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二氧化氯发生器原理

内容提要

本教材由六部分组成：

第一章，二氧化氯的性质和作用；第二章，二氧化氯发生器及二氧化氯消毒剂；第三章，二氧化氯发生器的自动控制；第四章，二氧化氯的应用；第五章，医院污水处理；第六章，二氧化氯发生器的安装。

本教材比较全面、系统地介绍了源生公司的二氧化氯产品，具有较强的规范性、实用性、指导性。

前言

编制本教材的目的，是为了使公司员工比较全面掌握二氧化氯的性质、生产、应用和二氧化氯发生器安装的知识，进一步了解公司的产品结构，从而清楚本公司的产品具有以下的优势：

1．产品是自行研制和生产的，获国家卫生部专家审批通过。

2．设备制作精良，生产工艺先进，操作简便，安全可靠。

3．原材料消耗低，运行费用少。

4．产品品种多，规格多，可供不同要求的用户选用。

二氧化氯发生器原理

第一章二氧化氯的性质及作用

二氧化氯的性质

物性参数

学名：

二氧化氯

英文名称：

Chlorinedioxide

分子式：

ClO2

相对分子质量：

（按1989年国际相对原子质量）

沸点：

℃

熔点：

℃

相对密度：

（空气=1）

有效氯：

（氯气有效氯=1）

有效氯是衡量氯消毒剂氧化能力的标志。

是指与含氯消毒剂氧化能力相当的氯量（非指消毒剂所含氯量）。

物理性质

二氧化氯在常温、常压下是一种黄红色气体（低浓度黄绿色），在外观和气味上与氯气相似。

当空气中ClO2浓度大于10%易于爆炸。

受到阳光照射、遇高温物体、接触有机物、也可发生爆炸。

若有铁锈、油脂、以及较多的有机粒子存在时，即使在安全体系和浓度（8%~12%）下，也会自发地分解。

二氧化氯具有刺激性气味，对人的眼、鼻、喉和呼吸道有较强的侵蚀作用，当空气中ClO2浓度为14mg/L时，就可使人察觉，45mg/L时，明显地刺激呼吸道。

二氧化氯在水溶液中较稳定，几乎全部是以单体自由基的形式存在。

二氧化氯腐蚀性很强，一般常见金属、不锈钢都可腐蚀（指高浓度）。

二氧化氯发生器原理

化学性质

强氧化性

二氧化氯在酸性条件下具有很强的氧化性：

ClO2+4H++5e=Cl-+H2Oψ=+

在中性或碱性条件下：

ClO2+e=ClO2-ψ=+

ClO2-+2H2O+4e=Cl-+4OH-ψ=+

氧化还原反应的程度取决于水中还原物质的强弱。

与无机物反应

水中少量的S2-、SO32-、SnO22-、AsO32-、SbO32-、S2O32-、NO2-和CN-等还原性酸根均可被氧化去除。

水中一些还原态的金属离子Fe2+、Mn2+、Ni2+等也能被氧化，如：

2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2+12H++2Cl-

ClO2+5Fe（HCO3）2+13H2O=5Fe（OH）3+10CO32-+Cl-+21H+

8ClO2+5S2-+4H2O=5SO42-+8Cl-+8H+

2ClO2+2CN-=2CO2+N2+2Cl-

在中性溶液中，碘化钾、亚硫酸钠、亚砷酸钠及氧化铅，能把二氧化氯还原成亚氯酸盐。

在酸性溶液中（pH=1），氢化硼、碘化物及亚硫酸可将二氧化氯完全还原成氯离子。

水溶液中的歧化反应

二氧化氯水溶液的歧化反应进行得非常慢。

2ClO2+2OH-→ClO3-+ClO2-+H2O

6ClO2+3H2O→5HClO3+HCl

ClO2+Cl2+2H2O→2ClO3-+2Cl-+4H+（酸性溶液）

2ClO2+HOCl+H2O→2ClO3-+Cl-+3H+（中性溶液）

与有机物反应

