2.63倍，为漂白精的3.29倍，与水中杂质的反应速度比氯快。一般认为在通常的水处理反应条件下（Ph=6.5-8.5）发生反应的二氧化氯只经历单电子的转移而被还原为次氯酸根：

Cl02+e Cl02-

二氧化氯可将水中溶解的还原态铁、锰氧化，对去除铁、锰（包括其有机的络合形式）很有效。反应式为：

2Cl02+5Mn2++6H2O 5MnO2+2Cl-+H+

Cl02+5Fe(HCO3)2+3H2O 5Fe(OH)3+10CO2+Cl-+H+

除此之外二氧化氯还可以去除CN-、SnO2-、NO2-等还原性酸根和硫化氢。二氧化氯还能氧化锌、钙、铝、镁、镍等单质元素，还原产物为亚氯酸。在一般消毒条件下，二氧化氯不与水中的氨或氯氨发生反应。

2）二氧化氯与有机物的反应

二氧化氯与有机物的反应比较复杂，主要发生氧化还原反应（氯同时 - 15 -

有氧化还原反应和取代反应），其产物主要有酸、醇、环氧化物等无毒的含氧基（-COOH）为主的产物，二氧化氯与各种有机物如三卤甲烷前体物的反应也主要是氧化反应而不是氯取代反应，因此能减少三卤甲烷的的前体数量。二氧化氯不与水中的芳香类有机物、链烷、链烯、炔、酮、醇、醛、和酯类等反应，能氯化腐殖酸、富里酸、和灰黄霉素等有机卤化物的前体物质，作用时都不会生成三卤甲烷。二氧化氯与有机物反应的宏观效果表现在漂白和除色等方面。二氧化氯不能大量消除三卤甲烷前体物，但投加二氧化氯能降低三卤甲烷的生成。

二氧化氯可将水中的酚氧化成苯醌（kun占总氧化产物的46%---65%）、马来酸和草酸。它在氧化酚时不会形成有臭味的中间产物。二氧化物能氧化氯酚，并与异臭物质如2，3，6-三氯苯甲醚、2-甲基-异冰片等产生反应而除臭，因此投加二氧化氯可以去除水中的臭味。二氧化氯还可将致癌物3，-苯并芘氧化成无致癌性的醌式结构。

此外，二氧化氯对无机物和有机物的氧化特性使之可以发挥一定的助凝作用，因此可以观察到经二氧化氯处理后的水浊度的降低，而且二氧化氯氧化能力比氯强，因此其助凝特性也比氯显著有效很多。

3）二氧化氯的杀灭原理

一种观点认为，二氧化氯在消毒时的作用不是使蛋白质变性也不是起氧化作用，主要是以氧化剂方式作用的，是“新生态氧”起的作用。据研究，呈分子状态的二氧化氯容易吸附接触在细菌的表面上，能较大程度地改变细胞外膜的蛋白质和类酯组成，使膜的渗透性增加。由于二氧化氯扩散速度和渗透能力都比氯快，对细菌的细胞壁有较强的吸附和穿透能力，因此能渗透到细胞内部，有效地氧化细菌内的酶，使微生物蛋白质中的氨 - 16 -

基酸和核酸氧化分解，导致氨基酸链断裂，蛋白质合成被抑制、破坏并失去功能。在氨基酸中，芳香族和含硫氨基酸最容易被二氧化氯破坏。微生物被杀灭以后，其残留的细胞结构也会被二氧化氯分解。二氧化氯还能氧化叶绿素，使植物的蛋白质合成中断，使植物细胞产生不可逆的原生质脱水，导致质壁分离使细胞死亡。

二氧化氯还可以抑制病毒的特异性吸附，阻止病毒对其宿主细胞的感染。对于病毒的灭活机理。Noss 和Qlivieri等人认为二氧化氯易与牛肮氨基酸、色氨酸和酪氨酸反应，导致病毒衣壳的蛋白质发生变化，从而灭活病毒；而Alvarez和平共处O’Brien则相信是二氧化氯抑制了RAN的合成。但是，目前尚无法确认以哪一种机理为主抑或是二氧化氯与核酸和外壳结构两者同时反应。

