次氯酸钠、二氧化氯和臭氧的比较

1、次氯酸钠、二氧化氯和臭氧的比较目前，从水体消毒的种类来说，有氯气、次氯酸钠、漂白粉、三氯异氤尿酸（二 氯异氤尿酸钠）、二氧化氯、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。氯气、次氯酸钠、二氧化氯和臭氧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

2、同的质量一样。氯气、次氯酸钠、二氧化 氯和臭氧在物理化学性能上，以 及实际使用中都有很大的区另U。就这几种消毒剂的应用来讲，次氯酸钠最为安 全有效，易于储存，使用最为方便。在国外许多发达国家，如美国、德国、日本等对氯气的使用有严格的限制, 氯气主要用于污水处理。而公用场所和中 小型自来水厂一般不再使用液氯，而 多使用次氯酸钠液体进行消毒。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。有关氯气的性能和使用情况，我们已很熟悉了。液氯的杀菌效果很好，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

3、 容易疏忽。在这里，不再 对液氯的情况进行详细分析，具体探讨和比较一下次氯 酸钠、二氧化氯和臭氧三种消毒剂的性能以及相关设备的使用特点。次氯酸钠次氯酸钠的分子式是N aOC ,l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。但由于次氯酸钠液不易久存，次氯酸钠多以电解低浓度 食盐水现场制备。次氯酸钠液体可通过电解食盐水制备，这种设备称为次氯酸钠发生器。次氯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：N aC l+ H2 O N aO C l+ H2电极反应：阳极:2Cl- 2eCl2阴极:2H+ 2e H2溶液反应 2N aOH + C l N aC l+ N aOC

4、 版 O当然，次氯酸钠消毒液体以次氯酸钠发生器生产为最佳。因为，它生产出的 次氯酸钠液体比较稳定、单一，也容易保存，不含制氯厂出品的那些复杂甚至有 害的成分。次氯酸钠的杀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 ,新生态氧的极强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。（氯气消毒的原理亦同）。根据化学测定，次氯酸钠的水解受PH值的影响，当PH超过9 5就会不 利于次氯酸的生成。但是，绝大多数水质的PH值都在6 8 5,而对于PPM 级浓度的次氯酸钠在水里几乎是完全水解成次氯酸，其效率高于99 99%。其 过程可用化学方程式简单表示如下：N aO C

5、l+ H2O HOC l+ N aOH HC lO H C l+ O 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，从而杀死病原微生物。R - NH - R + HOC l R2NC l+ H2 O同时，氯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，由于次氯酸钠发生器所生产 的消毒液中不象 氯气、二氧化氯等消毒剂在水中产生游离分子氯，所以，一般难以形成因存在 分子氯而发生氯代化合反应，生成不利于人体健康的有毒有害物质。并且，次 氯酸钠也不会象氯

6、气同水反应会最后形成盐酸那样，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 有气味的氯氨化合物， 但这种物质也是一种安全的杀生药剂，只是远不及次氯酸钠的杀生能力。NH3 + HOC l A NH2 C l+ H2ONH2 C l + HOC l A NHC l 2 + H 2ONHC l 2 + HOC l A NC l 3 + H2O就运行成本而言，采用次氯酸钠消毒的运行成本费用是 很低的，稍比氯气高 一些。根据英国所统计的一组数据表明，次氯酸钠同氯气成本相比大约为1 05:1。使用次氯酸钠消毒以采用次氯酸钠发生器为最优。以前，次氯酸钠发生器未 能在我国大范围推广的

7、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，再次是次氯酸钠发生器比氯气的 一次性投入要略高等因素造成的。此外，还必须说明的是，采用次氯酸钠消毒，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，从长 期来看，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

8、有发现哪一家用户有使用次氯酸钠发生器设备而造成池 水变 咸了的事例出现。二氧化氯二氧化氯的分子式是C Ol2,在高于11时，二氧化氯沸腾，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氯气和 氧气。二氧化氯具有比氯气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HC lO2,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。二氧化氯作为一种强氧化剂，同样具有和氯相似的杀生能力。二氧化氯极其不稳定，不能象次氯酸钠那样可以运输，运输中很容易发生 爆炸事故，所以只有依靠现场制备。

