次氯酸鈉（NaClO）是一種用途極為廣泛的廣譜殺菌滅藻的強(qiáng)氧化劑，殺菌效力同氯氣相當(dāng)。

次氯酸鈉同其他消毒劑相比，能與水任意互溶，徹底解決了像液氯、二氧化氯、臭氧等氣體消毒劑所存在的難溶于水而不易做到準(zhǔn)確投加的技術(shù)困難，消除了液氯、二氧化氯、臭氧等藥劑具有的跑、泄、漏、毒等安全隱患。

同時(shí)，次氯酸鈉易儲(chǔ)存，易分解、無(wú)殘留、對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害，是一種較為理想的消毒方式[5]。

因此近年來(lái)，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的自來(lái)水廠改用安全性較高、投加設(shè)備簡(jiǎn)單的次氯酸鈉消毒方式[6-8]。

本文介紹了次氯酸鈉消毒原理、制備、次氯酸鈉消毒影響因素、在國(guó)內(nèi)外給水消毒的應(yīng)用現(xiàn)狀，為推廣次氯酸鈉在飲用水消毒方面提供參考。

一、次氯酸的消毒機(jī)理

次氯酸鈉的有效消毒成分與液氯消毒的有效成分相同，均為水解產(chǎn)生的次氯酸（HOCl），HOCl為很小的中性分子，不僅可作用于細(xì)胞壁、病毒外殼，而且次氯酸分子小，不帶電荷，還可滲透入菌(病毒)體內(nèi)，與菌(病毒)體蛋白、核酸和酶等有機(jī)高分子發(fā)生氧化反應(yīng)，從而殺死病原微生物，OCl-雖亦具有殺菌能力，但是帶有負(fù)電，難于接近帶負(fù)電的細(xì)菌表面，殺菌能力比HOCl差得多[9]。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，pH值越低則消毒作用越強(qiáng)，證明HOCl是消毒的主要因素。其次，次氯酸會(huì)進(jìn)一步分解形成新生態(tài)氧[O]，新生態(tài)氧的極強(qiáng)氧化性使菌體和病毒上的蛋白質(zhì)等物質(zhì)變性，從而致死病源微生物[10]。

同時(shí)，次氯酸鈉中含有的氯通過(guò)與細(xì)胞膜蛋白質(zhì)結(jié)合，形成氮氯化合物，從而干擾細(xì)胞的代謝，最后引起細(xì)菌的死亡；

最后，次氯酸水解產(chǎn)生的氯離子還能顯著改變細(xì)菌和病原體的滲透壓，使其細(xì)胞喪失活性。一般認(rèn)為次氯酸的氧化作用是其消毒的主要機(jī)理。

次氯酸鈉水解過(guò)程可用化學(xué)方程式簡(jiǎn)單表示如下:

NaClO+ H2O → HClO+ NaOH

HClO → HCl + [O]

HOCl與細(xì)菌胞內(nèi)有機(jī)物的反應(yīng)可以簡(jiǎn)化為

R-NH-R+HOCl → R2NCl+H2O

二、次氯酸鈉消毒的優(yōu)缺點(diǎn)

次氯酸鈉殺菌效力同氯氣相當(dāng)，屬于真正高效、廣譜、安全的強(qiáng)力滅菌藥劑。

其優(yōu)點(diǎn)主要有：

1、投加準(zhǔn)確，與氯氣相比，達(dá)到出廠水余氯含量，使用次氯酸鈉溶液消耗相對(duì)較少。由于氯氣在投加于水中時(shí)未能全部溶解，需要考慮一定的過(guò)量系數(shù)，投加同樣量時(shí)次氯酸鈉與水的親和力好，能與水任意比互溶，效果比投加氯氣要好，而且操作安全，使用方便；

