水廠次氯酸鈉投加工藝改造探析

石一人

摘 要：國內水廠較普遍的采用罐裝液氯對自來水消毒，這是一種應用歷史久，技術指標相對穩定的傳統消毒劑，但液氯存在重大安全隱患，給水廠帶來巨大安全風險，次氯酸鈉替代液氯消毒，或將成為一種新的趨勢，本文結合江東水廠次氯酸鈉消毒工藝的改造經歷，對設備投入、運行成本、消毒成效、安全可靠等方面進行比較分析，闡述兩種方式各自的優缺點。

關鍵詞：消毒成效；運行成本；安全可靠性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.070

1 概況

在給水處理中，水經過混凝、沉淀和過濾等工藝去除大多數細菌和病毒，消毒是保證水質的最后一關。蕭山江東水廠一期制水規模：300kt/d，采用常規凈水工藝，有原水前加、濾后后加、出廠補加三道氯消毒。投加點共設9個，分別為沉淀反應池前4個，清水池前3個、吸水井前設2個。沉淀池出水余氯控制指標為：0.05-0.4mg/L，濾后水、出廠水余氯控制指標為：0.5-1.2mg/L。

2 液氯投加工藝特點

改造前，江東水廠使用液氯消毒，投加裝置是西門子真空式加氯機和水射器，氯庫最大液氯儲量為18噸，單個液氯鋼瓶凈重1000KG，3個瓶同時使用，液氯氣化后，經減壓、過濾、真空調節器、加氯機至室外管路再到各投加點經水射器注入水中。出于安全考慮，水射器設置在投加點附近，從加氯機到水射器管道呈負壓狀態輸送氯氣，一旦，管道損壞，管道內的負壓消失，與之匹配的真空調節器將自動關閉，并報警，能有效防止漏氯事故發生。水射器工作水壓大于0.3MPa，江東水廠出廠水壓力為0.29MPa，由于廠區面積大，投加管路長，為保證投加管內有足夠的真空度，水廠設有增壓泵房。此外，加氯間配備漏氯吸收中和裝置，以應對庫內液氯意外泄漏事故，冬季低溫時段，使用噴淋管和電熱蒸發器加熱，為液氯氣化提供足夠熱量，加大氣化量。

3 次氯酸鈉投加工藝改造

該水廠自2013年10月建成投產以來，一直以液氯作為消毒劑，次鈉投加工藝改造始于2016年2月初，歷時4個月完工，工程實施內容包括氯庫基礎改造、管線敷設、設備安裝、組態、調試。該投加系統完成后，水廠采購10%有效氯濃度的次鈉成品，運抵現場，將濃度稀釋至5%，然后用計量泵進行投加。

（1）設計依據：

日制水量：300kt/d

設計前加點投加量：2.0kg/kt， 4個投加點

設計后加點投加量：2.0kg/kt，3個投加點

設計補加點投加量：1.0kg/kt， 2個投加點

投加設備：計量泵（9用2備）

控制原理：前加、后加按流量比例控制、補加按流量比例+余氯反饋控制，可實現就地手動、遠程中控、遠程自動運行。

（2）次氯酸鈉進貨周期。考慮投加的連續性，選用8個20m?立式儲罐，PE材質，2個儲罐用于投加，其余6個儲罐用于儲備，滿桶時，有效氯質量為：20噸*5%=1噸，相當于1瓶液氯。該廠次鈉總投加濃度為2.5kg/kt，單日消耗有效氯為：300kt*2.5 kg/kt=750kg，每個桶使用天數為1.33天，因此，運送次氯酸鈉的周期為：1.33天*6（桶個數）=8天。

（3）配置與投加。現場配置溶液時，由卸料泵將運料車內有效氯濃度為10%的次氯酸鈉溶液通過進料管打至桶內，至一定液位時，卸料泵停止，并關閉進料電動閥，打開進水電動閥，開始進水至儲料桶，稀釋至5%濃度，6個桶按需，逐個進料、進水進行配置，該系統能根據設定濃度完成進料、進水，實現全自動控制。儲料桶通過DN65出料管連接至母管，母管延生出DN15管路至各投加泵，計量泵前安裝DN15Y型過濾器及手動閥門，計量泵出口安裝了阻尼器、壓力表、浮子流量計、背壓閥安全閥，為便于檢修和拆裝，這些裝備均通過手動閥與計量泵連接，此外還有清洗管與計量泵連接，投加點現場也安裝有手動閥門。

在實際運行中發現由于自用水中硬度較高，導致計量泵內部、管道內產生較多結垢，容易造成堵塞，影響設備安全、運行平穩，后來加裝了軟水器，通過離子交換法降低水中鈣鎂離子，從而降低硬度，效果良好。

4 消毒成本

消毒成本主要包含藥劑成本和電耗成本兩部分，按江東水廠平均制水規模300kt/d計算。

（1）在確保出廠水余氯達到1.0mg/l的前提下，根據現有的生產報表數據：

從上表中可以看出，原料成本：在保證出廠水余氯在1.0mg/l的情況下，次氯酸鈉（濃度10%）的消耗量為：6.3噸，而液氯的實際消耗量為0.75噸，結合單價，在原料消耗成本方面，次鈉是液氯的2.6倍。

