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次氯酸鈉二氧化氯和臭氧的比較
目前，從水體消毒的種類來說，有氯氣、次氯酸鈉、漂白粉、三氯異氰尿酸、二氧化氯、雙氧水、臭氧等藥劑和方式，此外還有紫外線消毒等一些手段。
由于氯氣運輸、管儲方面的不安全；在投加方面，氣體同水體的溶解性較低，容易散失，水中留存余量難以達到標準；氯氣瓶氣壓不斷變化，存在投加計量不夠準確的問題；加之，氯氣等氣體的極強擴散性對環(huán)境存在毒害作用，游離氯的高活性容易形成許多象四氯化碳一類的致癌物質(zhì)，故而，取消液氯的主張越來越多，也日益受到人們的關注。
就拿氯氣的安全性來說，就始終是一個讓人時時警覺的問題。在我國，幾乎每一年都有氯氣罐泄漏的安全事故發(fā)生。氯氣作為危險品受到各國安全機關的嚴格管制。前些年，發(fā)生在福建三明火車站氯氣瓶運輸中的跑氯事件造成幾千人的緊急疏散；在北京有些游泳場由于操作人員不謹慎，三分鐘跑氯就有37名孩子住進醫(yī)院。我國的天津地區(qū)就明確規(guī)定公共娛樂場所禁用氯氣進行消毒。
在國外許多發(fā)達國家，像美國、德國、日本等就相當限制氯氣的使用，氯氣主要用于污水處理。尤其是公用場所和中小型自來水廠一般不再使用液氯，而多以使用次氯酸鈉液體進行消毒。當然，也有根據(jù)用水要求，如像小量飲用水就采用諸如紫外線、臭氧、雙氧水等手段進行滅菌殺毒。
氯氣、次氯酸鈉、、氯酸鈉氯酸鈉和用臭氧發(fā)生器設備，一般都必須采取者壓縮空氣進行發(fā)二氧化氯和臭氧[1]都是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中比較容易見到的幾種強氧化劑，除臭氧以外，它們均為非天然存在的化學物質(zhì)。一般都可以用作水體殺生劑。它們不僅具有滅殺細菌和病毒的功能，還能夠漂白紙張、纖維以及用作化學合成等。廣泛用于自來水消毒、游泳池水滅菌、污水處理、循環(huán)水除藻、造紙工業(yè)、化學合成業(yè)、以及醫(yī)藥衛(wèi)生和防疫等各個領域。
但是，不同的藥劑具有不同的性能和特點，就如同不同廠家的產(chǎn)品具有并不相同的質(zhì)量一樣。氯氣、次氯酸鈉、二氧化氯和臭氧在物理化學性能上，以及實際使用中都有很大的區(qū)別。就這幾種消毒劑的應用來講，以次氯酸鈉為最為安全有效，易于儲存，使用最為方便。
有關氯氣的性能和使用我們都很熟悉了，它的殺生效果很好，容易獲得，經(jīng)濟廉價，而且投加方便，占用地方很小，但安全性比較低，管理上容易疏忽。在這里，我們主要想具體探討和比較一下次氯酸鈉、二氧化氯和臭氧三種殺生劑的性能以及相關設備的使用特點。
次氯酸鈉
次氯酸鈉的分子式是NaClO，屬于強堿弱酸鹽，它清澈透明，是一種能完全溶解于水的液體。但由于次氯酸鈉液不易久存，次氯酸鈉多以電解低濃度食鹽水現(xiàn)場制備。
次氯酸鈉液體通過電解食鹽水制備，這種設備稱為次氯酸鈉發(fā)生器。其次氯酸鈉的生成過程可以通過化學方程式表達如下：
其總反應表達如下：
NaCl + H2O → NaClO + H2↑
電極反應：
陽極： 2Cl- - 2e → Cl2
陰極： 2H+ + 2e → H2
溶液反應： 2NaOH + Cl2 → NaCl + NaClO + H2O
當然，次氯酸鈉消毒液體以次氯酸鈉發(fā)生器生產(chǎn)為最佳。因為，它生產(chǎn)出的次氯酸鈉液體比較穩(wěn)定、單一，也容易保存，不含制氯廠出品的那些復雜甚至有害的成分。
關于次氯酸鈉發(fā)生器，我國已于1990年1月12日發(fā)布了GB 12176-90 國家標準。它是一種已經(jīng)認可、可以信賴、十分穩(wěn)定、并有權威資料可查詢的產(chǎn)品。次氯酸鈉發(fā)生器已經(jīng)有一百多年的歷史了，已經(jīng)證明是一種運行成本很低、藥物投加準確、消毒效果極佳的設備。
