二氧化氯不仅可以用于饮用水的消毒，而且也可以在生物技术领域的冷却水中得到应用。生物技术设备的运营商在使用有毒、易燃、易爆气体时，必须购买价格高昂的技术设备，而在实际的生产过程中，他们几乎都不愿意这样做。本文介绍的新技术能够解决这一难题。

Infracor公司是Evonik工业公司的子公司，专门负责Marl化学工业园基础设施和技术服务。这家公司开发了一种基于二氧化氯处理技术的新方法，这一方法能够安全可靠、经济地完成冷却水的杀菌和除藻。Infracor公司为德国最大的化学工业园提供了技术服务和供应保障。工业园的冷却水由16个输水能力为8万m3/h左右的中间冷却池来供应。冷却水的冷却系统属于湿式冷却塔循环系统的一部分。冷却塔用水来自韦塞尔达特尔恩运河，这些水经部分脱碳处理后可以在冷却系统中循环使用。脱碳处理后的水呈弱碱性，在处理过程中，水的化学成分和生物技术指标都需要进行严密控制和监测。

中间冷却池为冷却水中的微生物提供了理想的生长环境。冷却系统中生长的微生物容易形成一层生物膜，尤其是在潮湿、与水接触的零部件表面，容易生成不同厚度的生物附着膜。而冷却系统中的生物膜滋生会带来不利影响，生物膜会使设备的导热、传热性能变差，造成微生物腐蚀（MIC）和嗜肺军团菌不断繁殖，嗜肺军团菌容易造成冷却水重复感染。因此，对冷却水系统中的微生物进行监测必不可少，因为只有这样才能有效地对冷却水进行杀菌和除藻。

利用氯进行消毒

目前，Marl化学工业园中冷却水消毒和除藻的主要方式是通过综合利用氯、溴化钠和一种非离子表面活性剂。其中，利用氯的氧化性能来消毒。真正有效的消毒和除藻成分是未电离的次氯酸，这种酸通过调节水的pH形成次氯酸根离子而生成。根据化学工业园中不同的生产情况，冷却水的pH值一般控制在7~8之间。在这一pH值范围内，仅靠氯是不能完成冷却水的消毒和除藻的。

为加强杀菌和除藻的效果，往往将氯和溴化钠一起使用，氯和溴化钠生成的次溴酸大大增加了杀菌除藻的pH值范围。冷却水杀菌除藻时重要的工作参数是氧化还原电位，这一参数需要连续检测。水的氧化还原电位是表示氧化消毒剂灭菌速度的特性参数，氧化还原电位越高，灭菌速度越快，反之越慢。杀菌除藻的过程是间断性的，当检测到的氧化还原值低于规定的下限值时，氯化消毒设备开始工作；当检测到的氧化还原值高于规定的上限值时，设备停止工作。

利用氯/溴进行冷却水的杀菌除藻存在一定的缺陷，这种方式很难杀灭生物膜内的有机微生物，杀菌除藻的能力有限。同时，这种方式不能阻止冷却塔内部藻类的生长。当藻类在冷却塔中大量繁殖，或者军团菌数量增大时，必须要辅助使用过氧化物杀菌剂。这种杀菌剂不仅能够杀菌，而且还可以有效地去除覆盖生物膜。

二氧化氯的特性

与氧化型消毒剂（次氯酸钠、氯或者氯/溴）相比较，二氧化氯能够更好地对冷却水进行消毒。二氧化氯不仅能够杀灭微生物，而且不会污染环境。二氧化氯的化学性质与氯有很大的区别。二氧化氯是一种易溶于水中的气体，不会离解，在水中以自由基的形式存在。因此，它的消毒效果和抗氧化效果与水的pH值无关。

另外，二氧化氯溶液能够溶解生物膜，阻止生物膜的生成，同时抑制冷却水中细菌的继续繁殖。它不会生成三卤甲烷，形成有机卤素（AOX）或者其他的副产物。这一特性使得二氧化氯成为水处理中理想的生物杀菌剂和氧化剂。同时，二氧化氯可以在饮用水消毒中使用。

尽管二氧化氯在杀菌消毒方面有着很好的效果，具有很好的环保性能，但在冷却水和流程工艺用水的杀菌消毒中却很少使用二氧化氯。其中的主要原因是设备的运行、维护保养和人员培训的投资费用太高，同时，目前的技术水平还不能完全避免二氧化氯泄漏，存在爆炸的风险。