2、次氯酸鈉消毒的管網(wǎng)余氯衰減要比氯氣消毒游離余氯衰減略慢，主要是次氯酸鈉在水中的水解要比氯氣慢，且呈堿性，更具有持續(xù)的消毒能力；

3、與氯氣消毒相比，次氯酸鈉安全風(fēng)險(xiǎn)較低，不存在泄露危害人體生命安全等問(wèn)題，不產(chǎn)生有毒、有害副產(chǎn)物，有研究表明，次氯酸鈉消毒時(shí)出廠水中二氯乙酸（DCAA）低于液氯消毒，而三氯乙酸（TCAA）二者基本相當(dāng)。次氯酸鈉消毒時(shí)出廠水中三鹵甲烷（THMs）低于液氯，四氯化碳（CCl4）二者基本相當(dāng)?？傮w，次氯酸鈉消毒副產(chǎn)物量低于液氯。

4、次氯酸鈉也不會(huì)象氯氣同水反應(yīng)會(huì)最后形成鹽酸那樣，對(duì)金屬管道構(gòu)成嚴(yán)重腐蝕。同時(shí)便于運(yùn)輸，原料易得。

但其亦有以下缺點(diǎn)和不足：使用成本較氯氣高（含設(shè)備投入）缺乏適合于飲用水使用的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，成品次氯酸鈉的質(zhì)量難于控制，若非現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生，運(yùn)輸量顯著增加（一般質(zhì)量濃度為10%）；可能存在無(wú)機(jī)副產(chǎn)物氯酸鹽（ClO3-）問(wèn)題。ClO-發(fā)生歧化反應(yīng)生成：3ClO-→ClO3-+2Cl-

此反應(yīng)共分為兩步：

2ClO- → ClO2-+2Cl- 和 ClO2- +ClO- → ClO3-+Cl-

當(dāng)次氯酸鈉溶液中CLO-的含量越高（也就是次氯酸鈉溶液的有效氯濃度），CLO-發(fā)生歧化反應(yīng)的數(shù)量就越多，較高濃度的成品次氯酸鈉溶液存放時(shí)間越長(zhǎng)，CLO-發(fā)生歧化反應(yīng)的數(shù)量也會(huì)越多。

采用氫氧化鈉吸收氯氣生產(chǎn)次氯酸鈉的過(guò)程中，如果溫度控制不當(dāng)，也可能產(chǎn)生氯酸鹽。

國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006）對(duì)CLO3-（氯酸根）的限值是0.7ppm，在全國(guó)水質(zhì)抽樣過(guò)程中，因?yàn)槭褂贸善犯邼舛却温人徕c溶液作為消毒的水廠發(fā)生氯酸根超標(biāo)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

三、影響次氯酸鈉殺菌作用的因素

影響次氯酸鈉消毒作用的因素主要有pH值，消毒劑的濃度、在水中的分布狀態(tài)及接觸時(shí)間，被消毒水體的性質(zhì)以及溫度。

pH值對(duì)次氯酸鈉殺菌作用影響。次氯酸鈉的殺菌作用主要依賴于溶液中未分解的次氯酸濃度，而HClO與ClO-相對(duì)比例主要取決于pH值，溶液pH值愈低，則未分解的次氯酸愈多，隨著pH值上升，愈來(lái)愈多的次氯酸分解成氫與次氯酸根離子，當(dāng)pH值＞10時(shí)，OCl-接近100%，當(dāng)pH值＜5時(shí)， HOCl接近100%。當(dāng)pH值=7.54時(shí)，HOCl和OCl-比例相當(dāng)。

消毒劑的濃度、在水中的分布狀態(tài)及接觸時(shí)間，消毒劑的濃度越高，與微生物接觸時(shí)間越長(zhǎng)，總體滅活效率越高。其他條件不變，某種消毒劑對(duì)某一種微生物的滅活程度與消毒劑的濃度和接觸時(shí)間成正比。常將CT值作為消毒系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的控制指標(biāo)，如，根據(jù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)游離氯消毒時(shí)，出廠水余氯濃度0.3mg/L，接觸時(shí)間30分鐘，則設(shè)計(jì)的CT值為9min.mg/L。消毒接觸池的設(shè)計(jì)應(yīng)使消毒劑與水迅速混合均勻。