就消毒而言，次氯酸鈉液還是具有明顯優(yōu)勢的。作為一種真正高效、廣譜、安全的強力滅菌、殺病毒藥劑，它同水的親和性很好，能與水任意比互溶，它不存在液氯、二氧化氯等藥劑的安全隱患，且其消毒效果被公認為和氯氣相當。也正是因為這一特點，所以它消毒效果好，投加準確，操作安全，使用方便，易于儲存，對環(huán)境無毒害，不存在跑氣泄漏，可以任意環(huán)境工作狀況下投加。
事實上，次氯酸鈉廣泛用于包括自來水、中水、工業(yè)循環(huán)水、游泳池水、醫(yī)院污水等等各種水體的消毒。次氯酸鈉還能夠破壞氰根離子和苯環(huán)等，用作處理含氰廢水和一些工業(yè)重度污染廢水的高級氧化，還可以用于紙漿等漂白。高濃度的次氯酸鈉液體還可以用于剝離設備及管道上附著的沾泥[2]。
次氯酸鈉的滅菌原理主要是通過它的水解形成次氯酸，次氯酸再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的蛋白質(zhì)變性，從而使病源微生物致死。氯氣消毒的原理也主要是以產(chǎn)生出次氯酸方式。
根據(jù)化學測定，次氯酸鈉的水解受PH值的影響，當PH超過9.5就會不利于次氯酸的生成。但是，絕大多數(shù)水質(zhì)的PH值都在6—8.5，而對于PPM級濃度的次氯酸鈉在水里幾乎是完全水解成次氯酸，其效率高于99.99%。其過程可用化學方程式簡單表示如下：
NaClO + H2O → HClO + NaOH
HClO → HCl + [O]
次氯酸在殺菌、殺病毒過程中，不僅可作用于細胞壁、病毒外殼，而且因次氯酸分子小，不帶電荷，可滲透入菌（病毒）體內(nèi)與菌（病毒）體蛋白、核酸、和酶等發(fā)生氧化反應，從而殺死病原微生物。
R-NH-R + HClO → R2NCl + H2O
同時，氯離子還能顯著改變細菌和病毒體的滲透壓使其喪失活性而死亡。
在消毒方面，值得肯定的是，由于次氯酸鈉發(fā)生器所生產(chǎn)的消毒液中不象氯氣、二氧化氯等消毒劑在水中產(chǎn)生游離分子氯，所以，一般難以形成因存在分子氯而發(fā)生氯代化合反應，生成不利于人體健康的有毒有害物質(zhì)。并且，次氯酸鈉也不會象氯氣同水反應會最后形成鹽酸那樣，對金屬管道構成嚴重腐蝕。不過，它同氨可以發(fā)生反應，在水中生成微量的帶有氣味的氯氨化合物，但這種物質(zhì)也是一種安全的殺生藥劑，只是遠不及次氯酸鈉的殺生能力。
NH3 + HClO → NH2Cl + H2O
NH2Cl + HClO → NHCl2 + H2O
NHCl2 + HClO → NCl3 + H2O
就運行成本而言，采用次氯酸鈉消毒的運行成本費用是很低的，稍比氯氣高一些。根據(jù)英國所統(tǒng)計的一組數(shù)據(jù)表明，次氯酸鈉同氯氣成本相比大約為1.05 ：1[3]。
使用次氯酸鈉消毒以采用次氯酸鈉發(fā)生器為最優(yōu)。以前，次氯酸鈉發(fā)生器未能在我國大范圍推廣的原因，主要是：過去在陽極防腐材料方面不過關；其次是我國經(jīng)濟發(fā)展滯后和對水處理技術不夠重視；再次是次氯酸鈉發(fā)生器比氯氣的一次性投入要略高等因素造成的；當然還有限制用電的因素，盡管設備耗電不大。
實際中，還有一些單位對水體消毒所使用的消毒劑是從氯堿工廠出產(chǎn)的次氯酸鈉液。事實上，氯堿工廠生產(chǎn)的次氯酸鈉液同次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場制備的次氯酸鈉液還是有一定區(qū)別的。次氯酸鈉是氯堿工廠生產(chǎn)過程中必然留下的一種副產(chǎn)品，它是通過堿液吸收多余的氯氣生成的。這是為了保障安全必須設置的一道工藝。對于大多數(shù)制氯堿的工廠來說，次氯酸鈉作為一種副產(chǎn)物，成分較復雜，還很容易分解。有些氯堿工廠將陰極堿液直接流到尾端作為富余氯氣的收集液，當然這種堿液的成分是非常復雜的了。據(jù)一些報道分析，有些廠從經(jīng)濟效益上考慮，使用石墨做電極還產(chǎn)生出相當多的二惡因成分。
