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【摘 要】 经济的发展导致原水受到污染，原水中藻类增多，其处理效果直接影响出厂水水质。本文系统介绍了二氧化氯应用于微污染水源水预处理的原理与优势。
【关键词】 预氧化;二氧化氯;除藻
1 前言
随着经济发展、人口迅猛增长，大量污染物质进入天然水体，直接或间接地污染了水源。由于原水中氮、磷、有机碳等物质含量增加，使水中的色度、嗅味和藻类数量较大。对于有机微污染物质，常规的传统净化工艺不能有效地将它们去除，增加了水处理工艺的难度。若不采取有效的措施，在清水池中藻类及藻尸增多，消毒后出现强烈的刺激性气味，严重影响了水质指标，对人们的健康构成严重威胁。
太湖，横跨江浙，是我国第三大淡水湖。就其优越的地理位置、富饶的物产和秀丽的自然风光来说，可称五大淡水湖之冠。它发挥着蓄洪、灌溉、航运、供水、水产养殖、旅游等多方面功能，同时也是无锡市、苏州市等地的主要饮用水源。
近十年来，太湖与滇池、巢湖一样水质污染日益严重。尤其是富营养化程度不断加重，已严重影响到人民的日常生活，制约了流域的经济发展。据专家们分析，造成太湖富营养化的基本原因有三条：一是农业和生活污水大量增加，仅此足以使太湖水中的含氮量超过三类水指标。二是工业污染增加。大量未经处理的工业污水排入江河，使流域内中小城市，周围的地面水都受到严重污染，形成黑水带，并随河网扩散而影响太湖。此外，养鱼、水运和旅游业等湖内的各种其它开发活动，也使污染物发生量直线上升。太湖富营养化和水污染日趋严重也已成为国内外广泛关注的环境问题。
目前对微污染水源水净化的工艺主要是在处理前增加预处理。化学预氧化技术因易于实施、收效明显而正逐渐引起人们的关注。而二氧化氯作为一种强氧化剂，在预氧化方面的应用也正日益受到人们的青睐。
2 二氧化氯的去除机理
二氧化氯在常温常压下是一种黄绿色气体，易溶于水，溶解度为2900mg/L，被世界卫生组织确认为一种安全、高效、广谱的杀菌消毒剂。其中有效氯的含量是氯的2.63倍，杀菌效果是氯的2.5倍。
二氧化氯在水中以中性分子形式存在，对微生物细胞壁有良好的吸附和穿透性能，其杀菌消毒作用主要是通过渗入细菌细胞内，将核酸（RNA或DNA）氧化，从而阻止细胞的合成代谢，并使细胞死亡。因此它比一般的氧化剂（如液氯）更易进入藻细胞，有研究表明采用1mg/L的二氧化氯进行预氧化时的除藻率可达75%以上。由于藻叶绿素中的吡咯环和苯环非常相似，而二氧化氯对苯环具有一定的亲和性，能使苯环发生变化，故二氧化氯也同样能作用于吡咯环，氧化叶绿素，只是藻类因新陈代谢终止且合成蛋白质中断而死亡。此外，二氧化氯也易于透过细胞壁和藻细胞内主要的氨基酸反应而杀藻。次除藻机理所需的二氧化氯投加量往往较高，由于二氧化氯的杀藻效果还取决于藻类的生理结构和运动方式，所以具体投加量还与藻类有关，并且除藻也基本随二氧化氯的投加量的增加而上升。研究表明，在同等条件下，二氧化氯的杀藻效果一般都多数优于液氯，下表列出了二氧化氯对部分藻的杀灭效果。
藻类 CLO2投加量（mg/L） 杀藻率℅
CLO2 CL2
丝藻 3.0 0 0
4.0 23.1 0
5.0 100 94.2
衣藻 3.0 0 0
4.0 28.6 57.1
5.0 75 92.9