水中的懸浮顆粒物、還原劑、pH值等都會(huì)對(duì)氯消毒效果產(chǎn)生影響。由于懸浮顆粒屏蔽、包裹病原微生物，導(dǎo)致消毒效果不佳，造成用水安全隱患，同時(shí)有機(jī)物能消耗有效氯，降低其殺菌效能。

溫度影響消毒劑的擴(kuò)散及化學(xué)反應(yīng)速度，在一定范圍內(nèi)，溫度的升高能增強(qiáng)殺菌作用，此現(xiàn)象在濃度較低時(shí)較明顯。

四、次氯酸鈉的制備方法

目前次氯酸鈉的制備方法主要有化學(xué)法和電解法。

4.1化學(xué)法

因此在產(chǎn)品成分上除化學(xué)法主要是指用堿吸收氯堿廠產(chǎn)生的尾氣從而產(chǎn)生次氯酸鈉，一般采用16%-18% NaOH 在吸收塔中，循環(huán)、吸收廢氯氣在經(jīng)過(guò)過(guò)濾提純之后制得，屬于氯堿工業(yè)副產(chǎn)品，（2NaOH+C12 →NaClO+NaCl+H2O+104.6kJ)，氯堿廠出產(chǎn)的次氯酸鈉溶液為無(wú)色或者淡黃色水溶液，含有效氯濃度較高（可達(dá)10%以上），主要成分NaClO外，還有NaOH、NaCl、Na2CO3等，其中以NaOH成分居多（維持次氯酸鈉溶液穩(wěn)定防止其分解）此法生產(chǎn)出來(lái)的次氯酸鈉溶液含有較多雜質(zhì)，而且產(chǎn)品濃度高而更易受熱而揮發(fā)，從而給運(yùn)輸、存儲(chǔ)和使用造成許多不便。溫度、光照、溶液pH值、溶液濃度、金屬離子等因素對(duì)次氯酸鈉穩(wěn)定性的影響，一般高濃度次氯酸鈉都會(huì)添加一定的穩(wěn)定劑，并采用pH值>12進(jìn)行儲(chǔ)存，并且要求溶液在生產(chǎn)數(shù)周內(nèi)使用完[11，12]，運(yùn)輸量顯著增加；而高濃度的商品次氯酸鈉屬于危險(xiǎn)品，具有較強(qiáng)的腐蝕性，運(yùn)輸時(shí)存在安全隱患，目前市場(chǎng)上的工業(yè)NaClO溶液多為此法生產(chǎn)。

NaOH與Na2CO3等會(huì)隨著NaClO消毒溶液的投加而帶入加藥管線，給管線沿線及管口處結(jié)垢。當(dāng)水中硬度較高時(shí)，與水中的Ca2+和Mg2+ 反應(yīng)產(chǎn)生CaCO3、MgCO3，Mg(OH)2的沉淀。沉淀微粒在NaClO溶液的輸送過(guò)程及使用過(guò)程中，沉積在管線接口處或閥門上，隨著時(shí)間的積累形成結(jié)垢[13]，這種現(xiàn)象目前在國(guó)內(nèi)幾乎所有使用成品次氯酸鈉溶液投加的水廠都有發(fā)生。

所以采用成品次氯酸鈉作為給水消毒必須保證成品次氯酸鈉的質(zhì)量。

4.2電解法

電解法是指以鹽(NaCl)為原料通過(guò)次氯酸鈉發(fā)生器電解生成次氯酸鈉；次氯酸鈉的生成過(guò)程可以通過(guò)化學(xué)方程式表達(dá)如下：

其總反應(yīng)表達(dá)如下：

NaCl+H2O → NaOCl+H2↑

電極反應(yīng)：

陽(yáng)極： 2Cl--2e → Cl2

陰極： 2H++2e → H2

溶液反應(yīng)： 2NaOH+Cl2 → NaCl+NaOCl+H2O

電解鹽水生成次氯酸鈉溶液的裝置稱為次氯酸鈉發(fā)生器，已經(jīng)被證明是一種安全、可靠、運(yùn)行成本較低、藥物投加準(zhǔn)確、消毒效果極佳的設(shè)備。我國(guó)已于1990年1月12日發(fā)布了GB12176-90國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

