常规饮用水预氧化研究-氧化消毒剂优缺点比较
    我国北方城市水源70％以上为地表水，有机物污染严重，藻类大量繁殖，各种浮游动物孳生，常规处理工艺无法满足安全饮用水供应的需要。因此，供水行业迫切需要先进、高效的饮用水安全保障技术。天津市水源水质具有季节性变化明显、污染指标突发性超标和高藻期水质富营养化特征指标超标的特点，在北方地区具有典型性和代表性。论文针对天津市饮用水源不同水质期，采用预氧化技术强化常规工艺，以提高对有机物的去除能力，保障出水水质。研究了高锰酸钾、氯、臭氧预氧化效果以及对后续气浮、过滤等常规工艺处理效果的影响，实验结果表明预氧化能提高后续处理工艺出水水质。对于夏季高藻期水质，高锰酸钾预氧化对有机物有一定的去除能力，并能提高后续工艺出水水质；预氯化能显著去除藻类，但后续工艺出水水质受藻类数量影响明显，预氯化只有在高藻期才能提高后续常规处理工艺出水水质；对于冬季低温低浊水，预臭氧化虽不能降低水中有机物浓度，但能显著提高后续常规处理单元出水水质。 对高锰酸钾、氯和臭氧三种氧化剂进行分析比较，结果表明三种氧化剂均能提高混凝效果，但高锰酸钾预氧化和预臭氧化在提高气浮和过滤出水水质保障率方面均优于预氯化。高效液相色谱(HPLC)分析结果表明，预氧化均能将原水中大分子有机物氧化分解为小分子有机物。通过色谱-质谱联用(GC-MS)评价分析了高锰酸钾和氯对有机物结构的改变，高锰酸钾和氯均将原水中的一些不饱和性有机物氧化分解为一些含氧基团的有机物，如羧酸类、醇类和醛等有机物，但预氯化会在水中出现一些卤代物，卤代产物不仅出现在苯环上，而且出现在链烃上。
以下为不同的氧化剂在水中的优缺点：
一、    氯气
目前，国内外对饮用水的消毒常采用的有氯气、次氯酸钠、漂白粉、二氧化氯、双氧水、臭氧、紫外线等药剂和方式。
氯气是一种剧毒物品，若管理不善或使用不当，将会对人和设备造成恶性伤害。据有关资料介绍，一立方米的空气中含有3.2克氯气（1000ppm）时，人瞬时接触立即死亡；一立方米的空气中含有0.32克氯气（100ppm）时，人瞬时接触可引起呼吸困难，脉博减少。
氯气在饮水中的消毒原理如下：
Cl2 + H2O→ HOCl + H++Cl-
氯气在水中生成的HOCl分子量小、不带电荷，可以扩散到带负电荷的细菌表面，穿过细胞壁破坏细菌的酶系统，使其死亡。
目前国内外大型给水厂绝大多数都采用钢瓶液氯消毒，它具有价格低、投加量大、可以实现自动控制的优点。
存在问题：
1，需要使用压力容器及管道，如果使用不慎或其中杂质（三氯化氮）含量过高，及易产生爆炸；国外许多国家一般在中小型自来水厂不再使用液氯，尤其是公用场所禁止使用；
2，氯气分子容易和水中的微量有机物反应，产生致癌物质—卤代有机物。如：三氯甲烷、四氯化碳、卤乙酸等。
3，为保障水厂和城市安全，需要安装防止氯气爆炸的吸收装置，该装置一般约需20多万元；
4，液氯投加需要专门的设备，而该设备一般需要进口产品，如按10万吨/日水厂配置，一般需投资30万元以上。
二、 次氯酸钠
次氯酸钠的分子式是NaClO，属于强碱弱酸盐，它清澈透明，是一种能完全溶解于水的液体，一般多以电解低浓度食盐水制备。次氯酸钠液和氯气一样，是一种传统的消毒剂。也是一种高效、广谱、安全的強力灭菌、杀病毒药剂。它同水的亲和性很好，能与水任意比互溶，它不存在液氯、二氧化氯等药剂的安全隐患，且其消毒效果被公认为和氯气相当。目前已经广泛地运用于包括自来水、食品卫生、中水、工业循环水、游泳池水、医院污水等各种水体的消毒。
次氯酸钠的消毒原理如下：
NaClO+H2O→HClO+NaOH
HClO→HCl+[O]
次氯酸钠的灭菌原理主要是通过它的水解形成次氯酸，次氯酸再进一步分解形成新生态氧[O]。新生态氧的具有极强的氧化性，使细菌和病毒的蛋白质变性，从而使病源微生物致死。次氯酸在杀菌、杀病毒过程中，不仅可作用于细胞壁、病毒外壳，而且因次氯酸分子小，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，从而导致病原微生物死亡。
也正是因为这一特点，所以它具有消毒效果好，操作安全，使用方便，价格低廉、易于储存，对环境无毒害，不存在跑气泄漏，可以任意环境工作状况下投加等优点。