2OH- + Cl2 → Cl- + ClO- + H2O
一般來講，該反應通常在低溫下進行，因為低溫下一分子氯氣還可以同八分子水結合成暫時性的水合氯，它在水中呈游離氯狀態(tài)。這樣，當溫度略高時，它就會很自然地從水中釋放出來，不能長時間保存，很容易揮發(fā)失效，投加中也散逸出一些氯氣。另外，它需要大型塑料桶裝儲，占用一定空間，在運輸、儲存和管理上也還是比較麻煩的。所以，這種含有一定游離分子氯的次氯酸鈉溶液用于水體消毒，自然不及現(xiàn)場使用次氯酸鈉發(fā)生器好。但它還是比使用液氯消毒更為安全可靠。
此外，還必須說明的是，采用次氯酸鈉消毒，不可避免地使水中存在一定鹽分。不過，由于投加是按每一噸水幾克的標準進行的，象自來水等流動水體根本就不存在累積的問題，更不可能產(chǎn)生咸鹽的感覺。對于游泳池水來說，某一個較短時期可能有一些累積的，但由于游泳池本身會定期對凈化設備進行反沖洗，因而需要補充一部分新鮮水，加之投加的量很小，約為百萬分之幾的量，從長期來看，池中也不會有鹽分累積，池水更不可能變得咸鹽的。通過我們的調(diào)查和走訪，我們也沒有發(fā)現(xiàn)有哪一家用戶因使用次氯酸鈉發(fā)生器設備而造成池水變得鹽咸了的事例，大多數(shù)游泳池還是遠低于用作消毒的生理食鹽水之濃度。
另外需要說明的一點，次氯酸鈉發(fā)生器在工作過程中電極會逐步結垢，這就需要定期清洗電極。一般大約一至三月清洗一次，其方法都是將稀鹽酸通過防腐泵打入電解槽中浸泡一定時間進行溶解。當然，效果還是很不錯的。
二氧化氯
二氧化氯的分子式是ClO2，在高于11oC時，二氧化氯沸騰，成為一種黃綠色氣體。它是一種極活潑的化合物，稍經(jīng)受熱，就會迅速而爆炸性分解為氯氣和氧氣。二氧化氯具有比氯氣更大的刺激性和毒性，毒性為氯氣的40倍 [2]。由于它是氣體，易于擴散，受熱又容易分解，在纖維表面停留時間較短，并且與水反應還能生成具有較強漂白能力的HClO2, 能夠不降解和損傷纖維，所以在造紙、印染等行業(yè)得到很好應用。二氧化氯作為一種強氧化劑，同樣具有和氯相似的殺生能力。
二氧化氯極其不穩(wěn)定，不能象次氯酸鈉那樣可以運輸，運輸中很容易發(fā)生爆炸事故，所以只有依靠現(xiàn)場制備。一般都是通過氯酸鹽同酸的反應制備得到，以氯酸鈉的成本為最低。但是，氯酸鈉與硫酸的反應十分劇烈，所產(chǎn)生二氧化氯幾乎是爆炸性分解為氯氣和氧氣，這當然與硫酸在反應中大量放出熱量有關。用化學方程式表達如下：
3NaClO3 + 3H2SO4 → 3NaHSO4 + 3HClO3
3HClO3 → 2ClO2↑ + HClO4 + H2O
2ClO2 → Cl2↑ + 2O2↑
最為溫和的方法是草酸與氯酸鈉的反應生成二氧化氯氣體，但成本更高：
2NaClO3 + 2H2C2O4 → Na2C2O4 + 2H2O + 2CO2↑ +2ClO2↑
國內(nèi)一些廠家采用鹽酸進行定量控制滴加氯酸鈉的方法生成二氧化氯，這種設備有的可以獲得最高不超過50%的二氧化氯和大于50%的氯氣。之所以考慮使用鹽酸，當然與原料容易獲得和生產(chǎn)成本相對較低有直接關系。
一般來說，氯酸鈉與鹽酸發(fā)生反應過程比較復雜一些。如果使用稀鹽酸反應，生成物可以獲得二氧化氯和氯氣的混合物氣體[4]，但規(guī)模制備還必須設防爆裝置，操作也必須十分小心，因為二氧化氯受熱很容易爆炸性分解：
NaClO3 + HCl（稀） → NaCl + Cl2↑ + 2ClO2↑ + 2H2O
實際上，這個反應也是分為兩步完成的，氯酸鈉先同鹽酸反應生成氯酸和氯化鈉，氯酸隨后分解成二氧化氯、氯氣和水。