在投加量相同的情况下，二氧化氯的杀灭能力与氯相仿，低浓度时一般比氯更高，取决于使用条件，采用大肠杆菌实验，pH=6.5时氯的灭菌效率与二氧化氯相仿，但pH=8.5后二氧化氯的灭菌效率可超过氯20倍，所以出水中氯的剩余浓度可以比单纯用氯消毒时低。

二氧化氯具有强氧化性，杀菌能力强，对细菌、病毒有广谱的灭活能力。杀灭微生物的范围有细菌、芽孢、病毒、藻类、真菌、孢子等。二氧化氯的杀菌范围包括大肠杆菌、类炭疽杆菌、葡萄球菌、绿脓杆菌、霍乱菌、沙门氏菌、痢疾杆菌、异养细菌、军团菌、亚硫酸盐还原菌等。其灭菌效果与菌种有关，大致为氯的1.3---10倍，次氯酸钠的2倍。

二氧化氯抑制病毒的能力一般比氯高3倍，比臭氧高1.9倍，能杀灭一般的肠病毒和腺病毒。据实验研究，二氧化氯灭活脊髓灰病毒、大肠杆菌噬菌体等的效果不亚于自由氯，而杀灭贾第虫孢囊等到微生物要比氯更 - 17 -

为有效。二氧化氯还能杀灭蠕虫、微生物甲壳类中的虱类等动物和控制藻类。

二氧化氯对于原核细胞的微生物杀菌效果较好，原因是这些细胞的大部份酶系统分布在接近细胞膜的表面，容易被化学物质所破坏；而高等动植物的酶系统大多处于细胞深处的细胞器内，容易等到保护，二氧化氯也不会使细胞内的蛋白质变性，因此高等动植物机体的细胞对二氧化氯的耐受力要比细菌强。

4）二氧化氯消毒特点

A、优点：杀菌能力强、消毒快而耐久，消毒副产物少，有效的杀灭和水质控制效果，应用pH范围大，适用的水质范围广，氧化有机物能力强。

B、缺点：二氧化氯消毒成本较高，二氧化氯制取设备比较复杂，二氧化氯对某些特殊水质不能适用，二氧化氯的测定方法仍需改进和成熟，二氧化氯本身也有毒性。

4、二氧化氯消毒应用

1）适用的水质条件：原水中含有大量的腐殖酸、富里酸等天然有机物质，或受有机物污染的地表水源；因藻类和真菌繁殖而产生色、臭、味的水源；pH和氨氮含量高的水源；原水中酚浓度高，并且氯酚是水产生臭味的主要来源的水源；铁、锰含量较高，要采用化学氧化去除的水源；采用氯消毒会使三氯甲烷严重超标的水源等。

2）二氧化氯投加

①、预处理 用于预处理除铁、除锰、除藻时一般投加0.5—3.0mg/L，若同时除臭要有所提高，但一般不超过5.0mg/L；投加点一般设在混凝剂加注前5min左右，以二氧化氯与被去除物质所需的反应时间而定，接触时间 - 18 -

约为15—30min，除臭时投加点可设在滤后。

②、消毒处理 用于出厂饮用水消毒最终处理时一般投加0.1—1.4mg/L，水温较低时投量可加大，投加点一般设在滤后，接触时间约为15—30min。

2）二氧化氯与氯联合使用

①、用地氧化氯作为主消毒剂和氧化剂

②、用二氧化氯作为附属消毒剂

③、二氧化氯和氯混合投加

国家《生活饮用水标准》GB5749-2006中规定使用二氧化氯消毒后出厂水的剩余量为0.1mg/L，城市管网末梢水中为0.02mg/L。

四）、臭氧消毒技术

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