小胶绡藻 3.0 0 0
4.0 93.8 81.3
5.0 100 81.3
小球藻 3.0 0 0
4.0 80.7 72.6
5.0 87.2 87.4
刚毛躁 3.0 62.3 57.7
4.0 93.1 91.5
5.0 93.5 98.8
棱形鼓藻 3.0 1.2 0
4.0 86.5 79.9
5.0 98.8 85.7
3 预氧化强化常规处理除藻
一般来说，采用二氧化氯预氧化制杀灭藻类的同时，还可以有效的改善常规处理效能，但也有研究表明，在原水含藻类量较低（低于1000×10）的情况下，稳定性二氧化氯预氧化不能加强常规处理工艺的除藻效果，并且随着二氧化氯的投加量的增多，系统的总体除藻效果反而有一定程度下降，如下表：
CLO2的投加量（mg/l） 含藻量（×10个/l） 除藻率℅
原水 沉后水
0 476 55.2 88.4
1 476 59.2 87.6
2 476 71.0 85.1
2.5 476 69.0 85.5
3 476 88.1 81.5
3.5 476 70.0 85.3
此条件下的预氧化还对混凝产生干扰作用，形成的絮凝体明显比不投机二氧化氯的小，絮凝体沉淀速度降低，导致头家二氧化氯进行预氧化的沉后水浊度明显高于未投加二氧化氯的沉后水浊度，绝对差值大于1NTU，浊度相差3～10个百分点，这可能是稳定性二氧化氯中稳定剂或其他化学成分的复杂影响所致。
在原水含藻量较高的情况下，投加一定浓度的稳定性二氧化氯可以提高常规处理工艺的除藻效果，并且在二氧化氯投加条件相同的情况下，水源水藻藻类含量越高，效果越明显，见下表
CLO2投加量（mg/l） 含藻量（×10个/l） 除藻率℅ 含藻量（×10/l） 除藻率℅
原水 沉后水 原水 沉后水
0 1130 117 89.7 2280 796 65.1
2 1130 104 90.8 2280 399 82.5 上述实验结果表明预氧化与常规处理配合除藻的影响关系较为复杂，在实际应用中应根据水源水中藻类污染特点确定适宜的二氧化氯的预氧化条件。近年来由于太湖水质污染较为严重，氮、磷含量相对较高，导致水体富营养比较加剧，养分充足，适合藻类的生长需求，而这却恰恰促使了蓝藻大量繁殖;2007年5月以来太湖流域无锡段一种被称为“蓝藻”的藻类植物大规模的爆发。夏季的东南风把几乎整个太湖水域的蓝藻都刮太湖无锡水域的梅梁湖和贡湖岸边。而高温天气和阳光的暴晒导致“蓝藻”在岸边死亡、腐烂，发出刺鼻的臭味，污染了湖水。由此可见用二氧化氯除藻适用于处理太湖水。
4 几种氧化剂除藻的分析
国内外的研究表明，如要提高常规处理工艺的除藻效果，采用预氧化技术是必须而且有效的。高锰酸钾的氧化性很好，其除藻效果也较为理想，但是用于药剂成本过高和出水色度高等原因目前无法推广，公认的最好的预氧化剂是臭氧，但预臭氧可以导致藻类细胞破裂，细胞质外泄，可能会增加水中溶解性有机物的含量，增加水中的藻毒素含量，引起水中的二次污染。液氯是最传统的常用的预氧化剂，但预氯化所需量较大而且会产生三卤甲烷和其他氯化副产物，而且液氯也会破坏藻类细胞而造成有机碳和土腥臭代谢物及有毒物质的外泄，对损伤的藻类细胞所释放的代谢物以及臭味等有机物质基本不起作用，对藻毒素作用也非常有限。相对这三种物质来说，二氧化氯对有机物具有高度的选择性，所以二氧化氯预氧化在除藻的同时产生的有害副产物较少，几乎不会产生三卤甲烷类消毒产物。