二氧化氯发生器设备要点解析

二氧化氯发生器设备技术要点解析
二氧化氯（ClO2），是国际上公认的最新一代广谱、高效、安全、环保的杀菌消毒剂，具有杀菌效果好、见效快、残留少、不产生抗药性等优点。

世界卫生组织（WHO）和世界粮食组织（FAO）将其列为A1级高效杀菌、消毒剂；欧美等发达国家也将其广泛应用于各领域的杀菌、消毒；我国卫生部也已批准其为饮用水等杀菌、消毒剂的首选，并可作为食品添加剂使用；另外，它还具有除藻、抗霉、防腐、保鲜、除臭等功能。

ClO2具有强氧化能力及高效广谱杀菌能力，并且在饮用水消毒中不会产生卤代烷烃（THMs）等三致物质（致癌、致畸、致突变），在我国自来水净化中得到广泛应用。

由于ClO2的性质不稳定，容易发生爆炸，较难储存和运输，因此目前在净水应用中都是采用二氧化氯发生器现场制备ClO2的方法。

本报告主要针对水厂净水工艺特点以及消毒技术现状，从二氧化氯制备方法和发生器开始介绍，然后降解二氧化氯发生器设备的技术要点解析，最后介绍我司—青岛巨川环保科技有限公司应用蔗糖法制备高纯ClO2的设备—蔗糖还原氯酸钠法高纯二氧化氯发生器。

1.二氧化氯的制备方法及发生器种类
二氧化氯发生器制备ClO2的方法主要有化学法和电解法，化学法又分为亚氯酸盐氧化法和氯酸盐氧化法。

电解法是通过电解获得ClO2，但由于ClO2的纯度低，耗电量大，设备复杂等原因，目前一般都采用化学法制备ClO2。

氯酸盐氧化法常用氯酸钠和盐酸制备，产生二ClO2和Cl2的混合物；此外，还有用H2O2、尿素、蔗糖等还原剂制备高纯ClO2的方法。

亚氯酸钠氧化法反应条件温和，转化率和ClO2纯度高，但由于亚氯酸钠价格昂贵，又是高危化学品，因此应用受到限制。

依据制备方法，分为不同二氧化氯发生器种类。

其中，氯酸盐还原法的发生器有氯酸钠盐酸法二氧化氯发生器（行业内称为复合二氧化氯发生器又叫混合型二氧化氯发生器），过氧化氢法二氧化氯发生器（R11法，又是俗称的三元法二氧化氯发生器），蔗糖还原氯酸钠法高纯二氧化氯发生器（我司新研发的设备）；亚氯酸钠氧化法的发生器一般为亚氯酸钠盐酸法高纯二氧化氯发生器（行业内习惯称为高纯型二氧化氯发生器）。

新研发产品与行业内的复合及高纯二氧化氯发生器的对比，见表1，其中蔗糖还原氯酸钠法高纯二氧化氯发生器（JCT型）比普通的亚氯酸钠盐酸法高纯二氧化氯发生器便宜69%。

表1新研发产品与行业内的复合及高纯二氧化氯发生器的对比
氯酸钠盐酸法复合型二氧化氯发生器亚氯酸钠演算法高纯型二氧
化氯发生器
蔗糖还原氯酸钠法高纯二氧化
氯发生器（JCT型）
反应化学公式NaClO3+2HCl→ClO2+
1/2Cl2+NaCl+H2O
5NaClO2+4HCl→4ClO2+
5NaCl+2H2O
NaClO3+C12H22O11+H2SO4→
ClO2+CO2+Na2SO4+H2O
反应条件及产物氯酸钠和盐酸在50~80℃
条件下反应，反应生成二
氧化氯和氯气的混合物
(理论ClO2:Cl2=2:1，实际
1.1:1~1.4:1)
亚氯酸钠和盐酸在常温下反
应，反应只生成二氧化氯，
纯度达到95%以上
氯酸钠、蔗糖复合还原剂及
50%的硫酸自发式反应，反应
只生成二氧化氯，纯度达到
95%以上
特点原料来源方便，工艺简单反应需要加热，二氧化氯
纯度低，夹带有大量的Cl2反应条件温和，转化率和
ClO2纯度高亚氯酸钠价格昂
贵，且是高危化学品
高转化率；低成本；高纯度；
自发式反应，不需要加热；稀
硫酸浓度为50%（其他方法稀
硫酸浓度多为70%以上）
成本核算产生1g有效氯：
0.00342元/克
产生1g二氧化氯：
0.0276元/克
产生1g二氧化氯：
0.0085元/克
2.二氧化氯发生器设备技术要点解析
2.1如何选择二氧化氯发生器
对于二氧化氯发生器，我们最关心的就是两个问题：如何选择二氧化氯发生器；什么是好的二氧化氯发生器？
好的二氧化氯的发生器的评判标准：一是ClO2的纯度高。