當使用濃鹽酸與氯酸鈉反應時，生成物中只有氯氣放出，而沒有二氧化氯氣體[4]：
NaClO3 + 6HCl（濃） → NaCl + 3Cl2↑ + 3H2O
很顯然，在某一中間范圍的鹽酸濃度中，上述兩種反應均有發(fā)生，可將上兩反應方程式相加表述為[4]：
ClO3- + 7Cl- + H+ → 4Cl2↑ + 2ClO2↑ + 5H2O
從上面方程表達式是來看，鹽酸同氯酸鈉反應生成的二氧化氯含量是很不穩(wěn)定的，所生成氣體主要部分還是氯氣，少量為二氧化氯。
由于制取二氧化氯需要使用氯酸鈉或者氯酸鉀，所以運行成本很高，大約為次氯酸鈉運行成本的5倍以上[2]。此外，由于鹽酸容易揮發(fā)，并具有強烈腐蝕性，因此，在管理上相對比較麻煩，需要較多的安全容器來儲存保管。
在工業(yè)上，有一種制備二氧化氯水溶液的工藝[1]，工藝比較復雜，具體方法是：讓二氧化氮由底部向上通過一個填充塔，而氯酸鈉溶液由上往下流動，反應方程式表達如下：
ClO3- + NO2 → NO3- + ClO2
這種水溶液濃度不高，處理起來比較安全（水溶液中二氧化氯含量超高30%時處理不當也會引起爆炸），溶解實際上是一個物理過程。置于日光下時，溶液會緩慢地分解成酸的混合物。但是，這種方式的運行成本更高，一般也不用于生活飲用水中消毒。
據(jù)有關資料記載，純二氧化氯用于水的消毒也與氯氣近似，但稍有所不同。它具有兩個氯氣不具備的特點：一是它使用的PH范圍廣，在PH6—10內(nèi)能有效地殺滅絕大多數(shù)的微生物；二是它不會與氨發(fā)生反應產(chǎn)生令人不愉快的味道。但是，它在水中分解時會產(chǎn)生亞氯酸鹽這種副產(chǎn)品，如用于游泳池消毒，亞氯酸鹽長時間的積累起來會使水變黃，還會出現(xiàn)對皮膚和眼睛的刺激，一般采用投加一定量氯的辦法來消除[3]。
有些資料上有關于二氧化氯可以殺滅芽孢的說法，但具體機理和實際效果并不祥。目前，國內(nèi)使用二氧化氯用于自來水、中水等消毒非常成功的實例較少。由于所有氣體消毒劑溶解于水的能力較低，都存在非常不穩(wěn)定、不安全、易揮發(fā)的因素，很難使水體中達到應有的余氯檢測量，故而，對自來水、游泳池等需要維持一定消毒藥量來說，二氧化氯消毒比較困難達標，其水體中余氯檢測值也較難得到保證。更何況，二氧化氯尚沒有氯氣那么高的氣壓可通過加氯機同水體形成暫時水合物的能力，所以，從技術上來講，大規(guī)模使用二氧化氯投加也還非常不現(xiàn)實。
通常認為，二氧化氯的消毒原理也是和氯氣一樣,少量二氧化氯先同水發(fā)生反應產(chǎn)生亞氯酸HClO2，亞氯酸是一種相當弱的弱酸，具有氧化漂白作用。
2ClO2 + H2O → HClO2 + HClO3
工業(yè)上一般并不直接使用二氧化氯，而是應用亞氯酸鈉溶液進行漂白。通過將立時產(chǎn)生的二氧化氯水溶液和過氧化鈉混合即可得到單一的亞氯酸鈉。
2ClO2 + Na2O2 → 2NaClO2 + O2
亞氯酸鈉是一種軟性漂白劑，通過水解逐步釋放出亞氯酸，可以漂白許多天然和合成纖維而不會使它們降解，也可以漂白油、油漆和蜂蠟等[1]。這一技術的出現(xiàn)和運用在時間上并不長。誠然，使用該技術，從設備投資到運行成本都是很高的，小規(guī)模的企業(yè)都難以承受。
國內(nèi)生產(chǎn)二氧化氯發(fā)生器的企業(yè)很少有掌握生產(chǎn)二氧化氯水溶液這種較高安全性技術的，多數(shù)都是采用氯酸鈉同鹽酸定量滴定，控制反應生成量的辦法來實現(xiàn)。這樣的設備成本很低，但安全性是非常差的，稍不謹慎就會釀成事故，管理上需要特別細心。國家正在通過技術部門對于此類設備的安全性提出質(zhì)詢和鑒定，有關方面的專家要求對其進行技術規(guī)范或者取締和淘汰。