易于与二氧化氯进行反应的有机化合物是指肪烃的叔胺和酚类及芳香胺类。

二氧化氯和酚反应较快，产物包括：

1,4-苯醌；2-氯-1,4-苯醌；2,5-二氯-1,4-苯醌；2,6-二氧化氯-1,4-苯醌；2-氯酚；草酸和顺式丁烯二酸。

二氧化氯与对苯二酚反应时，很快将其氧化成相应的苯醌，不发生环上的取代反应。

二氧化氯和硫的化合物（包括硫胺素、硫代硫胺素、硫醇、有机二硫化物以及硫脲）发生反应。

判断二氧化氯与其它有机物反应应实验确定。

二氧化氯发生器原理

二氧化氯的作用

杀菌机理

二氧化氯与细菌及其它微生物细胞中蛋白质发生氧化还原反应，使其分解破坏，进而控制微生物蛋白质合成，最终导致细菌死亡。

二氧化氯对细菌壁有较强的吸咐的穿透能力（优于氯或次氯钠）。

二氧化氯不易使细菌产生抗药性。

[非氧化性杀菌剂如胺类杀菌剂是NH4-进入细菌组织内部，使内部组织产生变异，使细菌组织破坏，从而杀灭。

这种方法时间长后，细菌逐渐地适应这个外来基团，使其失去杀菌作用，这就是细菌的抗药性。

]

应用范围

各种供水系统的消毒、灭藻、除铁、除锰、除味

医院污水消毒

循环冷却水杀菌、灭藻、剥离粘泥

游泳池水、消毒

中水回用中的消毒、除臭、脱色

含氰、含酚废水的无害化处理

化工废水脱色、降解COD

石油注井水的杀菌消毒、除垢

造纸工业纸浆漂白

纺织工业织物漂白

食品饮料行业消毒

家用消毒剂、除臭剂

水产养殖业水体消毒及产品保鲜

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几种消毒产品的比较

在水处理中常用的消毒剂有液氯、臭氧、二氧化氯、氯胺和紫外线等，应用较多的是液氯、臭氧和二氧化氯。

常用氯系消毒剂

液氯

液氯仍然是水处理过程中应用最多的消毒剂，这主要是由于它应用历史长，积累了丰富的运行管理数据，并且成本低、运输方便、在管网中可保持一定的持续杀菌效果的原因。

但随着全球环境污染的加剧，在对一些遭受污染的水源进行处理时，氯化处理常需投加过量的氯气，研究证明这往往易生成大量的有机卤化物（如三氯甲烷）而造成水体的二次污染。

对人体的健康产生潜在的危害。

另外一些中小型水厂或污水处理厂采用氯气消毒，不仅占地面积大，而且由于管理不善常产生一些人身伤害事故。

因此，近年来各国都在研究替代氯气的新一代消毒剂。

漂白粉

漂白粉是一种比较复杂的含氯化合物，一般以Ca（OCL）CL代表其分子式，为灰白色粉末，又氯味，在空气中易吸收水分和CO2，不稳定。

市场上的漂白粉有效氯含量为28%--35%。

市场价大约在3000元/吨左右。

处理医院污水消毒成本为3元/吨。

漂粉精

属于较纯的次氯酸钙（俗称消毒片），为白色粉末。

化学分子式为Ca（OCL）2。

性能较稳定，市场上的漂粉精有效氯含量为60%--70%。

市场价一般在6000元--7000/吨左右。

处理医院污水消毒成本为3元/吨。

和一定量的填充剂混合，用机器压成片状就是俗称的氯片。

次氯酸钠

水溶液为黄色透明液体，其分子式为NaCLO。

一般为水溶液状态，在水中的含量为8%--12%。

在现场可用食盐水电解制备。

市场价400—1500元。

一般吨水处理成本约为—元。

二氯（三氯）异氰脲酸钠

二氯异氰脲酸钠的有效氯为64%，易溶于水。

三氯异氰脲酸钠的有效氯为90%，微溶于水。

市场价格一般在一万元左右

臭氧

臭氧是一种优良的消毒剂，其杀菌效果好，且有害副产物少。

但目前臭氧发生装置的产率通常较低，设备昂贵，安装管理复杂，运行费用高，而且臭氧在水中溶解度低，衰减速度快，为保证管网内持续的杀菌作用，必需和其它消毒方法协同进行。

