一种低成本的纯二氧化氯发生工艺

河北科技大学化工设计研究所（石家庄市绿源环保技术开发有限公司）

    一、应用纯二氧化氯消毒饮用水的必要性
1、虽然氯气一直是很成熟、很经济、很有效的饮用水消毒剂，但随着我国工业的发展、环境的变化，水质普遍变差，尤其是地表水，有些工业排污较严重的地区，地下水质也变差，甚至几个临近的村庄都无法饮水的情况也时有发生，还有春夏季节感觉自来水中有鱼腥味，因为当污染物浓度高时，氯化消毒过程中，氯必然与水中的有机物腐殖酸和富里酸等产生氯酚、二恶英、三氯甲烷(THM)等有毒致癌副产物，所以就不太适用了。
2、目前已经发现的消毒副产物（DBPS）已有500种以上，很多副产物沸点高，即使把水烧开也难以挥发，而且致癌风险大。
3、从消毒剂的选择上要体现“以人为本，安全第一”的原则，绝不可因循守旧、以不变应万变。因为一个水厂的饮用水事关几万甚至几十万人的健康。
4、二氧化氯是目前国际公认的一种高效，低毒，快速，广谱的第四代新型灭菌消毒剂。其氧化能力是氯气的2.63倍，应用于饮用水不仅消毒能力强且具有持续性，还具有杀菌、脱色、助凝、除氰、除酚、除臭、除铁、除锰等多种功效，是联合国世界卫生组织确认的安全、高效、无毒新型强氧化杀菌消毒剂。相比臭氧和紫外线消毒其一次性投资和运行费用都要经济得多。
5、关于氯气消毒产生致癌副产物的问题，国内外的专家、学者都已达成共识，欧美等发达国家早已采用了二氧化氯的消毒技术，国内也有不少应用，但应用纯二氧化氯的还较少。可喜的是，有些水厂在采用复合型二氧化氯，这也是一大进步！
6、但复合型二氧化氯仍然含有30%-40%的氯气，根绝不了因氯气产生的副产物，不能解决根本问题。
7、既然纯二氧化氯很理想，为什么不大规模应用呢？那是因为目前常用亚氯酸钠法产生纯二氧化氯的成本太高，水厂难以承受。河北科技大学二氧化氯教研室发明的DTJ-HP法纯二氧化氯发生工艺使成本降低到前者的1/5-1/4，使纯二氧化氯消毒有了良好的经济性，因此这种工艺具有非常大的商业价值。

    二、应用DTJ-HP法纯二氧化氯消毒饮用水的经济性
1、运行成本对比分析
DTJ-HP高纯二氧化氯发生工艺（国家发明专利号：ZL03121405.3）。
2NaClO3 + 2H2SO4 + H2O2 + 复合催化剂 → 2ClO2 + NaHSO4 + 2H2O + O2
原料硫酸的价格为（98%）800元/吨，双氧水（27.5%）1200元/吨，氯酸钠4200元/吨。根据发生器的额定消耗量计，一般生产1 kg ClO2消耗氯酸钠1.4kg、硫酸（98%）3.1kg，双氧水（27.5-30%）1.4kg，折合人民币约9.6元，折合成有效氯约为9.6/2.63=3.65元。以地表饮用水为例，ClO2投加量为0.2～0.5 g/m3，吨水成本约为：0.0019~ 0.0048元/吨。
“氯酸钠＋盐酸法”复合二氧化氯发生工艺，盐酸（30%）800元/吨，氯酸钠4200元/吨。根据该发生器的额定消耗量计，每生产1 kg有效氯消耗氯酸钠0.65kg、盐酸1.3kg，折合4元。以地表饮用水为例，投加量通常为0.5～1.5ppm，吨水成本约为：0.002～0.06元/吨。
“亚氯酸钠＋盐酸法”纯二氧化氯发生工艺：盐酸（30%）800元/吨，亚氯酸钠18000元/吨。一般生产1 kg ClO2消耗亚氯酸钠（82%NaClO2）2.25kg、盐酸（30%HCl）2.2kg，计43元，折合成有效氯约为： 43/2.63=16.3元。以地表水投加量为0.2～0.5 g/m3，吨水成本约为：0.0086～0.022元/吨。
2、与常用发生工艺成本比较表（以饮用水消毒为例）

    通过以上对比,可以看出DTJ-HP法比亚氯酸钠法高纯二氧化氯发生工艺有很明显的经济的优势，在副产物方面又比复合法有明显的优势。我们再与传统氯气消毒做一个对比分析。
运行成本：DTJ-HP法折合有效氯3650元/吨，氯气价格大约3000元/吨，跟氯气相比成本略高,但氯气属于公安部门控制的高危险品，其使用、运输、储存都需要办证、审批等非常严格的手续，其成本是高昂的，比前者的运输成本要高出50%以上。从用量来讲：水中的有机物和氨消耗大量的氯气，而有机物消耗二氧化氯很少，氨不与二氧化氯反应，无论从理论还是从实践来讲，二氧化氯的投加量要少。综合考虑，二者运行费用相当。
一次性投资：二氧化氯发生器与加氯机都具有自控系统，但发生器无需独立设置隔离加氯间，可省去修建加氯间的土建费、占地费，另外不需要漏氯报警系统(如吸收塔、漏氯报警仪等)，因此如果考虑加氯间土建费、占地费，则采用二氧化氯发生器一次性投资低，如不考虑，则二氧化氯发生器比单纯的加氯机要贵一些。
从安全角度讲，二氧化氯现场制备、现场使用，高度自控的设备加多重安全设施使人无后顾之忧。而氯气钢瓶的运输、存储和使用量大，危险性极高，就像埋着一堆巨大能量的炸弹，不能有丝毫懈怠。 
    综上所述，从饮水健康、消毒效果及使用安全上讲，使用纯二氧化氯比单纯氯气有着绝对的优势，从经济性来讲，使用DTJ-HP法纯二氧化氯以及复合法二氧化氯与氯气三者相近。采用亚氯酸钠、盐酸工艺生产纯二氧化氯的运行成本最高。综合饮水健康、消毒效果、安全性和经济性，使用DTJ-HP法纯二氧化氯消毒饮用水是最理想的选择。她将造福于我们的饮水健康。   （本文首次发表于中国水处理二氧化氯专业网，编辑：乔海东）