比如，在北京大學游泳館、北京的天壇醫(yī)院、二龍路醫(yī)院等單位使用二氧化氯用作水體消毒，都因相繼發(fā)生過安全事故而被迫停用。因為，受熱的二氧化氯很容易發(fā)生爆炸性分解，直接造成毒氣泄漏而污染環(huán)境：
2ClO2 → 2O2 + Cl2
此外，現(xiàn)在世面上還有一種采用與工業(yè)上使用電解飽和食鹽水生產(chǎn)氯氣完全相同的辦法，生產(chǎn)一種稱為可以制備出二氧化氯的設備。其實，通過隔膜隔離陰陽兩極，這之中98%以上還是產(chǎn)生的氯氣。從原理上講，電解飽和食鹽水首先是氯離子得到電子生成氯氣，一部分氯氣同水反應最后生成次氯酸根離子，次氯酸根在電解中還可以進一步氧化生成亞氯酸根、氯酸根離子，它們受熱分解可以產(chǎn)生一氧化二氯、二氧化氯等氣體。但是，在這種電解方法中，生成亞氯酸根、氯酸根離子的效率是很低的。也就是說通過電解轉(zhuǎn)換成二氧化氯的效率不僅很低，而且這種方式?jīng)]有必要，既浪費電力，又很不經(jīng)濟。
由于氯酸根需要在一定溫度下才能分解出二氧化氯，電解槽內(nèi)必須有較高溫度。而電解槽必須是防腐的材料，目前通用的都是工程塑料，除聚四氟乙烯材料以外這些工程塑料的耐熱性大多是不很好，因此電解箱長時間使用就必然出現(xiàn)塑料變形，也必然導致氣體泄漏事故。
并且，作為氯氣、二氧化氯這些比空氣重的氣體總是會沿地面進行擴散，很難排除。一旦污染形成，這些有毒氣體就不可能在一個較短的時間里消除。由于氯氣劇毒，腐蝕性也很強烈，二戰(zhàn)時期希特勒就曾用來毒殺猶太人，所以氯氣一般由專門的氯堿工業(yè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，采用特制且干燥的氯氣瓶進行封裝和運輸。國家對氯氣還有專門安全機關監(jiān)管審查，使用氯氣往往需要特批。
二氧化氯極強的化學腐蝕性幾乎同氯氣一樣，而且它的毒性還是氯氣的四十倍。化學反應型設備也有積鹽積垢的問題，電解設備在電極同樣會產(chǎn)生水垢。但從清洗恢復效果來看，它就沒有次氯酸鈉發(fā)生器便利和有保證了。
事實上，這種設備在實際使用中也不是很成功的，出現(xiàn)了很多問題。跑泄氯氣嚴重，隔膜一般半年左右就損壞了，維修頻繁，藥物投加也達不到水質(zhì)設定的要求。像北京東單游泳館、北京體育大學游泳館、國家體委訓練中心跳水館和一些醫(yī)院自安裝以后就無法正常使用，都不得不陸續(xù)改裝成使用次氯酸鈉進行消毒。
就氯氣來講，現(xiàn)代醫(yī)學研究已經(jīng)證明，由于氯氣能同水中許多有機物發(fā)生氯化反應，生成很多氯代有機物，而氯代有機物大多是極其有害健康的，比如生成的三氯甲烷、四氯甲烷、二惡因等氯代物。專家們也經(jīng)常在使用氯氣消毒的自來水中檢測到致癌的三氯甲烷、四氯甲烷等氯代物。據(jù)美國醫(yī)學學會統(tǒng)計，長期飲用使用氯氣消毒的自來水人群中，膀胱癌、直腸癌、結腸癌、肝癌的發(fā)病率高于對照組幾十倍，甚至上幾百倍[5]。
1979年，美國環(huán)保署就制定了第一個有關氯化處理的飲用水中副產(chǎn)物含量的法規(guī)，限制供1萬人以上飲水的供水源中所有三鹵甲烷（其中三氯甲烷是最普遍的）不得超過每升100微克。1998年11月，美國環(huán)保署又通過了一個更加嚴格的水源標準，將三鹵甲烷的極限標準降低到每升80微克，同時還規(guī)定了其他有潛在危險的副產(chǎn)物，如溴酸鹽和鹵乙酸的極限，并規(guī)定水公司在用氯消毒之前，必須從水中清除活性有機化合物[5]。
最近，有關專業(yè)雜志還專門刊登了有關澳大利亞飲用水中消毒副產(chǎn)物的研究文章[6]，值得感興趣的同仁參考。
臭 氧