紫外线

紫外线消毒也是近来发展的一种新型消毒方法，它是通过灯管发出的紫外光对水体进行紫外线辐射，将水中的有害菌杀死。

一般采用组合式灯管，在管道中进行消毒。

同时不改变水的物理化学性质，且不产生气味和其它有害的卤代甲烷等副产物，但该方法对消毒前的原水浊度要求较高，且必须保证一定的水流厚度，当水深较大时杀菌效果急剧下降。

故现在只在纯净水等小型高标准水处理中应用较广。

紫外线消毒，一般也可满足杀菌要求，但缺点也十分明显。

一是：

紫外光对污水的穿透能力较差，加上灯管易挂赃物，形成阻光膜，影响杀菌效果，因此要经常清理灯管。

二是：

紫外线属于物理杀菌，不能改变水中有毒有害物质的化学成分，而且没有余氯，缺乏持续杀菌能力。

三是：

灯管要定期更换。

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二氧化氯

二氧化氯是一种强氧化剂和高效杀菌剂，自从美国尼亚加拉水厂最早将其作为消毒剂以来，在欧洲及美国得到广泛应用，其综合指标远远好于其他消毒剂，表1对几种消毒剂的各项指标作了一个综合比较，通过对比可知，二氧化氯发生器无论在安装、使用还是维护等方面都较其他消毒产品有很高的优越性，随着水源污染的日益加重及人们对水质要求的日益提高，二氧化氯必将成为广泛应用的新一代消毒产品。

与纯二氧化氯发生器相比，复合二氧化氯发生器使用安全可靠，原料采用氯酸钠，在使用当中比纯二氧化氯生产原料亚氯酸钠要安全得多。

亚氯酸钠属强氧化剂，性质活泼，容易爆炸或燃烧，水溶液浓度超过30%也容易发生爆炸，贮存和运输要求严格，包装需用金属桶，以防静电，使用时要轻拿轻放，不能与皮肤直接接触，国内曾发生过多次亚氯酸钠爆炸事故，因此相对较危险。