其工作原理：首先，自來(lái)水進(jìn)水經(jīng)軟水器去除水中的鈣鎂離子，生成軟化水，后進(jìn)入溶鹽箱溶解精制鹽，成為飽和食鹽水，軟化水和濾后凈飽和鹽水精確控制兩者的流量比例混合，將飽和鹽水配比成2.5%~3%的稀鹽水，稀鹽水送入電解槽進(jìn)行電解，生成的純凈次氯酸鈉溶液送入存儲(chǔ)罐內(nèi)。

次氯酸鈉發(fā)生器生產(chǎn)出的次氯酸鈉濃度一般為0.8%，成分單一，雜質(zhì)少、純度高，比較穩(wěn)定，容易保存，不含制氯廠出品的那些復(fù)雜甚至有害的成分。采用次氯酸鈉發(fā)生器前期投資較大，但便于管理，品質(zhì)穩(wěn)定，副產(chǎn)物少，無(wú)原料供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，使用安全，運(yùn)行成本較低，投加系統(tǒng)僅需計(jì)量泵，能耗較低，運(yùn)行維護(hù)較方便，設(shè)備故障率低，能有效解決水廠運(yùn)行的安全隱患，同時(shí)避免了危險(xiǎn)品運(yùn)輸，尤其對(duì)于交通不便的地區(qū)，選擇電解鹽水制備次氯酸鈉消毒系統(tǒng)更為適用。

五、成品次氯酸鈉投加與現(xiàn)場(chǎng)制備的成本比較

5.1、成品次氯酸鈉溶液的供應(yīng)方必須提供由衛(wèi)生主管部門頒發(fā)的關(guān)于次氯酸鈉溶液涉及飲用水安全衛(wèi)生安全許可批件，并提供合格檢測(cè)報(bào)告，食品級(jí)別成品溶液在電化學(xué)工廠制取時(shí)必須有別于化工級(jí)別的溶液，國(guó)家次氯酸鈉溶液（GB19106-2003）對(duì)次氯酸鈉溶液分為A和B型，其中A型適用于消毒、殺菌及水處理等，B型僅適用于一般工業(yè)用。

5.2、食品衛(wèi)生級(jí)別成品次氯酸鈉溶液必須使用槽車運(yùn)輸，而且槽車必須是專車專用，不得與其他化學(xué)藥品混合使用，以免造成交叉污染，并對(duì)槽車定期進(jìn)行抽檢，確保符合食品衛(wèi)生要求。

5.3、一般食品衛(wèi)生級(jí)別成品次氯酸鈉溶液（10%以上）的含稅、含運(yùn)費(fèi)價(jià)格為人民幣1000-1500元/噸（運(yùn)輸成本與運(yùn)輸距離和每次運(yùn)輸量有關(guān)）。

5.4、成品溶液分解損失較快，特別是氣溫較高時(shí)，分解速度更快。

當(dāng)溶液的有效氯濃度達(dá)到10%左右時(shí)，存放20日，可下降接近20%，這無(wú)形中將是成品溶液的成本提高接近20%。

5.5、現(xiàn)場(chǎng)制備使用食用鹽電解產(chǎn)生低濃度（0.8%）次氯酸鈉溶液，現(xiàn)場(chǎng)制備，節(jié)省運(yùn)費(fèi)，主要成本就是食用鹽和電耗成本，隨著電解技術(shù)的革新，目前很多生產(chǎn)廠家都已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)較低的運(yùn)行成本，一般每公斤有效氯消耗食用鹽3.4Kg/Kg.CL，每公斤有效氯消耗電力4.0KW/Kg.CL，以福建省的食用鹽價(jià)格700元/噸、電價(jià)格0.65元/KW.H（波峰波谷均價(jià)）計(jì)算成本如下：

