华清技术与--项目：二氧化氯介绍

    二氧化氯（ClO₂）是目前國際上公認的新一代廣效強力殺菌劑、高效氧化劑和優良漂白劑，世界各國所廣泛採用。世界衛生組織（WHO）將其定為A1級安全消毒劑。美國環境保護署（EPA）批准用於醫療衛生業儀器設備的消毒；美國食品藥物管理局（FDA）批准用於食品工業設備的消毒；日本食品衛生法規列為食品添加劑； 二氧化氯對細胞璧有較強的穿透能力，可有效氧化細胞中含硫基的醇，可快速地抑制微生物蛋白質的合成來破壞原菌、真菌和病毒等，在氧化的同時，不伴隨氯化作用而產生氯仿等有機致癌物。
    目前廣泛用於食品加工、醫療衛生、飲用水、環境、工程循環水等之消毒、殺菌及除臭處理，為對環境友善之綠色消毒劑。
 什麼是二氧化氯(ClO₂)？ 
Chlorine Dioxide  (二氧化氯)是一種帶有近似氯味的黃綠色氣體。在1900年即經由美國環保署認可當作一種消毒劑。 
二氧化氯有什麼用途？ 
二氧化氯在美國日常生活中安全地被大量使用(4－5百萬磅/天)。 
常用範圍： 
◎飲用水的消毒及處理 
◎紙漿的漂白 
◎食品製程的消毒(如：麵粉、調味料、蝦類、蔬果)
◎食品處理設備的消毒 
◎工業的瓦斯精製設備和魚塭之除味 
◎生藥、製藥的應用和設備之殺菌 
　
二氧化氯和氯氣一樣嗎？
    二氧化氯的化學結構是一個氯原子與兩個氧原子結合在一起，它和氯氣一樣均屬於具有強氧化能力的氣體，但在水溶液中二氧化氯的溶解度較高，而且較穩定，並且不會與水中有機物質反應生成三氯甲烷等致癌物質，因此二氧化氯已漸漸取代氯氣在飲用水消毒的寶座。 
 二氧化氯在飲用水處理之應用情形如何？ 
     二氧化氯最早被應用在飲用水處理是在1944年，美國尼加拉瀑布自來水處理廠。目前在北美地區約有400個水廠，在歐洲地區也有500個水廠已改用二氧化氯處理飲用水。二氧化氯處理飲用水的優點如下： 
(一)    消毒殺菌有效能力比氯氣好， 
(二)    可移除水中的顏色、臭味但無殘留氯氣的味道， 
(三)    可降低水中錳及鎂的含量， 
(四)    不會產生對人體有害的副產物(例如三氯甲烷)， 
(五)    其製造成本比氯氣高但遠比臭氧低。 
 二氧化氯殺菌及滅殺病毒的機制如何？ 
     二氧化氯是一種具有強氧化能力的氣體，它殺菌或殺病毒的方式是氧化其蛋白質、脂肪和核酸等以達到去活性之功能。由於二氧化氯是一種中性氣體，其穿透能力強，因此可以穿透細菌的細胞膜或病毒之蛋白質外衣以加強消毒之功能。反觀，氯氣在水中立刻分解為次氯酸，在水中pH值中性偏鹼時轉化為次氯酸鹽溶液，其氧化能力及消毒能力大幅下降。根據科學文獻報導，二氧化氯水溶液在2－10 ppm，2－10分鐘內就可殺死大腸桿菌，枯草桿菌、沙門式桿菌和蘇利菌等，在病毒方面，二氧化氯水溶液可殺死小兒麻痺病毒、腸病毒和A型肝炎病毒等，其中在A型肝炎病毒研究中報導10ppm二氧化氯溶液在1分鐘內就可殺死A型肝炎病毒。
    二氧化氯是一種強效而且廣效性的消毒劑，強效的特性是來自二氧化氯的強氧化能力，廣效的特性是因為二氧化氯可以氣體方式溶於水中，直接氧化與溶液接觸之物質，或以氣體分散於空氣中氧化懸浮於空氣中之有害物質。SARS病毒傳染途徑是經由空氣飛沬及接觸傳染，因此嚴堵其擴散應同時對感染區之物體表現及空氣同時消毒。