9、一般都是通过氯酸钠同酸的反应制备得到。 但是，氯酸钠与硫酸的反应十分剧烈，所产生二氧化氯几乎是爆炸性分解为氯 气和氧气，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:3NaClO + 3H SO4 3Na HSO + 3HC1O3HC 3 2C 102+ HC Ol4 + H 2O32C 102 C 12+ 2O2最为温和的方法是草酸与氯酸钠的反应生成二氧化氯气体：2N aC 1O3 + 2H2 C2 O4N a2 C2O4 + 2H2 O + 2CO 2+2C 1 O A国内一些厂家采用盐酸进行定量控制滴加氯酸钠的方法生成二氧化氯，这 种设备有的可以获得最高不超过50%的二氧化

10、氯和大于50%的氯气。一般来说，氯酸钠与盐酸发生反应过程比较复杂一些。如果使用稀盐酸反 应，生成物可以获得二氧化氯和氯气的混合物气体，但规模制备还必须设防爆 装置，操作也必须十分小心，因为二氧化氯受热很容易爆炸性分解：N aC O13 + H C 1（稀） N aC 1+ C 12+ 2C O12+ 2H2O实际上，这个反应也是分为两步完成的，氯酸钠先同盐酸 反应生成氯酸和 氯化钠，氯酸随后分解成二氧化氯、氯气和水。当使用浓盐酸与氯酸钠反应时，生成物中只有氯气放出，而没有二氧化氯 气体：NaC l O3 + 6HC 1（浓）A NaC l+ 3C l 2 A + 3H2O很显然，在某一中间范围

11、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：C lO-3 + 7C 1- + H + 4C 12+ 2C 102+ 5H2O从上面方程表达式是来看，盐酸同氯酸钠反应生成的二氧化氯含量是很不 稳定的，所生成气体主要部分还是氯气，少量为二氧化氯。由于制取二氧化氯需要使用氯酸钠或者氯酸钾，所以运行成本很高，大约 为次氯酸钠运行成本的5倍以上。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，有一种制备二氧化氯水溶液的工艺，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，而氯酸钠溶液由上往下流动，反

12、 应方程式表达如下：C 10-3 + N02N03- + C 102这种水溶液浓度不高，处理起来比较安全（水溶液中二氧 化氯含量超高 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。通常认为，二氧化氯的消毒原理也是和氯气一样，少量二氧化氯先同水发 生反应产生亚氯酸H C 01 2,亚氯酸是一种相当弱的弱酸，具有氧化漂白作 用。2C 102 + H2 0 HC 102 + HC 10 3工业上一般并不直接使用二氧化氯，而是应用亚氯酸钠 溶液进行漂白。通 过将立时产生的二氧化氯水

13、溶液和过氧化钠混合即可得到单一的亚氯酸钠。2C 012 + N a2022N aC 012 + 02亚氯酸钠是一种软性漂白剂，通过水解逐步释放出亚氯酸，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。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。国内生产二氧化氯发生器的企业很少有掌握生产二氧化氯水溶液这种较高 安全性技术的，多数都是采用氯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。国家正在通过技术部门对于此类设备

14、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。并且，作为氯气、二氧化氯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，这些有毒气体就不可能在一个较短的时间里消 除。由于氯气剧毒，腐蚀性也很强烈，二战时期希特勒就曾用来毒杀犹太人，所 以氯气一般由专门的氯碱工业生产厂家生产，采用特制且干燥的氯气瓶进行封 装和运输。国家对氯气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。跑泄氯 气严重，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、国家体委训练中心跳

15、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氯酸钠进行消毒。最近，有关专业杂志还专门刊登了有关澳大利亚饮用水中消毒副产物的研 究文章，值得感兴趣的同仁参考。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。2O33O2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

16、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。也可 以用于漂白棉、麻、纸张，以及对皮毛进行脱臭。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。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

17、稍大一点的设备就超过百万元以上。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。因此 在食品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。我们知道，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

18、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 01m l/L,空气中的臭氧最大允许浓度不能超过0 001m g /m3 ( 1 g

19、 /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。所以, 这种消毒方式的泳池水体便不存在剩余的有效消毒作用，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的余氯量。 在这之中，次氯酸钠还能够消耗一部分投入水中的过量臭氧：03 + HOC l HC 102 + O2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

20、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。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。再者，从实际使用来看，臭氧发生器的耗电量是很大的，而且使用寿命比较 短，也就是正常使用一年左右，维修更换比较频繁，每一次更换费用也很大。这 方面，我们发现有些使用过臭氧发生器的单位(包括曾经为亚