臭氧的分子表達式為O3，通常狀態(tài)下是淺藍色氣體，并具有劇毒性。由于有一種魚腥臭味便得了這個不雅的稱謂。在-112OC凝聚為深藍色液體，在-192OC凝結為黑紫色固體。臭氧在水中的溶解能力很小，但比氧易溶于水。液態(tài)臭氧與液氧不能互溶。與氧氣相反，臭氧是非常不穩(wěn)定的，在常溫下緩慢分解，200OC以上分解較快，且分解時釋放大量熱量。純的臭氧還容易爆炸[1，7]。
2O3 → 3O2
就化學性質(zhì)來說，無論在酸性、中性、堿性介質(zhì)中，臭氧的氧化性比氧更強。正因為這一點，臭氧可用作殺生劑，能應用來對各種水體進行消毒和處理。也可以用于漂白棉、麻、紙張，以及對皮毛進行脫臭。
臭氧通常存在于高層大氣中，主要是通過太陽光中紫外線對氧分子的激活而生成的。高層大氣中的臭氧對地球生物包括人類都具有保護作用，它能吸收紫外線，從而使生命免受紫外線的傷害。
氧氣和空氣在放電的情況下可產(chǎn)生少量臭氧，因此在工作著的電機、高壓電器等附近也會發(fā)現(xiàn)它。比如處于長期工作狀態(tài)的復印機就有一些臭氧發(fā)出。夏季雷雨季節(jié)，雷電擊穿空氣同樣會產(chǎn)生一些臭氧。
臭氧的產(chǎn)生，先是氧氣O2被激發(fā)離解，形成高活化能力的原子氧，大部分原子氧很快再結合成氧O2，但少數(shù)氧原子則同氧O2反應生成臭氧O3 ：
O2 + O → O3
另外，一些裝有高壓器件的家用電器也能產(chǎn)生微量的臭氧。由于臭氧會分解，所以一般空氣中的含量是很微的。但是，由于人需要呼吸空氣中的氧氣，如果某些環(huán)境空氣中臭氧含量超過1μg/m3時，則直接對人體健康造成傷害，濃度越高危害也就越大，因此，有些國家制定環(huán)保標準時對于環(huán)境空氣中臭氧含量也進行了強力限制。
臭氧可以在高電流強度下電解硫酸獲得，低溫時，在陽極放出的氧氣中可含有達30%的臭氧[1]。但是，這種辦法只能是在實驗室小量制備。因為硫酸是很強的酸，電極在強酸中不僅腐蝕消耗得迅速，而且材料也很不容易購買到。
在近20000V的電壓下，通過氧氣放電方式，世界上最先進的設備通過純氧所能產(chǎn)生的臭氧化氧氣可含10%的臭氧�，F(xiàn)在可以用來小規(guī)模處理水消毒的臭氧發(fā)生器，大多是通過對壓縮空氣進行放電獲得臭氧的。這種設備所產(chǎn)生的臭氧濃度不會很高的，一般為1%-2%[8]。
由于臭氧的氧化能力很強，加之放電時會產(chǎn)生大量的熱能，故而放電電極容易損耗，所以必須定期更換放電電極。放電電極多由極為特殊材料構成，一般為高抗氧化的貴重金屬（象鉑金）或者合金復合材料組成。進行無聲放電激發(fā)空氣成臭氧化空氣的設備的電極表面還有一層電介質(zhì)。因此，一套高質(zhì)量的臭氧設備其價格是不菲的，產(chǎn)量稍大一點的設備就超過百萬元以上。
我們知道，空氣在高壓環(huán)境下放電還會生成一氧化氮和二氧化氮等有害物質(zhì)，這些物質(zhì)往往會在水中積累而形成致癌性的亞硝酸鹽。臭氧發(fā)生器同樣存在產(chǎn)生亞硝酸鹽這個問題，這是用戶需要清楚的。當然，亞硝酸鹽含氮，對于農(nóng)作物增產(chǎn)很有好處，所以打雷下雨后的農(nóng)作物長勢總是顯得非常好。
臭氧的氧化電位很高，就氧化消毒能力來講比氯更加優(yōu)良，僅次于氟和高鐵酸鉀。因此在食品工業(yè)以及極個別的游泳場館也有采用臭氧發(fā)生器設備消毒的。近來，還有些專家主張可以小規(guī)模用來進行污水治理，但經(jīng)過試用，治理效果并不好。
臭氧常處于不穩(wěn)定狀態(tài)，特別是在水中的分解會隨著水溫的升高而增強。臭氧在水中分解時直接放出單原子氧[O]，因而具有強大的氧化消毒功效。臭氧由于分子小，能迅速擴散和滲透到水中的細菌、芽孢、病毒中，強力有效地氧化分解細菌、病毒、藻類物質(zhì)的各種組織物質(zhì)。此外，它不生成任何帶有特殊氣味的物質(zhì)，在味覺、氣味、顏色方面可以很好地起到改善水質(zhì)的作用[3]。它的這一特點決定其在食品工業(yè)方面應用是很有前途的。比如，規(guī)模較大的純凈水、礦泉水生產(chǎn)廠都是使用的臭氧發(fā)生器消毒。