鹽成本：3.4Kg/Kg.CL×700元/Kg=2.38元/Kg.CL

電成本：4.0KW/Kg.CL×0.65元/KW.H=2.6元/Kg.CL

合計(jì)沒(méi)公斤有效氯成本：2.38元/Kg.CL+2.6元/Kg.CL=4.98元/公斤

折合成10%成品溶液等效有效氯的成本：498元/噸

5.6、以30萬(wàn)噸水廠，總投氯量4mg/L計(jì)算（前加氯、濾后加氯合計(jì)），日需投加有效氯900公斤，也就是需要10%成品次氯酸鈉溶液9噸，那么成品溶液和現(xiàn)場(chǎng)制備日可節(jié)約成本：

（1000元/噸-498元/噸）×9=502元/日

年可節(jié)約成本：

502元/日×365日/年=183230元/年

六、次氯酸鈉在國(guó)內(nèi)外給水消毒中的應(yīng)用

次氯酸鈉用于自來(lái)水行業(yè)飲用水消毒已有一百余年的歷史，由于使用氯氣消毒存在著高風(fēng)險(xiǎn)性，目前氯氣消毒已有不斷減少的趨勢(shì)，1998年美國(guó)自來(lái)水行業(yè)協(xié)會(huì)水質(zhì)分會(huì)下的消毒系統(tǒng)委員會(huì)對(duì)美國(guó)大中型自來(lái)水的消毒狀況進(jìn)行的調(diào)查顯示使用氯氣消毒的水廠已從1978年的91%至1998年的83.8%[14]，在對(duì)小型水廠的消毒狀況的調(diào)查也顯示在以地下水為水源的小型水廠中使用氯氣的水廠也只占所調(diào)查水廠的61%[15]。

隨著飲用水法規(guī)的越來(lái)越嚴(yán)格和氯氣消毒成本的不斷上漲，再加上次氯酸鈉發(fā)生器己被證明是一種行之有效的消毒方法，從而在美國(guó)得到了越來(lái)越廣泛的使用[16]。到2002年為止，在美國(guó)已有超過(guò)1500家的自來(lái)水廠從使用氯氣消毒轉(zhuǎn)為使用次氯酸鈉現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生裝置用于水廠消毒[17]。

國(guó)內(nèi)對(duì)次氯酸鈉消毒的認(rèn)可度也越來(lái)越高，上海、北京和廣州均有新建及改建水廠采用次氯酸鈉消毒[18][19]，以次氯酸鈉代替液氯消毒是未來(lái)飲用水消毒的重要發(fā)展方向。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)次氯酸鈉消毒的研究主要集中于次氯酸鈉現(xiàn)場(chǎng)消毒設(shè)備[20，21]及應(yīng)用條件[22-27]和對(duì)供水水質(zhì)、化學(xué)安全性、飲用水的感官刺激性和消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生量的研究【28-32】。

同濟(jì)大學(xué)的李述茂以上海2個(gè)凈水廠實(shí)際生產(chǎn)工藝考察了液氯和次氯酸鈉2種消毒劑的消毒效果，對(duì)于其在微生物消毒效果、消毒副產(chǎn)物生成和對(duì)氮磷及有機(jī)物去除方面進(jìn)行了比較分析。研究發(fā)現(xiàn)，2種消毒方式對(duì)微生物的殺菌效率基本相同，但是次氯酸鈉消毒出水中三氯甲烷和鹵乙酸含量均比液氯消毒低，而且其在NH3－N、TP和CODMn的去除方面也具有更好的處理效果【28】，上海交大的白曉慧也得到了相同的結(jié)論【29】。

彭敏研究了不同游離堿含量的次氯酸鈉消毒效果與消毒副產(chǎn)物，比較其投加到水中后引起的pH變化、消毒效果以及消毒副產(chǎn)物生成量。結(jié)果表明，游離堿含量越高，引起消毒后pH的增加越多，且消毒效果受到一定影響，消毒副產(chǎn)物三氯乙醛生成量有所減少【30】。