复合二氧化氯在水中残留亚氯酸根量少。

采用亚氯酸钠为原料的纯二氧化氯发生器在饮用水处理中水中亚氯酸根残留量较高，由于亚氯酸根对人体红血球有损害作用。

二氧化氯同氯气混合使用时，具有协同消毒作用，二氧化氯较氯气活泼，优先于氯气与有机物发生氧化分解反应，可有效抑制处理后水中三卤甲烷等氯化致癌物的生成。

因此，在保证三卤甲烷等有机氯化物不超标的前提下，优先推荐使用复合二氧化氯。

各种消毒剂的比较见下表：

几种常用消毒方式的比较

项目

液氯

臭氧

紫外线

二氧化氯

消毒效果

较好

很好

一般

很好

除臭去味

无作用

好

无作用

好

PH的影响

很大

小，不等

无

小

水中的溶解度

高

低

无

很高

THMs的形成

极明显

当溴存在时有

无

水中的停留时间

长

短

长

杀菌速度

中等

快

等效条件所用的剂量

较多

较少

——

少

处理水量

大

较小

小

大

使用范围

广

水量较小时

水量较小时悬浮物较少

广

除铁、锰效果

不明显

——

不明显

很好

氨的影响

很大

无

原料

易得

——

易得

管理简便性

较简便

复杂

较复杂

简便

操作安全性

不安全

——

安全

自动化程度

一般

较高

高

投资

低

高

较高

低

设备安装

简便

复杂

较复杂

简便

占地面积

大

小

维护工作量

较小

大

较大

小

电耗

低

高

较高

低

运行费用

低

高

较高

低

维护费用

低

高

低

第二章二氧化氯发生器和二氧化氯消毒剂

发生器的种类

源生二氧化氯发生器是一种采用化学法生产二氧化氯（ClO2）的设备。

按产品的组成、状态、相关的辅助设备可分为12个大类别。

1．复合二氧化氯发生器

2．纯二氧化氯发生器

3．正压式复合二氧化氯发生器

4．正压式纯二氧化氯发生器

5．稳定性二氧化氯发生器

6．稳定性二氧化氯消毒剂

7．固体二氧化氯消毒剂

8．活化器

9．加矾机

10．虹吸器

11．化料器

12．医院污水处理专用设备

二氧化氯发生器原理

各类产品介绍

复合二氧化氯发生器

复合二氧化氯发生器是采用化学法负压曝气工艺，以氯酸钠和盐酸为原料现场制取以二氧化氯为主（有效氯约占70%）、氯气（约占30%）为辅的混合消毒剂的设备。

反应原料收率达到70%以上的复合二氧化氯发生器，称之为高效复合二氧化氯发生器。

型号

YS-CD-A1二氧化氯水消毒剂发生器，该型号共有8种产品，产气量（有效氯产量）50～1000克/小时。

YS-CD-B1高效复合二氧化氯发生器，该型号共有10种产品，产气量（有效氯产量）100～5000克/小时。

YS-CD-C1高效复合二氧化氯发生器，该型号共有12种产品，产气量（有效氯产量）100～10000克/小时。

产品组成

该产品由供料系统、反应系统、温控系统、吸收系统、安全系统组成。

反应原理

加热

2NaClO3+4HCl→2NaCl+2H2O+Cl2+2ClO2

工艺流程

YS-CD-A1:

消毒液

空气

缓冲罐

反应器

水射器

原料1原料2

动力水

YS-CD-B1/YS-CD-C1:

消毒液

缓冲罐

一级反应器

二级反应器

水射器

空气

原料1原料2

动力水

产品特点

原料配比

氯酸钠（固体，含量99%）∶水=1∶2；质量浓度31%，浓盐酸（含HCl）31%。

投料比例

氯酸钠溶液和盐酸通过计量泵按1∶1进料。

原料消耗

每生产1克有效氯的原料消耗比较：

名称

单位

YS-CD-A1

YS-CD-B1

YS-CD-C1

氯酸钠（99%）

盐酸（31%）

性能比较

随着技术的进步，高效复合二氧化氯发生器产品不断地进行升级换代，该类型的产品从结构到性能都有不少的差异。

YS-CD-B1是YS-CD-A1的升级产品，YS-CD-C1是YS-CD-B1的升级产品，现将产品的差异比较如下：

反应器的制作材料

YS-CD-A1的反应器制作材料为PVC，不耐热；YS-CD-B1和YS-CD-C1的反应器制作材料为耐高温、耐腐蚀的复合材料。

反应器的温度控制

由于反应器的制作材料不同，同时反应器内部的温度不易测量，一般通过测定加热水夹套的水温，以便达到控制反应温度的目的：

YS-CD-A1控制温度：

55℃

YS-CD-B1控制温度：

75℃

YS-CD-C1控制温度：

78℃

反应原料的收率

由于反应器制作材料的改变，控制温度的提高，致使反应原料的收率发生了变化：

YS-CD-A1收率：

60%

YS-CD-B1收率：

80%

YS-CD-C1收率：

85%

自动控制水平

自动控制水平的差别主要表现在加料系统方面：

YS-CD-A1采用滴定阀手动调节进料。

YS-CD-B1采用计量泵加料，模拟式控制器控制。

YS-CD-C1采用计量泵加料，数字式控制器控制，测温分辨率度，PID调节自动调整。

二氧化氯发生器原理

高纯二氧化氯发生器

纯二氧化氯发生器是在常压条件下，以亚氯酸钠和盐酸为原料现场制取二氧化氯的设备，二氧化氯纯度98%。

该产品是源生公司自行研制生产，获得国家实用型专利的产品，产品共有三个型号17种规格。

型号

手动型YS-CD-A纯二氧化氯发生器（计量泵手动控制），该型号共有7种产品，产气量（纯二氧化氯）50克/小时～1000克/小时。

自动型YS-CD-B纯二氧化氯发生器（半自动控制），该型号共有7种产品，产气量（纯二氧化氯）50克/小时～1000克/小时。

自动型YS-CD-C纯二氧化氯发生器（余氯全自动控制），该型号共有5种产品，产气量（纯二氧化氯）50克/小时～10000克/小时。

产品组成

该产品由供料系统、反应系统、稀释吸收系统组成。

反应原理

5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O

工艺流程

产品特点

原料配比

1000克/小时以下的设备，亚氯酸钠溶液浓度为8%，盐酸浓度为9%。

1900克/小时以上的设备，亚氯酸钠溶液浓度为25%，盐酸浓度为30%。

投料比例

1000克/小时以下的设备：

亚氯酸钠∶盐酸=1∶1

1900克/小时以下的设备：

亚氯酸钠∶盐酸=1∶1

每生产1克二氧化氯的原料消耗比较

名称

单位

YS-CD-A

YS-CD-B

YS-CD-C

亚氯酸钠

（含量82%）

盐酸（≥30%）

反应原料收率

以上三个型号的原料转化率均为95%以上。

性能比较

加料方式

手动型YS-CD-A手动控制计量泵加药；自动型YS-CD-B采用半自动计量泵加料；自动型YS-CD-C采用全自动余氯控制加药。

配料比

上述三个型号的设备，其配料比均按设备的产量进行划分。

自动控制

上述三个型号的设备，其工艺指标、原料消耗、收率虽均相同，但供料系统的计量准确性依次提高。

正压式二氧化氯发生器是在系统压力低于的条件下，以氯酸钠和盐酸为原料，制备以二氧化氯为主，氯气为辅的混合消毒液的设备。

主要用于高位水箱、游泳池水的消毒。

型号

该产品有一个型号四种规格，4种产品的产量（按有效氯计）分别为200克/小时、500克/小时、800克/小时、1000克/小时。

产品组成

该产品由计量泵、反应器、原料罐、温度控制系统、补水系统组成。

反应原理

该产品的反应原理与高效复合二氧化氯发生器相同。

原料配比

氯酸钠（99%）∶水=1:

5含量约16%

盐酸（30%）∶水=1∶1含量约15%

投料比例

氯酸钠∶盐酸=1∶1

工艺指标

反应器的温度控制在75℃，反应原料收率为76%以上。

二氧化氯发生器原理

正压式纯二氧化氯发生器

正压式纯二氧化氯发生器是在系统压力低于的条件下，以亚氯酸钠和盐酸为原料，制备二氧化氯的设备。

二氧化氯的纯度为98%，该产品主要用于高位水箱，游泳池水的消毒。

型号

该产品有一个型号三种规格，产量（按有效二氧化氯计）分别为50克/小时、100克/小时、200克/小时。

产品组成

该产品由计量泵、反应器、原料罐、控制系统、补水系统等组成。

反应原理

该产品的反应原理与纯二氧化氯发生器相同。

原料配比

亚氯酸钠（82%）∶水=1∶

盐酸（31%）∶水=1∶

投料比例

亚氯酸钠∶盐酸=1∶1

工艺指标

反应器的温度控制在75℃，反应原料收率为95%以上。

稳定性二氧化氯发生器

稳定性二氧化氯发生器，是采用负压曝气工艺，以氯酸钠、硫酸、双氧水（甲醇）为原料，制备二氧化氯的设备，生产的二氧化氯再通过稳定剂进行吸收，从而制得稳定性二氧化氯溶液。