但對于游泳池水的處理來講，由于臭氧不易溶于水，在水中的任何情況下都是不穩(wěn)定的，只有水體同臭氧充分混合接觸才可能消毒有效，因此，臭氧消毒游泳池水必須安裝大型洗滌器才可行，而且池水量越大洗滌器就應該相應增大。一般來講，專用儲存洗滌器的水量至少應該是池水的三分之一以上，占用地方比較大。國外發(fā)達國家游泳池都是自建的較多，泳池較小，洗滌器也就不大。
同時，由于臭氧的毒性，游泳池水中的臭氧最大允許濃度不能超過0.01ml/l，空氣中的臭氧最大允許濃度不能超過0.001mg/m3(1μg/m3)。所以，經(jīng)過臭氧消毒過的水在進入游泳池之前，必須利用活性炭來吸收多余的臭氧。這樣，泳池水體中便不存在剩余量，無法保證水體仍然具有效消毒作用，因而還需要設置一套采用諸如次氯酸鹽等輔助加藥消毒系統(tǒng)，使池水能夠保持0.5-1.0mg/l的余氯量[3]。在這之中，次氯酸鈉還能夠消耗一部分投入水中的過量臭氧：
O3 + HClO → HClO2 + O2
我們認為，對于游泳池消毒采用臭氧發(fā)生器設備，這些相關輔助配套的措施和設備是不能缺少的。因為，臭氧消毒達不到一定濃度同樣會影響消毒效果，但超過規(guī)定使用濃度就會使人出現(xiàn)頭痛、頭暈、惡心甚至嘔吐的中毒癥狀。據(jù)有關醫(yī)學資料介紹，長期接觸臭氧引發(fā)癌癥的幾率成百倍地增高。這一點對于本來就是為著鍛煉身體之目的的游泳場所來講，對于臭氧消毒的管理復雜性是可以想象的。
可見，雖然臭氧的消毒效果較好，但也僅僅是水體接觸臭氧的區(qū)域。而且，由于用作游泳池消毒裝置比較復雜，包括有空氣干燥器、臭氧發(fā)生器、臭氧洗滌器、活性炭吸附器等主附件設備，所以投資昂貴，管理水平要求很高，能夠承受的單位并不多。
我國的基本國情是人口眾多，地域廣大，水資源缺乏，同時還是當今世界上最大的經(jīng)濟發(fā)展中國家。這也決定了我國游泳池的建設主要傾向于公用，只能多修建一些較大型游泳池來滿足人民群眾的生活需要。泳池相對較大，池水量較多，可以解決游泳人流量比較集中、消費層次較低的問題，這樣，既達到了降低成本的目的，又能夠為居民提供鍛煉身體的便利場所。但是，這種現(xiàn)實情況下的大型游泳池的消毒，采用臭氧發(fā)生器往往是得不償失的。據(jù)我們調(diào)查，許多大型游泳場館使用臭氧消毒效果都不好，夏季還發(fā)生嚴重的渾水現(xiàn)象，多半不到一年就停用了。
此外，臭氧對水體PH值范圍的要求也和氯氣近似，不能適應堿性水質(zhì)，堿性化水質(zhì)只會加速臭氧的分解。還有，臭氧消毒游泳池水對鐵管道的銹蝕也是比較大的，高活性氧原子很容易同鐵生成氧化鐵。
再者，從實際使用來看，臭氧發(fā)生器的耗電量是很大的，而且使用壽命比較短，也就是正常使用一年左右，維修更換比較頻繁，每一次更換費用也很大。這方面，我們發(fā)現(xiàn)有些使用過臭氧發(fā)生器的單位（包括曾經(jīng)為亞運會修建的北京英東游泳館）在后來不得不進行消毒設備改門換面。也許正是這些因素極大地限制了臭氧消毒設備的推廣和運用。就臭氧的產(chǎn)率提高上來講，目前的臭氧發(fā)生器還有許多亟待改進的地方。
結 語
綜上所述，從消毒設備的發(fā)展趨勢上看，選擇一種更好的無毒無污染的方式更為理想化。但每一種消毒劑不可能沒有利弊的。從消毒能力上講，臭氧和次氯酸鈉都很好，但臭氧稍比次氯酸鈉滅菌更快速一些，水質(zhì)方面也沒有太多的異味物質(zhì)生成，不過作為液體的次氯酸鈉又比臭氧更好管理一些，水質(zhì)也能夠充分保障達標。就設備所占空間大小來說兩者都相差無幾，只是次氯酸鈉發(fā)生器比臭氧發(fā)生器多需要一兩三平方米儲存食鹽的地方。從投資到設備使用來考慮，次氯酸鈉發(fā)生器消毒就比臭氧更具有優(yōu)勢，投資較臭氧少得多，僅是臭氧的五分之一，設備運行更加穩(wěn)定，北京鼎正環(huán)保技術有限公司次氯酸鈉發(fā)生器產(chǎn)品使用壽命還可達20年以上。運行成本方面，次氯酸鈉發(fā)生器耗電少，維修也方便，也更具有優(yōu)勢。