此外，由于次氯酸钠不象氯气、二氧化氯等消毒剂在水中产生游离分子氯，一般不发生象分子氯那样的氯代化合反应，即不生成对人体健康的有害的卤代有机物。
   该物质的缺点是，至目前为止国内还没有自动控制的投加设备。
三、二氧化氯
      二氧化氯的分子式是ClO2，在高于11oC时，二氧化氯汽化，成为一种黄绿色气体。它是一种极活泼的氧化物，稍经受热，就会迅速而爆炸性分解为氯气和氧气。二氧化氯具有比氯气更大的刺激性和毒性，毒性为氯气的40倍 。该物质是一种新型的饮水消毒剂，目前在国内外只有少量应用。
二氧化氯的消毒原理与以上物质类似，它在水中具有较好的溶解性，仍然以ClO2分子形态存在，破坏细菌等微生物的氨基酸，达到消毒目的。
该产品具有氧化性强、不生成卤代有机物等优点。但是仍然产生对人体健康有害的副产物，如亚氯酸盐、氯酸盐。这两种物质已经被国外和我国新的水质标准列为有毒、有害物质，严格控制。此外该物质存在容易爆炸、水中的浓度难以检测、原材料和投加设备都较贵的缺陷。
四、臭氧
臭氧的分子表达式为O3，通常状态下是浅蓝色气体，并具有剧毒性。由于有一种鱼腥臭味便得了这个不雅的称谓。在-112℃凝聚为深蓝色液体，在-192℃凝结为黑紫色固体。臭氧在水中的溶解能力很小，但比氧易溶于水。液态臭氧与液氧不能互溶。与氧气相反，臭氧是非常不稳定的，在常温下缓慢分解，200℃以上分解较快，且分解时释放大量热量。纯的臭氧还容易爆炸。
就化学性质来说，无论在酸性、中性、碱性介质中，臭氧的氧化性比氧更强。正因为这一点，臭氧可用作杀生剂，能应用来对各种水体进行消毒和处理。
臭氧通常存在于高层大气中，主要是通过太阳光中紫外线对氧分子的激活而生成的。高层大气中的臭氧对地球生物包括人类都具有保护作用，它能吸收紫外线，从而使生命免受紫外线的伤害。
氧气和空气在放电的情况下可产生少量臭氧，因此在工作着的电机、高压电器等附近也会发现它。比如处于长期工作状态的复印机就有一些臭氧发出。夏季雷雨季节，雷电击穿空气同样会产生一些臭氧。
另外，一些装有高压器件的家用电器也能产生微量的臭氧。由于臭氧会分解，所以一般空气中的含量是很微弱的。但是，由于人需要呼吸空气中的氧气，如果某些环境空气中臭氧含量超过1ug/m3时，则直接对人体健康造成伤害，浓度越高危害也就越大，因此，有些国家制定环保标准时对于环境空气中臭氧含量也进行了强力限制。
在近20000V的电压下，通过氧气放电方式，世界上最先进的设备通过纯氧所能产生的臭氧化氧气可含10%的臭氧。现在可以用来小规模处理水消毒的臭氧发生器，大多是通过对压缩空气进行放电获得臭氧的。这种设备所产生的臭氧浓度不会很高的，一般为1%－2%。
由于臭氧的氧化能力很强，加之放电时会产生大量的热能，故而放电电极容易损耗，所以必须定期更换放电电极。放电电极多由极为特殊材料构成，一般为高抗氧化的贵重金属(象铂金)或者合金复合材料组成。进行无声放电激发空气成臭氧化空气的设备的电极表面还有一层电介质。因此，一套高质量的臭氧设备其价格是不菲的，产量稍大一点的设备就超过百万元以上。
我们知道，空气在高压环境下放电还会生成一氧化氮和二氧化氮等有害物质，这些物质往往会在水中积累而形成致癌性的亚硝酸盐。臭氧发生器同样存在产生亚硝酸盐这个问题，这是用户需要清楚的。当然，亚硝酸盐含氮，对于农作物增产很有好处，所以打雷下雨后的农作物长势总是显得非常好。
臭氧的氧化电位很高，就氧化消毒能力来讲比氯更加优良，仅次于氟和高铁酸钾。因此在仪器工业以及极个别的游泳场馆也有采用臭氧发生器设备消毒的。近来，还有些专家主张可以小规模用来进行污水治理，但经过试用，治理效果并不好。
臭氧常处于不稳定状态，特别是在水中的分解会随着水温的升高而增强。臭氧在水中分解时直接放出单原子氧［O］，因而具有强大的氧化消毒功效。臭氧由于分子小，能迅速扩散和渗透到水中的细菌、芽孢、病毒中，强力有效地氧化分解细菌、病毒、藻类物质的各种组织物质。此外，它不生成任何带有特殊气味的物质，在味觉、气味、颜色方面可以很好地起到改善水质的作用。它的这一特点决定其在食品工业方面应用是很有前途的。比如，规模较大的纯净水、矿泉水生产厂都是使用的臭氧发生器消毒。