当生产工作场合中的二氧化氯含量达到0.1ppm/m3，即0.3mg/m3时，场所中的气体就属于有毒有害气体。二氧化氯的体积浓度超过10%时，就会引起爆炸。当温度达到20℃以上时，8g/L液体二氧化氯溶液就能生成这种浓度的二氧化氯气体。当二氧化氯溶液的浓度超过28g/L时，水溶液会出现分解。

由于二氧化氯的这些特性，因此不能按照所需的量保存和运输二氧化氯，而是需要在使用现场直接勾兑所需的二氧化氯溶液。二氧化氯水处理技术主要在钠工艺流程过程中应用，在酸-次氯酸盐基的流程工艺过程中，二氧化氯溶液中的氯会被中和。

根据目前的技术水平，使用二氧化氯溶液的设备应具有下述特征：

在有人员出入和工作的场所中需要配备安全保护设施，避免在二氧化氯的使用过程中出现二氧化氯泄漏和爆炸。

二氧化氯的合成反应是一个与温度有关、反应缓慢的不完全反应过程（产品的产出率为85%~95%）。最高的二氧化氯浓度仅为20g/L，所以反应器必须绝对严密，且必须是耐压容器。

反应时间较长，所以需要大容量的反应器。若二氧化氯生产设备的生产能力为1kg/h，则反应器中大约有160g二氧化氯。

新工艺技术

为了能够更好地利用二氧化氯杀菌消毒，Infracor公司研发了一种新的工艺技术，该工艺已经申请了专利并在实践中得到了应用。这一新技术保证了二氧化氯设备安全，并且还可以更加经济地使用二氧化氯。

Infracor公司的新技术中，将反应器安装在所处理的水中，在水中生成二氧化氯，电解物质都被分离出来。二氧化氯的合成反应是在最佳的理想条件下完成的，能够快速反应生成浓度高达98%的二氧化氯，且反应过程不受温度影响。

反应器中二氧化氯的浓度高达80g/L，反应容量比例提高了500倍，残留的二氧化氯量低于1%。反应器直接与周围环境接触，如果二氧化氯生产设备的产能为1kg/h，那么在反应器中只有约1.4g的二氧化氯，而且这些二氧化氯直接被周围的水稀释，马上达到了无害的程度。

通过了实践的检验

二氧化氯杀菌除藻的优点已经在Marl化学工业园的生产实践中得到了证明。其中包括溶解生物膜和沉积物，避免了在冷却水塔中生成藻类，并将可吸收有机卤化物量（AOX值）降低到50ug/L。

在利用氯-溴消毒液向二氧化氯消毒液的应用转化中，开始的几个月时间里二氧化氯的用量增加了4倍，DOC和AOX值也都有所上升。在这一阶段中，已生成的生物膜将会被热解掉。在清除氯有机化合物时，AOX值和DOC值会有所上升。

开始阶段的二氧化氯消耗量在中间池中的含量为每周220kg，在之后的6个月中会逐步减少到每周28kg及13kg。在转化为二氧化氯时，AOX值大约提高到2倍。随着二氧化氯消耗量的逐步减少，AOX值逐步降低到50ug/L。对冷却水系统的循环管道的考察得到的数据大约为3500m3/h，氧化还原电位定量控制在330~500mV及0.7~0.3ppm之间。另外还有一个中间池在一年半时间里用二氧化氯进行消毒。在这一期间内，冷却塔内滋生的微生物都被清除了，非常干净。

专利授权

在Marl化学工业园采用二氧化氯技术对冷却水进行消毒除藻的同时， Ashland Hercules Water技术公司也获得了二氧化氯水处理技术的专利使用权，这一技术在很多欧洲的冷却水系统中得到了应用。

微生物的生存空间

生物膜由多种不同的微生物胞外聚合物（EPS）构成。在生物膜内部，根据营养来源、氧浓度的不同或者其他影响因素的不同有着完全不同的微生物生存空间。生物膜为微生物的生存提供了很多方便，例如：

避免生物杀菌剂和其他杀菌剂的影响；

严密的细胞壁结构保护微生物的生命稳定；

丰富多彩的基因库，基因传递方便，能够使微生物成倍发展；

材料交换以及营养物质的重复利用。