陳麗珠采用次氯酸鈉對(duì)南方某水廠砂濾池出水進(jìn)行消毒，研究次氯酸鈉投加量、細(xì)菌總數(shù)和總大腸菌群、pH值對(duì)次氯酸鈉殺菌效果的影響。結(jié)果表明，隨著次氯酸鈉投加量的增加，余氯濃度不斷升高，處理后水中的細(xì)菌不斷減少；次氯酸鈉對(duì)試驗(yàn)范圍內(nèi)不同的細(xì)菌總數(shù)和總大腸菌群數(shù)都有很好的殺菌效果；pH值的變化對(duì)細(xì)菌和總大腸菌群生長(zhǎng)無(wú)影響，起滅菌作用的是次氯酸鈉。次氯酸鈉對(duì)微生物的殺菌效果顯著，微生物安全性可以得到保障【31】。

王林采用消毒劑次氯酸鈉進(jìn)行二次供水水質(zhì)消毒試驗(yàn)研究。研究了消毒劑濃度、水質(zhì)變化及水泵啟動(dòng)水位等因素對(duì)余氯衰減及消毒副產(chǎn)物生成量的影響。結(jié)果表明，飲用水中消毒副產(chǎn)物產(chǎn)生量與氯化消毒的各條件有關(guān)。當(dāng)水中CODMn小于3.0mg/L，氨氮質(zhì)量濃度小于0.5mg/L且6.5<pH<8.5，水力停留時(shí)間為48h，投加0.1mg/L次氯酸鈉時(shí)，啟動(dòng)液位于0.2-0.3m，消毒副產(chǎn)物在檢測(cè)12h內(nèi)不超標(biāo)【22】。

劉清華通過(guò)對(duì)次氯酸鈉的消毒效果以及提升pH方面進(jìn)行小試和中試，研究了次氯酸鈉代替液氯和投堿工藝的可行性，研究結(jié)果表明：投加1.0mg/L、1.5mg/L和2.0mg/L次氯酸鈉（以有效氯計(jì)），攪拌1h后其pH分別可提高至7.5、7.8、8.0左右，余氯分別保持在0.5mg/L、0.7mg/L、1.1mg/L左右，能夠在提高pH的同時(shí)保持出水的余氯濃度。次氯酸鈉消毒產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷和三氯乙醛濃度與液氯的相比略低，能保證出水的細(xì)菌總數(shù)和總大腸菌群達(dá)標(biāo)，同時(shí)能夠保持48h后的管網(wǎng)末梢水的余氯要求，滿足持續(xù)消毒滅菌的效果，次氯酸鈉投加可以取代液氯和加堿系統(tǒng)【32】.

綜上所述，采用次氯酸鈉替代液氯消毒，滅菌效果明顯，能保證出水的細(xì)菌總數(shù)和總大腸菌群達(dá)標(biāo)，并能保持管網(wǎng)末梢水的余氯要求，滿足持續(xù)消毒滅菌的效果，在保證消毒效果的前提下能夠降低出水中消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生量，取得更好的出水水質(zhì)，可有效降低水廠生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)，是一種較為理想的消毒方式，且改造方便，能實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

七、結(jié)論

飲用水消毒技術(shù)的應(yīng)用要保障能夠有效去除水中病原微生物，又不產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì)，同時(shí)需要考慮設(shè)備投入和運(yùn)行成本，操作和使用安全等問(wèn)題。次氯酸鈉運(yùn)行成本較低，操作簡(jiǎn)單，殺菌效力同氯氣相當(dāng)，而且與氯氣消毒相比，安全風(fēng)險(xiǎn)較低，不存在泄露危害人體生命安全等問(wèn)題，在滿足持續(xù)消毒滅菌保證消毒效果的前提下能夠降低出水中消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生量，以次氯酸鈉代替液氯消毒是未來(lái)飲用水消毒的重要發(fā)展方向。鑒于次氯酸鈉相對(duì)于氯氣消毒具有的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)已有多家水廠開(kāi)始試用，但在如何保證次氯酸鈉產(chǎn)品的質(zhì)量及儲(chǔ)存穩(wěn)定性缺乏相應(yīng)研究，國(guó)家應(yīng)制定適合于飲用水消毒使用的次氯酸鈉溶液標(biāo)準(zhǔn)，使得次氯酸鈉更好地在給水消毒中發(fā)揮應(yīng)有作用。

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