（2）主要設備電耗，次氯酸鈉投加計量泵單臺額定功率0.06kW，實際負荷系數取0.7。

=24*0.06*9*0.7=9.07kwh；

液氯投加電耗主要集中在增壓泵房。

=（11+7.5+7.5）*24=624kwh

單日電耗見下表：

（3）=電耗+藥耗

次鈉：=7.709+5670≈5677.8（元）

液氯：=530.4+2175=2705.4（元）

因此，綜合成本次鈉投加要高于液氯投加，前者是后者的2.1倍。

5 消毒原理

（1）氯氣加入水中后，產生一系列化學反應，生成次氯酸（HCLO），它是一種弱電解質，會分解成和，其反應式如下：

HCLO起主要的消毒作用，次氯酸根帶負電荷，而細菌表面同樣帶負電荷，它很難靠近細菌表面，消毒效果很差，HCLO是分子量很小的中性分子，能很塊擴散到細菌表面，并透過細胞壁破壞酶的功能，從而達到殺菌作用，水中次氯酸和次氯酸根的相對數與PH值有關，PH值保持在6.0-7.0之間，次氯酸在水中的含量很高，消毒效果比較理想。

（2）固體次氯酸鈉[NaCLO]為白色粉末，極不穩定，一般是10%濃度無色或淡黃色的溶液，次氯酸鈉在水中水解成次氯酸，其效率高于99%，化學方程式簡單表示如下：NaClO+H2O=HClO+NaOH HClO=HCl+[O]。

次氯酸再進一步分解形成新生態[O]，新生態氧極強的氧化性，可將病原微生物殺滅，根據實驗分析，次氯酸鈉水解會受到PH值影響，當PH值超過9.5時，就會不利于次鈉水解。

6 安全性

（1） 氯屬Ⅱ級高度危害物質，國家允許最高濃度為1mg/m?，水廠生產運行24小時不間斷，整個用氯工序包括液氯鋼瓶運至廠內，裝卸、搬運、儲存、使用、更換，任何一個環節出錯，均有可能造成人員中毒、爆炸或者其他意外傷害，其主要危險性在于中毒危險，當鋼瓶發生泄漏爆炸，液氯氣化為氯氣，迅速漂移、擴散，直接影響現場、周圍作業人員或附近居民安全，大量泄漏可能造成人員重大傷亡事故，同時影響供水安全可靠性，社會影響巨大。

根據GB18218-2009《危險化學品重大危險源辨識》的規定，液氯儲存的臨界量為：5t，江東水廠實際最大儲存量為18t，因此已構成重大危險源。液氯鋼瓶泄漏爆炸毒害程度采用事故模擬分析法，以1只1000kg的液氯鋼瓶在30℃破裂爆炸為例，可能造成的致死毒害區半徑為31.4米，重傷區半徑為110米。

（2）《常用危險化學品的分類與標志》（GB13690-92）將濃度為5%以上的次氯酸鈉劃為第8.3類其它腐蝕品，其健康危害：腐蝕性，可至人灼傷，具致敏性，放出的游離氯有可能引起中毒，直接排放對環境有危害。江東水廠實際使用濃度為4%的次氯酸鈉溶液，低于5%的臨界濃度，且全程采用密閉操作，工人不會直接接觸到次氯酸鈉溶液，庫房內通風、避光良好。其安全風險已大大降低。

7 結束語

次氯酸鈉是一種高效含氯消毒劑，它同水的親和性很好，能與水任意比互溶，殺毒效果和氯氣基本相當，實際使用中，次鈉投加準確，操作安全，使用方便，易于儲存，對環境影響基本無毒害，不存在液氯、二氧化氯等藥劑的安全隱患，通過次氯酸鈉代替液氯，徹底消除了液氯這一重大危險源，大大提升水廠安全生產環境，保障了供水安全。還有值得肯定的是，由于次氯酸鈉不像氯氣、二氧化氯等消毒劑在水中產生游離氯，所以一般難以生成不利于人體健康的致癌物質；而且，還不會像氯氣那樣最后形成鹽酸，對金屬管道造成嚴重腐蝕。

但是，次鈉的有效氯易受陽光、溫度的影響而分解，所以不宜久存，尤其是夏天，應該盡快使用，冬季的存儲時間也不應該超過1周，此外，投加成本來看，達到同樣的消毒效果，次鈉的投加成本要高一些。在水廠次鈉改造前應該要考慮到。

參考文獻：

[1]聶梅生等.水資源及給水處理[M].中國建筑工業出版社，2001.

[2]劉志琪等.城鎮供水安全保障及應急體系研究[J].中國城鎮供排水協會.

[3]嚴連荷.水處理藥劑及配方[M].北京：中國石化出版社，2004.