二是原料的转化率高。

同时满足这两点才能称之为好的二氧化氯发生器。

好的二氧化氯的评判依据：一是检测ClO2和Cl2含量，二是检测ClO3-含量。

常用的方法是五步碘量法，在实验室中采用滴定的方式测定ClO2、Cl2及ClO3-的含量。

该方法测定结果准确，但是需要一定的实验室基础及会操作人员，在大部分使用单位较难实现。

除了五步碘量法，使用单位可以采用对比法评判好的二氧化氯发生器。

选择不同的厂家的发生器，如A厂家和B厂家同样产量的设备，以同样的进药量运行同样的时间，结果检测B厂家的余氯或是余二氧化氯高，那么很明显，B厂家的二氧化氯发生器比较好。

2.2发生器设备技术要点解析
因为现在市场上以复合型二氧化氯发生器居多，因此报告以复合型二氧化氯发生器为主，从六个方面探讨一下二氧化氯发生器设备的技术要点解析：1.反应温度；2.反应时间；3.药液混合方式；4.控制进药准确性5.安全性问题6.材料及配件质量控制
反应温度
对于复合型二氧化氯发生器，反应温度主要主要影响ClO2和Cl2的比例。

现在行内复合型二氧化氯发生器的加热温度一般是50~80℃，如果＜50℃，氯酸钠的转化率低，产量低；若温度过高，ClO2纯度下降，Cl2比例增加。

但是因为厂家不同、反应釜不同、加热方式，设备的大小不同等原因导致未有统一的最适温度。

我公司经过实践，建议采取反应液加热的方式，反应液在进入发生器前加热，到达发生器时能快速、充分反应，提高转化率，双重保证了温度的稳定。

反应时间
我们现在所说的反应温度，在行业内主要是指发生器设有几级反应。

因为反应时间影响药液是否充分混合，进而影响到转化率的问题。

因此反应釜的大小及反应级数影响药液的停留时间，药液是否能充分反应。

经过我公司在生产实践中发现，复合法二氧化氯发生器只有一级反应是不能够保证足够的停留时间。

因此，建议：500g以下的小设备至少采用二级反应，随着设备产量的增大，可以设置四级甚至是六级反应。

药液混合方式
充分混合的药液保证了高转化率，建议：增加负压曝气、吹热气的方式使药液快速充分混合，提高转化率
控制进药准确性
在二氧化氯发生器中，计量泵和背压阀共同控制进药准确性。

在二氧化氯发生器使用过程中，常见原料偏流和药液虹吸（即使计量泵不进药，进药管发生自动进药现象）。

可能的原因：A.一种或多种原料缺料；B.计量泵损坏或发生气阻；C.计量泵背压阀故障；D.原料过滤器堵塞或管道不顺；
E.泵头松弛。

当一种或多种原料缺料时，一定会造成原料偏流现象，这里提醒用户在使用
发生器时，一定要定期检查药液储量，以免缺料。

关于计量泵，我公司建议使用进口计量泵，并且计量泵要定期校正。

因为复合法发生器中用到盐酸，具有腐蚀性，如果计量泵质量不过关，很容易发生故障，并且我公司在实践中曾测试过多个厂家的计量泵，发现目前国产计量泵在二氧化氯发生器应用过程中出现故障较多，不建议使用，建议使用进口计量泵。