同时二氧化氯的氧化一般不会产生较多的醛类索酸类有机副产物和溴酸盐。二氧化氯在水中以中性分子形式存在，对微生物细胞壁有较强的吸附和穿透能力，在低浓度是更明显，因此它比一般的氧化剂更易进入藻细胞，在低浓度下就可以取得较好的效果，二氧化氯在预氧化中杀灭藻类的同时，还能选择性的与水中的有机污染进行氧化反应，有效削弱有机物对絮凝过程的影响，改善絮凝体的特性，便于藻类更好的通过絮凝沉淀出去，这些说明用二氧化氯的化学风险小于臭氧和液氯，用它除藻是一种较好的途径，国外还有研究表明，在预氧化时间仅为液氯的三分之一时，二氧化氯的除藻效率是液氯的3-10倍，即要达到同等除藻效果，二氧化氯的需要量大大低于液氯，二氧化氯的应用成本也将得到降低，因此采用二氧化氯取代液氯是可因考虑的。
5、结语
氯气危害性大，长久使用不利国利民，国家和地方已采用限用、禁用等政策。而二氧化氯作为一种广谱性杀生剂，使用安全可靠，在生活饮用水领域采用二氧化氯替代氯气消毒是长远的发展趋势，逐渐被全社会接受认同，是氯系消毒剂最理想的替代品。以前由于二氧化氯的成本较高和植被不方便，一直得不到很好的应用，近几年来，二氧化氯发生器制作和应用技术经历了突飞猛进的发展阶段，在原料转化率及产气量方面都有很大的提高，为用户节约了大量运行成本。随着我国循环经济的进展，新一代的二氧化氯发生器也应突出体现节能、环保、安全和高性价比的优势，取代传统的液氯等氧化剂。二氧化氯预氧化的独特除藻特点使得该技术正逐渐引起人们越来越多的关注，在水源水藻类污染较为严重的地区，如果同时存在酚类，腐殖质等有机物质，二氧化氯应用前景广阔。
参考文献：
张金松等，《饮用水二氧化氯净化技术》
徐振林，吕刚等。《二氧化氯在水厂灭藻除臭的应用》
李圭白，张杰，《水质工程学》
【关键词】 预氧化;二氧化氯;除藻
1 前言
随着经济发展、人口迅猛增长，大量污染物质进入天然水体，直接或间接地污染了水源。由于原水中氮、磷、有机碳等物质含量增加，使水中的色度、嗅味和藻类数量较大。对于有机微污染物质，常规的传统净化工艺不能有效地将它们去除，增加了水处理工艺的难度。若不采取有效的措施，在清水池中藻类及藻尸增多，消毒后出现强烈的刺激性气味，严重影响了水质指标，对人们的健康构成严重威胁。
太湖，横跨江浙，是我国第三大淡水湖。就其优越的地理位置、富饶的物产和秀丽的自然风光来说，可称五大淡水湖之冠。它发挥着蓄洪、灌溉、航运、供水、水产养殖、旅游等多方面功能，同时也是无锡市、苏州市等地的主要饮用水源。
近十年来，太湖与滇池、巢湖一样水质污染日益严重。尤其是富营养化程度不断加重，已严重影响到人民的日常生活，制约了流域的经济发展。据专家们分析，造成太湖富营养化的基本原因有三条：一是农业和生活污水大量增加，仅此足以使太湖水中的含氮量超过三类水指标。二是工业污染增加。大量未经处理的工业污水排入江河，使流域内中小城市，周围的地面水都受到严重污染，形成黑水带，并随河网扩散而影响太湖。此外，养鱼、水运和旅游业等湖内的各种其它开发活动，也使污染物发生量直线上升。太湖富营养化和水污染日趋严重也已成为国内外广泛关注的环境问题。
目前对微污染水源水净化的工艺主要是在处理前增加预处理。化学预氧化技术因易于实施、收效明显而正逐渐引起人们的关注。而二氧化氯作为一种强氧化剂，在预氧化方面的应用也正日益受到人们的青睐。