但对于游泳池水的处理来讲，由于臭氧不易溶于水，在水中的任何情况下都是不稳定的，只有水体同臭氧充分混合接触才可能消毒有效，因此，臭氧消毒游泳池水必须安装大型洗涤器才可行，而且池水量越大洗涤器就应该相应增大。一般来讲，专用储存洗涤器的水量至少应该是池水的三分之一以上，占用地方比较大。国外发达国家游泳池都是自建的较多，泳池较小，洗涤器也就不大。
同时，由于臭氧的毒性，游泳池水中的臭氧最大允许浓度不能超过0.01ml/L，空气中的臭氧最大允许浓度不能超过0.001mg/m3(1ug/m3)。所以，经过臭氧消毒过的水在进入游泳池之前，必须利用活性炭来吸收多余的臭氧。这样，泳池水体中便不存在剩余量，无法保证水体仍然具有效消毒作用，因而还需要设置一套采用诸如次氯酸盐等辅助加药消毒系统，使池水能够保持0.5－1.0mg/L的量。
我们认为，对于游泳池消毒采用臭氧发生器设备，这些相关辅助配套的措施和设备是不能缺少的。因为，臭氧消毒达不到一定浓度同样会影响消毒效果，但超过规定使用浓度就会使人出现头痛、头晕、恶心甚至呕吐的中毒症状。据有关医学资料介绍，长期接触臭氧引发癌症的几率成百倍地增高。这一点对于本来就是为着锻炼身体之目的的游泳场所来讲，对于臭氧消毒的管理复杂性是可以想象的。
可见，虽然臭氧的消毒效果较好，但也仅仅是水体接触臭氧的区域。而且，由于用作游泳池消毒装置比较复杂，包括有空气干燥器、臭氧发生器、臭氧洗涤器、活性炭吸附器等主附件设备，所以投资昂贵，管理水平要求很高，能够承受的单位并不多。
我国的基本国情是人口众多，地域广大，水资源缺乏，同时还是当今世界上最大的经济发展中国家。这也决定了我国游泳池的建设主要倾向于公用，只能多修建一些较大型游泳池来满足人民群众的生活需要。泳池相对较大，池水量较多，可以解决游泳人流量比较集中、消费层次较低的问题，这样，既达到了降低成本的目的，又能够为居民提供锻炼身体的便利场所。但是，这种现实情况下的大型游泳池的消毒，采用臭气发生器往往是得不偿失的。据我们调查，许多大型游泳场馆使用臭氧消毒效果不好，夏季还发生严重的浑水现象，多半不到一年就停用了。
此外，臭氧对水体PH值范围的要求也和氯气近似，不能适应碱性水质，碱性化水质只会加速臭氧的分解。还有，臭氧消毒游泳池水对铁管道的锈蚀也是比较大的，高活性氧原子很容易同铁生成氧化铁。所以在使用氧化剂时都应该选用耐腐蚀，耐氧化性极强的产品作为输入管路。
五、结语
综上所述，从消毒设备的发展趋势上看，选择一种好的无毒无污染的方式更为理想化。但每一种消毒剂不可能没有利弊的。从消毒能力上讲，臭氧和次氯酸钠都很好，而且臭氧稍比次氯酸钠灭菌更快速一些，水质方面也没有太多的异味物质生成，设备运行更加稳定。运行成本方面，臭氧的电耗可能要高一些，但维修也方便，也更具性价比优势。
不管是氯气、臭氧还是二氧化氯气体，不仅存在扩散和跑泄漏问题，而且它们的溶解性能都是比较差的，在药物投加方面要做到像次氯酸钠等液体消毒剂那样方便准确是比较困难的。一般来讲，它们通过发生器所形成的气体气压大抵为常压，不会高出大气压力多少，更不可能有近似液氯的压力，也没有真空加氯机这样的投加设备，这是它投加困难达不到所要求水质标准的主要因素。
二氧化氯用作水消毒通过近些年的推广使用，确有许多不尽人意的地方，实际运用效果和实验室结果差别很大，药物投加不能使水质达到规定指标，安全性也很差。这些缺陷是与二氧化氯的性质和运用技术有密切关系的，也与需求单位现有设备管理人员的知识水平有关。目前，国家也没有针对二氧化氯制定一个比较完善统一的国家标准，也不能确定一套最为成熟可行的解决方案。尽管在全国召开了几次有关二氧化氯的会议，但是，二氧化氯所表现出的不够稳定之特性，表明对于二氧化氯参与漂白和消毒的机理还有待深入研究，二氧化氯在消毒领域和臭氧一样仍然处于探索和产品改进阶段。
消毒药剂同治病药物一样，有无副作用，效果如何，也必须经过时间的检验。事实证明，在所有通用消毒药剂中，臭氧发生器仍然是比较可靠的杀菌剂。

 

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原载: 臭氧发生器
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