型号

该产品有二个型号，共计7种规格。

B型设备：

班产1、2、3、4、5吨的2%稳态消毒剂。

B型设备是源生公司自行研制生产的产品。

C型设备：

每小时可生产纯二氧化氯20千克、42千克。

20千克/小时二氧化氯设备。

产品组成

B型和C型设备都由下列系统组成：

供料系统、反应系统、吸收系统、残液处理系统。

反应原理

B型和C型设备的反应原理相同。

双氧水工艺

6NaClO3+4H2SO4+3H2O2=6ClO2+2Na3H（SO4）2+3O2+6H2O

甲醇工艺

4NaClO3+8/3H2SO4+CH3OH=4ClO2+4/3Na3H（SO4）2+HCOOH+3H2O

主要用途

B型设备的生产规模较小，一般用于制作稳定性二氧化氯消毒剂。

作为纺织行业的漂白剂，小型污水厂的水处理剂。

C型设备的生产规模较大，用于造纸行业的纸浆漂白、大型污水厂的水质处理。

二氧化氯发生器原理

源生牌二氧化氯消毒剂

源生牌二氧化氯消毒剂，是通过稳定性二氧化氯发生器生产制造出来的。

该产品取得国家卫生部的卫生许可证。

主要有效成分及含量

主要有效成分是二氧化氯，其含量%。

质量执行标准

执行中华人民共和国环境保护行业标准（HJ/T272-2006）

作用

本品为强力高效杀菌剂，对各种细菌繁殖体、芽孢、真菌、病毒等具有强力杀灭作用，尤其对大肠杆菌、甲、乙肝病毒具有良好的杀灭作用。

固体二氧化氯消毒剂

为了解决二氧化氯在生产、运输、使用不便利的困难，本公司还研制出了固体二氧化氯消毒剂，可满足用户的不同需求。

型稳定性二氧化氯活化器

稳定性二氧化氯在使用时，需用活化剂进行活化。

活化器是专门用于稳定性二氧化氯进行活化的设备。

该型号的设备从5g/h到50g/h。

该设备的最大特点是操作方便，活化均匀，能有效地提高消毒剂的使用效果。

型加矾机

矾（包括其它凝聚剂）能消除水中的浮游物质，并加速其沉淀。

YS-CA型加矾机是专门用于往需要处理的水中加凝聚剂的设备。

该型号的设备共有多种规格，加矾溶液量从200g/h到2000kg/h

该设备最大的特点是，加强矾溶液与被处理水的强制混合力度，有利于固体杂体的沉淀。

—化料器

化料器是根据各类发生器的原料配比要求，将原料配制成所需浓度的设备。

该产品有以下二个型号：

YLQ-50化料器：

每小时融化氯酸钠50千克。

YLQ-100化料器：

每小时融化氯酸钠100千克。

该产品的特点：

主要为YS-CD-A1、YS-CD-B1、YS-CD-C1型配套使用，10分钟可以溶解50-100千克固体氯酸钠，也可以和其它设备配套使用。

二氧化氯发生器原理

湖南源生环保设备有限公司

联系方式：

2400-8233-116

公司官网：

地址：

湖南长沙市宁乡经济开发区妙盛国际企业孵化港5号

各种二氧化氯发生器性能总表

类别

型号

反应原料

反应原理

原料配比

投料比例

工艺指标

加料方式

1克有效氯的原料消耗（g）

备注

压力

温度℃

收率%

NaClO399%

NaClO282%

HCl31%

复合型

YS-CD-A1

NaClO3HCl

2NaClO3+4HCl=2NaCl+2H2O+Cl2+2ClO2

NaClO3（99%）∶H2O=1∶2HCl（31%）

NaClO3∶HCl=1∶1

负压

手动滴定阀

1g有效氯

YS-CD-B1

模拟控制器

1g有效氯

YS-CD-C1

余氯控制

1g有效氯

高纯型

YS-CD-A

NaClO2HCl

5NaClO2+4HCl=4ClO2+5NaCl+2H2O

产量1000g/h以下NaClO2（8%）、HCl（9%）产量1900g/h以上NaClO2（25%）、HCl（30%）

产量1000g/h以下NaClO2:

HCl=1:

1产量1900g/h以上NaClO2:

HCl=1:

常压

常温

手动控制

1gClO2

YS-CD-B

计量泵

1gClO2

YS-CD-C

余氯控制

1gClO2

正压式

YS-CD-E1

NaClO3HCl

2NaClO3+4HCl=2NaCl+2H2O+Cl2+2ClO2

NaClO3（99%）:

H2O=1:

5HCl（31%）:

H2O=1:

NaClO3:

HCl=1:

≥76

计量泵

1g有效氯

YS-CD-E

NaClO2HCl

5NaClO2+4HCl=4ClO2+5NaCl+2H2O

NaClO2（82%）:

H2O=1:

HCl（31%）:

H2O=1:

NaClO2:

HCl=1:

计量泵

1gClO2

稳态型

硫酸法

NaClO3H2SO4H2O2CH3OHNaOH

6NaClO3+4H2SO4+3H2O2=6ClO2+2Na3H（SO4）2+3O2+6H2O

负压

45-55

≥95

双氧水工艺

硫酸法

4NaClO3+8/3H2SO4+CH3OH=4ClO2+4/3Na3H（SO4）2+HCOOH+3H2O

≥

甲醇工艺

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