氯曾经被作为控制水中致病菌的重要手段而被广泛应用。然而，近年来研究表明，氯化出水中产生的三卤甲烷会对人体健康产生重大危害。因此，为保证出水水质，推广应用新型高效的消毒剂来降低这一风险已成为必要之举。
二氧化氯作为一种可替代消毒剂，在水处理中备受关注。其与水中腐殖质反应不会产生三卤甲烷类致癌物质。此外，与氯气不同，二氧化氯与氨不会生成消毒效果差的氯氨。二氧化氯处理系统在操作上与氯化系统极为相似，容易控制和检测。此外，二氧化氯还有去除污水中的臭味和藻类的功效，同时还能去铁除锰。分析二氧化氯在水处理中的应用机理，为其作为氯的替代消毒剂在水处理中的应用提供必要的理论依据。
据环保资讯显示，二氧化氯作为一种优良的替代消毒剂，在水处理行业内已得到广泛应用。由于其反应不产生三卤甲烷而得到更广泛的认可，而现代社会的健康生活已成为人们追求的目标，因此二氧化氯在水处理中的应用前景十分广阔。
2 二氧化氯在水处理中的反应机理
2.1 二氧化氯的基本特性
二氧化氯是一种沸点为11℃的深色气体，具有与氯气相似的刺激性气味。
据环保资讯介绍，二氧化氯是一种强氧化剂，在水处理中扮演着良好的消毒剂角色。相较于氯，二氧化氯的杀菌消毒能力约为氯的3倍，该物质的推广应用已成为水处理行业内的热门话题。
二氧化氯易溶于水并形成黄绿色的溶液。与氯气在水中的水解过程不同，二氧化氯在水中的水解程度很低，主要以溶解气体的形式保留在水中。在略为酸性的(PH约为6)的溶液中，二氧化氯极为稳定。二氧化氯溶液的紫外吸收光谱在360nm处有一个吸收峰，摩尔吸收系数约为1150(mo·lcm)。一般可用紫外吸收、电流滴定、比色和方法测定二氧化氯的含量。水处理中所用的二氧化氯大多用亚氯酸钠与氯气混合反应场所制备而得：2NaClO2+Cl2=2ClO2+2NaCl。
二氧化氯在水中的形态极为稳定。在PH值为2～10的范围内，以一种溶解气体的形式保留在水中。水处理中所用的二氧化氯的最佳浓度在0.1～5.0mg/L之间。相较于氯，二氧化氯在控制嗅味和降低处理水中的三卤甲烷等方面表现出较良好的处理功能。因此，二氧化氯在水处理中的应用前景广阔。
2 二氧化氯在水处理中的形态和作用机理
2.1 二氧化氯的基本特性
二氧化氯易溶于水并形成黄绿色的溶液，对于控制水中的致病菌和污染物具有极强的杀菌消毒能力。其作为一种强氧化剂，甚至比氯的效果还要好。水处理中所用的二氧化氯通常的浓度在0.1～5.0mg/L之间。相较于传统的氯消毒处理，二氧化氯的应用不仅能更好地保障处理水的水质安全，还具有居民健康和环境保护的重大意义。
根据环保资讯介绍，二氧化氯在水处理中的应用不仅可以有效去除水中的铁和锰，还可以用于硫化物的氧化处理。作为一种强氧化剂，二氧化氯具有将二价锰(Mn2+)氧化成三价锰(Mn3+)并形成不溶性的二氧化锰(MnO2)的能力。该氧化过程是通过二氧化氯经还原产生亚氯酸盐，亚氯酸盐能迅速与二价锰反应，生成不溶性沉淀的化学反应。反应式为：2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2(↓)+12H++2Cl-。该反应在碱性条件下更加迅速有效。
二氧化氯在水中的形态存在多种可能。在PH值为2～10的范围内,二氧化氯主要以一种溶解气体的形式保留在水中。但如果二氧化氯的浓度较高（>10mg/L）或处于较强碱性条件下，则二氧化氯会生成1:1的亚氯酸盐和氯酸盐，其中亚氯酸盐离子也是一种强氧化剂。当二氧化氯的浓度在5～10的之间和PH值为12时,其在水中的半衰期为20分钟～3小时之间,在水处理过程中,约有50～70%的二氧化氯以亚氯酸盐及氧化物的形式存在，而氯酸盐则不存在。
二氧化氯的氧化处理能力使其在环保领域发挥着越来越重要的作用。在未来的水处理中，相信二氧化氯将会发挥更大的潜力和优势。
据环保资讯介绍，二氧化氯与有机物反应时，主要以氧化作用为主，并生成少量的有机化合物。相较于氯，二氧化氯不易产生致癌物质三氯甲烷，因此更加安全可靠。
在水处理领域中，二氧化氯同样表现出强大的氧化能力，能迅速将亚铁氧化成三价氢氧化铁(F(eOH)3)并沉淀下来，该反应在中性至碱性条件下较易发生。此外，二氧化氯还能够防止铸铁管中铁细菌的生长，其功效是通过与细菌体内多糖类物质反应来实现的。
关于二氧化氯对硫化氢的处理能力，在PH值为5～9范围内，二氧化氯能将硫化氢迅速氧化，反映的最终产物仅为硫酸铁，与其他氧化剂(如臭氧、氯、氧)相比，不会产生元素硫。
总之，二氧化氯在水处理和环保领域内的多重作用是其应用前景广阔的重要原因之一。它的安全、可靠和高效能，使得其在实际应用中受到了广泛关注和认可。