不管是氯氣、臭氧還是二氧化氯氣體，不僅存在擴散和跑泄漏問題，而且它們的溶解性能都是比較差的，在藥物投加方面要做到像次氯酸鈉等液體消毒劑那樣方便準確是比較困難的。一般來講，它們通過發(fā)生器所形成的氣體氣壓大抵為常壓，不會高出大氣壓力多少，更不可能有近似液氯的壓力，也沒有真空加氯機這樣的投加設備，這是它投加困難達不到所要求水質(zhì)標準的主要因素。
二氧化氯用作水消毒通過近些年的推廣使用，確有許多不盡人意的地方，實際運用效果和實驗室結果差別很大，藥物投加不能使水質(zhì)達到規(guī)定指標，安全性也很差。這些缺陷是與二氧化氯的性質(zhì)和運用技術有密切關系的，也與需求單位現(xiàn)有設備管理人員的知識水平有關。目前，國家也沒有針對二氧化氯制定一個比較完善統(tǒng)一的產(chǎn)品國家標準，也不能確定一套最為成熟可行的有效解決方案。盡管在全國召開了幾次有關二氧化氯的會議，但是，二氧化氯所表現(xiàn)出的不夠穩(wěn)定之特性，表明對于二氧化氯參與漂白和消毒的機理還有待深入研究，二氧化氯在消毒領域和臭氧一樣仍然處于探索和產(chǎn)品改進階段。
消毒藥劑同治病藥物一樣，有無副作用，效果如何，也必須經(jīng)過時間的檢驗。事實證明，在所有通用消毒藥劑中，次氯酸鈉仍然是比較穩(wěn)定可靠的殺生劑。次氯酸鈉發(fā)生器經(jīng)過許多年的發(fā)展和改進，建立了嚴密的國家標準，已經(jīng)成為一種相當完善的實用性設備，很值得大范圍推廣。不過，各個生產(chǎn)單位良莠不齊，型號較多，用戶還是要多家比較，選擇從優(yōu)。
當然，水處理技術也總是隨著科學技術的進步而不斷發(fā)展翻新的，出現(xiàn)越來越優(yōu)異的氧化消毒處理技術并不令人驚奇。目前，北京鼎正環(huán)保技術開發(fā)有限公司就已經(jīng)在雙氧水消毒設備、高鐵酸鹽綠色消毒劑發(fā)生器等方面取得了關鍵性的進展，這是具有世界先進水平的技術突破。雙氧水的消毒作用已經(jīng)在醫(yī)用領域得到了充分認可，高鐵酸鹽的完全無害性更是證據(jù)確鑿。我們認為，具有優(yōu)異環(huán)保性能和無毒害性的綠色消毒劑將是今后氧化消毒設備和藥劑發(fā)展的方向。我們完全有理由相信，綠色消毒藥劑必將逐步成為水體處理和衛(wèi)生防疫領域的生力軍。
參考資料
[1] [英]C.Chambers A.K.Holliday 《無機化學》 北京大學出版社 1987， 9， 第一版
[2] 周本省 著 《工業(yè)冷卻水系統(tǒng)中金屬的腐蝕與防護》化學工業(yè)出版社 1993，10，第一版
[3] 張汝良 編 《游泳池的消毒問題》 北京市建筑設計院 1989，10
[4] 劉預知 編 《無機物質(zhì)理化性質(zhì)及重要反應方程式手冊》 成都科技大學出版社 1993年4月第一版 p252
[5]《長期飲用加氯消毒自來水可能增加患癌危險》 《百科知識》1999年 期刊
[6] 浣曉丹 羅岳平 澳大利亞飲用水中消毒副產(chǎn)物研究 《凈水技術》Vol.17 N.4 1999 p39
[7] 天津大學無機化學教研室 編 《無機化學》 高等教育出版社 1994年4月 第二版
[8] 唐受印 戴友芝 等編 《水處理工程師手冊》 化學工業(yè)出版社 2000年4月 第一版
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