计量泵背压阀在使用过程出现故障会造成药液虹吸问题。

建议背压阀定期更换，尤其如果使用国产背压阀，建议一年更换一次。

因为按一分钟，计量泵进药20下计算，一小时1200下，一天28800次，一年计算下来就是上千万次，很容易出现故障，因此建议一年更换一次。

计量泵长期工作，会导致泵头松弛，需要定期紧固泵头螺丝。

安全性问题
复合型二氧化氯发生器在使用过程中安全问题包括：防爆口故障、副产物超标及原料问题。

防爆口存在的意义就是为了防止爆炸。

当水射器抽负压不足的时候，自动开启，减小反应釜内压力，防止爆炸。

但是防爆口出现故障，除了水射器的问题，还有在于质量过关。

选用质量好的单向阀，防止阀门因老化而粘连在一起，不能及时自动开启，造成安全隐患。

二氧化氯消毒副产物超标的根源在于原料转化率低。

主要原因是设备质量问题和后期维护、保养、运行的问题。

如果设备质量不过关，原料转化率低，肯定会造成副产物超标。

另外，设备在运行期间的维护、保养也很重要，现在由于操作人员操作不当也会造成转化率低。

原料问题主要涉及原料质量不过关，因为氯酸钠质量保证（原料不合格可引起设备产率不足，甚至可导设备堵塞，彻底损毁）；盐酸酸度保证（盐酸浓度31%，废酸易引起设备内的局部爆炸）。

购买氯酸钠最好购买品牌过硬的，尽量不要选择所谓的自来水专用氯酸钠，因为这种氯酸钠市面上假的居多，在使用过程中很容易出现问题。

材料及配件质量控制
A.压力表：建议在二氧化氯发生器中，将常用的不锈钢表盘的压力表更换为耐腐蚀的数显压力表。

因为二氧化氯具有强氧化性，很容易把不锈钢的表盘腐蚀，
使之生锈，而换成工业级数显压力表就可以避免这个问题。

B.计量泵：在前面已经探讨过了，建议使用进口计量泵。

C.加热器：使用钛合金材质的加热器。

D.管材、管件、阀门：要选用质量好、大品牌的管件管材及配件。

经常有厂家反应，为什么放置二氧化氯发生器的房间有刺鼻的气味，其实就是配件质量不够，产生的二氧化氯气体从配件中溢出，有刺鼻气味。

E.反应釜材料：反应釜是反应发生的容器，是发生器的关键部位，并且药液包括盐酸等强酸，选用耐高温耐腐蚀的材料，增加反应釜的使用寿命。

2.3计量泵和水射器的注意事项
计量泵和水射器在设备中很关键，因为：
计量泵控制进药准确性（技术要点解析介绍过）。

水射器提供负压环境（使产生的ClO2抽出，溶解到水中）。

水射器的选择建议：①设备厂家具有模拟现场的检验试验台，并能提供检验实验数据；②用户业主方提供投加管道压力及进水压力。

在安装时，如果能同时具备这两方面的数据，能确保安装一次性成功，提高工作效率。

我公司就有专门的水射器实验记录表，并且设备出厂前都要经过测试。

设备运行时，水射器注意事项：保证水射器不堵塞；保证投加管道压力及进水压力；保障水射器后管路畅通，阻力小。

计量泵和水射器依据设备产量选择，避免出现“大马拉小车”和“小马拉大车”的现象。

“大马拉小车”：1.大计量泵，小设备，反应不充分，会造成氯酸盐超标；
2.大设备（大计量泵），供水量小的水厂，计量泵进药不准（计量泵调到30%以下进药，进药量不准确）。

“小马拉大车”小水射器，大设备（大计量泵），会造成负压不足。

我公司经过实践，提出几点建议：
A.建议顾客在选择发生器时，设备产量不超过所需产量的20。

B.厂家制造发生器时，计量泵与设备产量相匹配，不能配大。

C.水射器与设备产量相匹配，水射器吸力大点为好。

2.4二氧化氯发生器的自动控制
二氧化氯发生器的自动控制信号有两个：一是流量信号，二是余氯信号。

在线流量计提供在线流量信号；在线余氯检测仪提供余氯信号。

在自控过程中：
1.信号准确。

建议使用电磁流量信号。

2.自控应采取流量为主，余氯信号为辅的复合环控制。

因为余氯信号具有后滞性，但是可以以余氯信号设置上下限。

3.采用PID计算。

0%流量信号；20%余氯信号
二氧化氯发生器的控制方式可以远传，接自动化，从中控室进行操控。

3.蔗糖还原氯酸钠法高纯二氧化氯发生器
3.1JCT型高纯二氧化氯发生器性能特点
高纯二氧化氯发生器是行业的发展趋势。

常用的亚氯酸钠氧化工艺，虽然纯度高，但是原料价格昂贵，不适用于大型水厂；三元法工艺需要用到70%以上的硫酸，危险系数高
在中国二氧化氯专业委员会监制下，我公司研发出JCT型高纯二氧化氯发生器。