2 二氧化氯的去除机理
二氧化氯在常温常压下是一种黄绿色气体，易溶于水，溶解度为2900mg/L，被世界卫生组织确认为一种安全、高效、广谱的杀菌消毒剂。其中有效氯的含量是氯的2.63倍，杀菌效果是氯的2.5倍。
二氧化氯在水中以中性分子形式存在，对微生物细胞壁有良好的吸附和穿透性能，其杀菌消毒作用主要是通过渗入细菌细胞内，将核酸（RNA或DNA）氧化，从而阻止细胞的合成代谢，并使细胞死亡。因此它比一般的氧化剂（如液氯）更易进入藻细胞，有研究表明采用1mg/L的二氧化氯进行预氧化时的除藻率可达75%以上。由于藻叶绿素中的吡咯环和苯环非常相似，而二氧化氯对苯环具有一定的亲和性，能使苯环发生变化，故二氧化氯也同样能作用于吡咯环，氧化叶绿素，只是藻类因新陈代谢终止且合成蛋白质中断而死亡。此外，二氧化氯也易于透过细胞壁和藻细胞内主要的氨基酸反应而杀藻。次除藻机理所需的二氧化氯投加量往往较高，由于二氧化氯的杀藻效果还取决于藻类的生理结构和运动方式，所以具体投加量还与藻类有关，并且除藻也基本随二氧化氯的投加量的增加而上升。研究表明，在同等条件下，二氧化氯的杀藻效果一般都多数优于液氯，下表列出了二氧化氯对部分藻的杀灭效果。
藻类 CLO2投加量（mg/L） 杀藻率℅
CLO2 CL2
丝藻 3.0 0 0
4.0 23.1 0
5.0 100 94.2
衣藻 3.0 0 0
4.0 28.6 57.1
5.0 75 92.9
小胶绡藻 3.0 0 0
4.0 93.8 81.3
5.0 100 81.3
小球藻 3.0 0 0
4.0 80.7 72.6
5.0 87.2 87.4
刚毛躁 3.0 62.3 57.7
4.0 93.1 91.5
5.0 93.5 98.8
棱形鼓藻 3.0 1.2 0
4.0 86.5 79.9
5.0 98.8 85.7
3 预氧化强化常规处理除藻
一般来说，采用二氧化氯预氧化制杀灭藻类的同时，还可以有效的改善常规处理效能，但也有研究表明，在原水含藻类量较低（低于1000×10）的情况下，稳定性二氧化氯预氧化不能加强常规处理工艺的除藻效果，并且随着二氧化氯的投加量的增多，系统的总体除藻效果反而有一定程度下降，如下表：
CLO2的投加量（mg/l） 含藻量（×10个/l） 除藻率℅
原水 沉后水
0 476 55.2 88.4
1 476 59.2 87.6
2 476 71.0 85.1
2.5 476 69.0 85.5
3 476 88.1 81.5
3.5 476 70.0 85.3
此条件下的预氧化还对混凝产生干扰作用，形成的絮凝体明显比不投机二氧化氯的小，絮凝体沉淀速度降低，导致头家二氧化氯进行预氧化的沉后水浊度明显高于未投加二氧化氯的沉后水浊度，绝对差值大于1NTU，浊度相差3～10个百分点，这可能是稳定性二氧化氯中稳定剂或其他化学成分的复杂影响所致。
在原水含藻量较高的情况下，投加一定浓度的稳定性二氧化氯可以提高常规处理工艺的除藻效果，并且在二氧化氯投加条件相同的情况下，水源水藻藻类含量越高，效果越明显，见下表
CLO2投加量（mg/l） 含藻量（×10个/l） 除藻率℅ 含藻量（×10/l） 除藻率℅
原水 沉后水 原水 沉后水
0 1130 117 89.7 2280 796 65.1