 二氧化氯在其它領域之應用情形如何？ 
     二氧化氣除了應用在水處理外，還可作為廣效型消毒劑，應用在一般建築物、食品加工、醫療用品，醫療廢棄物、民生廢水、冷卻水、半導體廠洗淨水之消毒。此外還可應用在石油工業以清除含硫之化合物。2001年美國國會大廈被碳疽熱污染時，美國EPA就是使用500ppm之二氧化氯水溶液對國會大廈進行噴灑消毒並證明消毒有效。
 二氧化氯對人體有害嗎？ 
     二氧化氯是一種具有強氧化能力的氣體，在<0.8ppm時對人體無害而且可以飲用，但在高濃度時亦會氧化人體細胞造成不適或傷害。但它對人體的傷害遠低於臭氧和氯氣。一般來說1-17 ppm的二氧化氯就可以被察覺到，高於45ppm時對鼻子或眼睛就有刺激性。
如何使用二氧化氯溶液？ 
     目前國內衛生署或環保署尚無規範二氧化氯之使用方法，不過以美國、歐洲、澳洲和日本等規範加以整理，一般物質消毒約100ppm，與人體接觸，5ppm以下，飲用水消毒0.8ppm以下。   
二氧化氯是最好的淨空消毒劑 
美國國會大廈於2001年11月被碳疽熱污染時，美國EPA不是利用奈米光觸媒，不是利用漂白水，也不是利用酒精來進行消毒。而是利用500ppm的二氧化氯水溶液進行大廈的噴灑及淨空消毒，並證實消毒有效。碳疽熱以孢子方式存在，非常困難加以破壞，而500ppm的二氧化氯溶液可以破壞碳疽熱，因此非常值得我們探討其原因。
二氧化氯是一種淡黃色氣體，在水溶液之溶解度高(可達7，000ppm)，是一種強氧化劑，其氧化特性和水中高溶解度特性，讓它於1950年代開始就在歐美地區被用在飲用水處理，以清除消毒水中微生物或病毒感染源。二氧化氯在水中相當穩定，以氣態方式存在，因此它可以直接氧化細菌細胞膜或病毒之表面蛋白，或滲入細菌或病毒內氧化其重要酵素或核酸，以達到消毒去活性之目的。根據科學文獻報導，二氧化氯水溶液2－10ppm在10分鐘內就可殺死大腸桿菌、枯草桿菌、沙門真《桿菌和蘇利菌等，在病毒方面，二氧化氯水溶液可殺死小兒麻痺病毒、腸病毒和A型肝炎病毒等，其中在A型肝炎病毒研究報導10ppm二氧化氯溶液在1分鐘內就可殺死A型肝炎病毒。
二氧化氯是一種強效而且廣效性的消毒劑，強效的特性是來自二氧化氯的強氧化能力，廣效的特性是因為二氧化氯可以氣體方式溶於水中，直接氧化與溶液接觸之物質，或以氣體分散於空氣中氧化懸浮於空氣中之有害物質。SARS病毒傳染途徑是經由空氣飛沬及接觸傳染，因此嚴堵其擴散應對感染區之物體表面及空氣同時消毒，目前廣泛使用之漂白水消毒效果不彰，其原因為
漂白水之氧化能力較弱，
漂白水殺菌和殺病毒能力較弱，
漂白水僅能消毒物體表面而無法消毒空氣，此外漂白水遇酸會產生有害之氯氣。
二氧化氯雖尚未被證實可以有效殺死SARS病毒，但其廣效的特性已被證實對許多病毒有效，因此用於SARS病毒消毒之成功機率很大。美國EPA核准二氧化氯在飲用水中之安全濃度為0.8ppm，用於物體表現消毒則高達500 ppm，因此二氧化氯在低濃度時是一種安全的飲用水消毒劑，在高濃度時是一種強效的消毒劑。消毒是防堵SARS重要一環，使用正確之消毒方法更是一重要課題。
■ 殺菌消毒能力： 