JCT型高纯二氧化氯发生器以氯酸钠、蔗糖、50%的硫酸等为原料，采用新型材料反应釜，在适宜反应条件下，生产高纯二氧化氯，适合应用于中大型水厂。

该设备是将氯酸钠、蔗糖及其他还原剂的混合溶液（A液）与50%硫酸（B 液）分别按照设定的速率通过计量泵通入多级反应器中，经过充分反应，生成的ClO2气体通过水射器抽出，进入水体。

JCT型二氧化氯发生器拥有2项发明专利，专利号：1、（201310458446.4）大型高纯二氧化氯发生装置及发生方法，2、（第2482749号）一种曝气型二氧化氯发生器，产品处于国际领先，国内超前水平，由全国化学标准物质委员会二氧化氯专业委员会全程监制，是向全国杀菌灭藻工况场合特别饮用水消毒企业推荐与推广的最先进的产品。

该技术获得中华人民共和国教育部科学进步奖一等奖，华夏建设科学技术奖二等奖。

经过实践证明该设备有许多创新之处，总结如下：
1.高转化率：反应器实现多级反应，原料浓度由高到低，氯酸盐转化率可达98%以上，极大程度减少了原料的浪费。

2.高纯度：制得的ClO2纯度≥95%，符合美国USEPA的饮用水消毒要求，
可放心用于饮用水消毒。

3.低成本：所用主要原料为氯酸钠、蔗糖和稀硫酸，原料价格低廉易得，运行成本低，成本接近于氯酸钠复合法制备二氧化氯，比普通的亚氯酸钠法制备成本低60%以上。

4.自发式反应：省电不需要加热，打破氯酸盐法制备高纯二氧化氯需要外部加热的模式。

经过现场实践证明，JCT型二氧化氯发生器运行初始需要维持70-85℃的温度来启动反应，当反应启动后，可停止加热，节省电力，但是仍能保证反应的自发性，且避免了反应器中的爆鸣现象。

该举不仅降低了运行成本，还保证了设备的正常运行，大型反应器甚至可以在应用中供给循环热水
5.高安全性：（1）主要反应部分采用哈氏合金、钛金等耐高温耐腐蚀的新型材料。

不仅能长期承受住大量的反应热，增加了安全性。

（2）其余部分采用具有优良的抗压耐腐特性的新材料制作。

（3）安装防爆装置。

（4）配备停水停电应急处理装置。

（5）稀硫酸浓度为50%，相比较行业内三元法制备二氧化氯使用硫酸浓度最低（其他方法制备稀硫酸浓度多为70%以上），安全性高。

这些举措皆保证了发生器可以长期连续安全的运行。

6.操作容易：采用PLC全自动控制并提供远端管理接口，可实现无人值守
JCT型二氧化氯发生器在运行中所用原料价格低廉易得，自发性反应节约运行成本，设备安全可靠，值得大力推广。

该发生器可以应用于各大、中小型水厂；城市污水厂的尾水消毒；农村饮用水改造工程中的消毒工艺；各类中水、回用水、循环水和冷却水等的消毒杀菌除藻；石油注水管道的杀菌解堵；医院废水、印染废水及含氰废水等工业废水的处理工艺；造纸漂白工艺等。

3.1不同类型发生器运行成本对比
以5万吨/天的水厂为例，二氧化氯投加量1mg/L。

不同类型发生器的运行成本对比见表2。

复合法二氧化氯发生器的运行成本是以有效氯计算，若以有效二氧化氯计算，产生1克有效二氧化氯的成本为0.0089元/克，5万吨/天的水厂的运行成本为445元，并且是在未考虑电耗的前提下。

5万吨/天的水厂，使用JCT型二氧化氯发生器比普通的高纯型二氧化氯发生器，一天的运行成本节省955元，一年能节省153745元，所以更适用于中大
型水厂。

JCT型二氧化氯发生器的运行成本虽然和复合型的二氧化氯发生器的相当，但是JCT型二氧化氯发生器产生的二氧化氯纯度高，在运行时不用考虑加热器电耗
表2不同类型发生器的运行成本对比
盐酸氯酸钠法复合型二氧化氯发生器亚氯酸钠盐酸法高纯型二氧
化氯发生器
JCT型高纯二氧化氯发生器
成本核算1g有效氯：0.00342元/克1g二氧化氯：0.0276元/克1g二氧化氯：0.0085元/克每吨水处理成本0.00342元0.0276元0.0085元
5万吨/天0.00342×50000=171元0.0276×50000=1380元0.0085×50000=425元。