2 1130 104 90.8 2280 399 82.5 上述实验结果表明预氧化与常规处理配合除藻的影响关系较为复杂，在实际应用中应根据水源水中藻类污染特点确定适宜的二氧化氯的预氧化条件。近年来由于太湖水质污染较为严重，氮、磷含量相对较高，导致水体富营养比较加剧，养分充足，适合藻类的生长需求，而这却恰恰促使了蓝藻大量繁殖;2007年5月以来太湖流域无锡段一种被称为“蓝藻”的藻类植物大规模的爆发。夏季的东南风把几乎整个太湖水域的蓝藻都刮太湖无锡水域的梅梁湖和贡湖岸边。而高温天气和阳光的暴晒导致“蓝藻”在岸边死亡、腐烂，发出刺鼻的臭味，污染了湖水。由此可见用二氧化氯除藻适用于处理太湖水。
4 几种氧化剂除藻的分析
国内外的研究表明，如要提高常规处理工艺的除藻效果，采用预氧化技术是必须而且有效的。高锰酸钾的氧化性很好，其除藻效果也较为理想，但是用于药剂成本过高和出水色度高等原因目前无法推广，公认的最好的预氧化剂是臭氧，但预臭氧可以导致藻类细胞破裂，细胞质外泄，可能会增加水中溶解性有机物的含量，增加水中的藻毒素含量，引起水中的二次污染。液氯是最传统的常用的预氧化剂，但预氯化所需量较大而且会产生三卤甲烷和其他氯化副产物，而且液氯也会破坏藻类细胞而造成有机碳和土腥臭代谢物及有毒物质的外泄，对损伤的藻类细胞所释放的代谢物以及臭味等有机物质基本不起作用，对藻毒素作用也非常有限。相对这三种物质来说，二氧化氯对有机物具有高度的选择性，所以二氧化氯预氧化在除藻的同时产生的有害副产物较少，几乎不会产生三卤甲烷类消毒产物。同时二氧化氯的氧化一般不会产生较多的醛类索酸类有机副产物和溴酸盐。二氧化氯在水中以中性分子形式存在，对微生物细胞壁有较强的吸附和穿透能力，在低浓度是更明显，因此它比一般的氧化剂更易进入藻细胞，在低浓度下就可以取得较好的效果，二氧化氯在预氧化中杀灭藻类的同时，还能选择性的与水中的有机污染进行氧化反应，有效削弱有机物对絮凝过程的影响，改善絮凝体的特性，便于藻类更好的通过絮凝沉淀出去，这些说明用二氧化氯的化学风险小于臭氧和液氯，用它除藻是一种较好的途径，国外还有研究表明，在预氧化时间仅为液氯的三分之一时，二氧化氯的除藻效率是液氯的3-10倍，即要达到同等除藻效果，二氧化氯的需要量大大低于液氯，二氧化氯的应用成本也将得到降低，因此采用二氧化氯取代液氯是可因考虑的。
5、结语
氯气危害性大，长久使用不利国利民，国家和地方已采用限用、禁用等政策。而二氧化氯作为一种广谱性杀生剂，使用安全可靠，在生活饮用水领域采用二氧化氯替代氯气消毒是长远的发展趋势，逐渐被全社会接受认同，是氯系消毒剂最理想的替代品。以前由于二氧化氯的成本较高和植被不方便，一直得不到很好的应用，近几年来，二氧化氯发生器制作和应用技术经历了突飞猛进的发展阶段，在原料转化率及产气量方面都有很大的提高，为用户节约了大量运行成本。随着我国循环经济的进展，新一代的二氧化氯发生器也应突出体现节能、环保、安全和高性价比的优势，取代传统的液氯等氧化剂。二氧化氯预氧化的独特除藻特点使得该技术正逐渐引起人们越来越多的关注，在水源水藻类污染较为严重的地区，如果同时存在酚类，腐殖质等有机物质，二氧化氯应用前景广阔。
参考文献：
张金松等，《饮用水二氧化氯净化技术》
徐振林，吕刚等。《二氧化氯在水厂灭藻除臭的应用》
李圭白，张杰，《水质工程学》