   臭氧不穩定，水溶性較差，不能長效殺菌，使用氯與漂白水等消毒；除具有氯氣之臭味外，更有與腐植酸等產生三氯甲烷等致癌物質。如果同時考慮殺菌及殺病毒能力在水中之穩定性，二氧化氯是最佳的選擇；此外二氧化氯不會產生三氯甲烷等致癌物質，因此不會對環境造成二次傷害。
■ 二氧化氯的性能特點 
    1、 高效率、快速的殺菌效果，殺菌能力是氯氣的3-5倍；
　 2、 不像氯氣那樣與水體中的有機物反應生成致癌物三氯甲烷和鹵乙酸；
　 3、 對水中的色素、臭味、異味和鐵、錳具有較好的去除效果；
　 4、在水中的溶解度是氯氣的5倍，適於水體消毒並能維持更長的抑菌時間，可防止管網中細菌的再繁殖；
　 5、 安全、無毒，對人體無副作用；處理過的水中無氯味及其它異味；
　 6、 能有效地破壞酚、硫化物、氰化物和其他有機物；能有效地殺滅和抑制藻類；
　 7、 二氧化氯易溶于水，在水中不分解，殺菌效果不受PH值與氨氮的影響。 
 二氧化氯殺滅病菌和病毒的作用 
二氧化氯是一種廣效型的消毒劑，它對水中的病原微生物，包括病毒、芽子包、配水管網中的異養菌、硫酸鹽、還原菌及真菌等均有很高的殺滅作用。
二氧化氯能在pH值很寬的範圍內殺滅大腸桿菌，其殺滅效果與溫度T有關，是溫度（1/T）的函數，這一優點彌補了因溫度升高而使二氧化氯在水中溶解度降低的缺點。二氧化氯在水中的擴散速度較氯快，所以在低濃度時較氯更?有效。二氧化氯對孢子的殺滅作用比氯強，對水中的放線菌、野生菌種、孢子體進行氯與二氧化氯的對比試驗結果是：
氯(Cl₂)：logN_t(%)=logN_o(%)4.08×10^-3×C^1.33(min)
二氧化氯(ClO₂)：logN_t(%)=logN_o(%)-10^-2×C^0.48×t(min)
式中： N_t—?溫度t時，孢子的成活率。
二氧化氯殺滅病毒的作用比臭氧(O₃)和氯有效。在洪水期間，二氧化氯對水中柯薩奇(腸道)病菌、人類腸道病毒、皰疹病毒、新城病毒、噬菌體、牛痘病毒、脊髓灰質炎病毒等?多病毒，均有很好的殺滅效果。如果使用劑量?0.02mg/L的二氧化氯，可在幾分鐘內將水中病毒桿菌殺滅，比氯要有效的多。低劑量的二氧化氯還具有很強的殺蠕蟲效果，如果使用二氧化氯0.5mg/L，便可將微生物甲殼類中的水生二節虱類殺滅，而用氯殺滅則需6.0～7.0mg/L。
     氧化氯對水處理系統中的沈澱、澄清、過濾設備以及配水管網中的藻類異養菌、鐵細菌、硫酸鹽及還原菌等，都有較好的去除殺滅效果，投加二氧化氯將有利於水處理設施的運行和維護。
　　Akin和Hoff等人對臭氧、二氧化氯、氯及氯胺4種消毒劑進行比較，消毒效率：臭氧>二氧化氯>氯>氯胺；穩定性：氯胺>二氧化氯>氯>臭氧。綜合以上兩方面的因素以及我國的實際情況來看，二氧化氯消毒具有比較好的效果和廣闊的前途。

二氧化氯的性質 
　　二氧化氯是由漢費萊戴維先生于1811年發現到的。1843年時米隆用鹽酸將氯酸鉀酸化獲得了一種黃綠色氣體，並將這一氣體吸收在鹼性溶液裏獲得了亞氯酸鹽(以及氯酸鹽)，而米隆沒有將這種氣體作?二氧化氯識別。1811年Garzaralli-Thumlackh鑒別出這種氣體是二氧化氯和氯氣的混合物。