根据环保资讯介绍，二氧化氯具有去除水中异味物质的功效，能够有效控制被处理水中的腥臭味、土味及霉烂味，并且去除效果非常好。
当二氧化氯与含有酚类化合物的水反应时，会产生对苯醌、马来酸和草酸等产物。根据研究结果，PH值为中性且二氧化氯过量时，二氧化氯与酚的反应在2秒内即可将酚全部氧化。在一般水处理过程中，原水中含酚量通常较低，因此二氧化氯的投入通常都是过量的，不易产生氯代酚，从而不会产生异味。
为去除土腥味（主要由波斯菊帖和2-甲基异冰片MIB产生），二氧化氯的投放应适当增加，反应时间也应延长。这一措施能够提高二氧化氯与异味物质的接触时间，使其去除效果更为理想。
根据环保资讯介绍，对于二氧化氯作为水处理药剂在实际使用中，其是否会与腐殖质反应生成三卤甲烷类物质存在争议。当二氧化氯中含有氯时，由于氯化作用，可能会产生少量的三卤甲烷，但是理论表明，若二氧化氯中不含有氯，与腐殖质反应也并不会生成三卤甲烷或者只会生成极少量。实验研究表明，二氧化氯形成的总有机卤化物的含量通常仅占氯的1%～25%。当二氧化氯中含有氯时，上述含量将显著增加。
在使用二氧化氯控制处理出水中三卤甲烷时，一般采用以下工艺：首先，用二氧化氯对原水进行氧化以去除三卤甲烷母体物质，同时起到初步的消毒作用；然后，用氯对经过混凝沉淀、过滤及方法处理后的出水进行处理。一般情况下，二氧化氯的投放量为氯化投放量的30%～50%。这种处理工艺可以使出水中三卤甲烷含量降低50%～70%。
关于二氧化氯的生物学特性，研究表明，二氧化氯在微生物灭活方面具有较高的效果。但值得注意的是，二氧化氯的作用机制与其他消毒剂不同，它主要是通过氧化和破坏细胞膜而起到杀灭微生物的作用。此外，二氧化氯对微生物的杀灭速度更快，可在较短时间内完成灭活。
根据环保资讯，二氧化氯是一种有效的消毒剂，其灭菌效率比氯高出3倍以上，仅次于臭氧。在投放量为1～5mg/l时，即可有效地灭活大肠杆菌、类炭疽杆菌等微生物。此外，对病毒、原生动物和藻类也有很好的灭菌作用，是一种优秀的全谱消毒剂。
二氧化氯的消毒效果不受一般水中（PH值6～8.5）的影响，灭菌速度非常快。当二氧化氯的投放量为2mg/l时，可以在30秒内完全灭活大肠杆菌并且出水中仍有1.1mg/l的剩余二氧化氯量。
二氧化氯也是一种有效的病菌灭活剂。在15℃、PH值7.0的水中投放1.0mg/l的二氧化氯，仅需1分钟即可使脊髓灰质炎病毒Ⅰ型灭活99%。实际上，PH值对ClO2的分子结构无明显影响，只是在较高的PH值时，病毒带有更多的负电荷，从而利于与ClO2反应。这一点与氯的消毒作用不同。值得一提的是，二氧化氯对水中的藻类及生物膜生长也有一定的控制作用。
据环保资讯介绍，使用二氧化氯处理水库或湖泊中的藻类时，相比硫酸铜，其在相近处理成本下更为有效。此外，生物膜在供水设备中的生长不仅会产生供水中的异味，还会严重影响处理工艺的正常运行，如离子交换、膜渗透及热处理等。
迄今为止的研究尚未发现二氧化氯对微生物的表面特性产生多大的损害。目前有两种主要的观点解释二氧化氯对微生物的灭活途径。一种是人为二氧化氯与微生物中的氨基酸、半胱氨酸、色氨酸及酪氨酸反应而造成微生物的灭活，但未影响微生物的核糖核酸（RNA）反应。这一观点尚待深入研究，因为当二氧化氯与微生物反应时，到底是破坏其周围的结构还是破坏其核糖核酸，还是二者兼而有之尚不十分明确。另一种观点则认为，二氧化氯主要通过对微生物细胞的生理功能产生损害而导致微生物死亡，例如阻止其蛋白质的合成、破坏其细胞外层膜的渗透性和抑制其呼吸作用等。
二氧化氯在水中产生的反应副产物及毒性也值得关注。如前所述，二氧化氯在水中会通过氧化还原反应以亚氯酸、氯酸根及氯化物等形式存在。这些产物中的氯酸根及亚氯酸在含有铁、锰等金属离子的水中会进一步分解并生成致癌物质亚硝酸盐。因此，在使用二氧化氯时应注意控制其用量，避免造成二次污染。
根据环保资讯的介绍，硝酸盐和氯酸盐存在可引起溶血性贫血的风险，但这一领域尚需进一步研究。在欧洲，很多城市的自来水中使用二氧化氯作为消毒剂，并未发现有关危害健康的报道，但仍需注意其使用。为此，有必要考虑去除剩余ClO2的投量或限制投量。例如，德国规定最大投放量为0.3mg/l，俄罗斯为0.40～0.45mg/l，而美国则规定出水中剩余ClO2的量不得超过1mg/l。
基于氯化出水中存在有害物质的严峻事实，二氧化氯作为良好的替代消毒和氧化剂，受到了越来越多的关注。二氧化氯不仅能提供出色的消毒效果，还具备优秀的去除效果。因此，二氧化氯的使用将有望成为未来处理出水的首选方法。作者: 张振宁