　　二氧化氯是一種綠色氣體，比重是氯的2.4倍。二氧化氯在水中的溶解度是氯的5倍。二氧化氯是一種易於爆炸的氣體。當空氣中的二氧化氯濃度大於10%或水溶液濃度大於30%時都易於發生爆炸。工業上經常使用空氣和惰性氣體沖淡二氧化氯，使其濃度小於8%～10%。將其溶解于水時，二氧化氯的水溶液?6～8mg/L。二氧化氯溶液須置於陰涼處，嚴格密封，於避光的條件下才能穩定。二氧化氯在微酸化條件下可抑制它的歧化，從而加強其穩定性。
　　當二氧化氯用於水消毒時，其投加量?0.1至1.3mg/L；用於除臭時，其投加量0.6至1.3mg/L；二氧化氯如兼用於前處理，氧化有機物、鐵及錳時，其投加量?1至1.5mg/L。
——摘自《二氧化氯的?生、氧化和消毒作用》（國家環保局同濟大學環境保護科學技術研究所國家環保局同濟水污染處理設備質量監督檢驗中心）
   二氧化氯在室溫下以氣體形式存在，低溫下也可呈液態。氣體在水中的溶解度?2.9g/L(22℃)。二氧化氯以自由基單體存在，氯-氧鍵表現出明顯的雙鍵特徵。
     O-Cl-O鍵的鍵角?117.5°，鍵長?1.47×10^-10m。二氧化氯具有共振結構，因?氯的3d軌道能參與C—π鍵的共軛。二氧化氯中的氯以正四價態存在，其活性?氯的2.5倍，即氯氣的有效氯含量?100％，而二氧化氯的有效氯含量?263％，其計算公式如下：
      ClO₂  →  Cl^- —e             (1)
      (5×35.5/67.5)×100＝263％
       Cl₂+H₂O → HOCl+HCl —2e     (2)
      (2×35.5/71)×100=100％
   液態二氧化氯極不穩定，光照、機械碰撞或接觸有機物都會發生爆炸。氣態的二氧化氯在空氣中的含量高於10％時，遇火星等就有極高的爆炸性，只有在溶液中非常安全。二氧化氯的氧化還原能力與溶液的pH值有很大關係，在酸性條件下氧化能力最強。
飲用水的處理 
對飲用水，是很有用的去除味道及臭氣的藥劑。能夠完整的除去水中的硫化物，氯酚、丁氨及其他有機金屬，並去除不愉快的味道及臭氣，防止退伍軍人症。 
殘餘植物之淤泥的消毒除臭 
醫院—育嬰房  醫院使用消毒殺菌及去除味道是很有效的工具。
除臭：噴霧或沖洗地板、小便池、牆壁等。
殺菌：清洗織物、地板、牆、排泄池等。能有效的消滅葡萄球菌。
殺菌及除臭可應用於食品、器具、機台表面。如麵包店、釀造廠、餐廳、奶品製造、飲食店、醫院及漁場…..等。

飲用水	0.5ppm	蔬果保鮮	5-10ppm
循環用冷卻水	20ppm	魚蝦保鮮	20-40ppm
水族館用水	5-10pm	雞蛋保鮮	500ppm
造紙廠用水	40-80ppm	家禽肉保鮮	3ppm
船舶壓艙水	1ppm	活魚運送	5ppm
冷凍海鮮之冰塊	50ppm	魚苗運送	2.5ppm
食品器具消毒	10-20ppm	水產養殖	1-1.5ppm
生鮮食品調理台	50-500ppm	水族箱清洗	100ppm
抹布、餐巾、拖把	50-500ppm	養殖場清潔殺菌	50-500ppm
垃圾除臭	10-100ppm	醫院診所之清洗	100-1000ppm
廁所除臭	100-1000ppm	冷凍庫清洗	500-1000ppm
化糞池除臭	100-1000ppm	魚市場污物清洗	500-1000ppm
木材除黴斑	500ppm	洗髮精防頭皮屑	500ppm