次氯酸鈉消毒工藝在南方某自來水廠的應用

羅沛豪

(東莞市東江水務有限公司，廣東東莞523106)

液氯作為消毒劑具有消毒性能佳、成本較低、使用技術相對成熟等優點，在自來水廠中得到廣泛應用[1]。但儲存液氯的氯庫屬于重大危險源，氯氣為劇毒危險化學品，液氯的使用給水廠的安全管理帶來重大挑戰[2]。近年來，基于安全方面的考慮，越來越多的自來水廠改為次氯酸鈉溶液消毒[3]。次氯酸鈉溶液的價格相對較高，這也制約了其在大型水廠中的廣泛應用[4]。

南方某自來水廠的消毒方式由液氯轉為次氯酸鈉溶液，筆者以該應用實例為背景，根據改造后12個月的運行情況，綜合分析了該水廠出廠水pH、微生物等水質數據，并對綜合成本進行了對比分析，以期為水源水pH值較低的自來水廠的消毒工藝升級改造提供技術參考。

1 試驗過程

某自來水廠以東江南支流為水源，供水規模為50×104m3/d，2018年將液氯改為次氯酸鈉溶液進行消毒。所使用的食品級次氯酸鈉溶液符合《次氯酸鈉》(GB 19106—2013)A型標準，有效氯濃度約為10%。次氯酸鈉溶液采用黑色圓柱型PE塑料罐進行儲存，罐體置于遮光的室內保存，溶液通過隔膜計量泵投加至指定點。前投加點位于格柵間，主投加點位于消毒接觸池進水端，補投加點位于清水池出水管，使用期間平均總單位投加量(以商品計)約為20.68 mg/L。目前投入運行已有12個月，在此期間內定期跟蹤檢測次氯酸鈉溶液在儲罐中的有效氯濃度，每天監測出廠水游離余氯、微生物、pH等水質指標，記錄數據并作綜合成本分析。

2 檢測方法

根據《次氯酸鈉》(GB 19106—2013)的要求測定次氯酸鈉溶液的有效氯含量[5]。根據《生活飲用水標準檢測方法》(GB/T 5750—2006)檢測如下指標：游離余氯，3,3,5,5-四甲基聯苯胺比色法；pH，標準緩沖溶液比色法(酚紅比色劑及溴百里酚藍)；總大腸桿菌群，酶底物法；菌落總數，平板菌落計數法[6]。

3 試驗結果與分析

3.1 次氯酸鈉溶液有效氯含量的下降

隨著儲存天數的增加，次氯酸鈉溶液有效氯含量會下降。一個使用周期(5 d)內，在同一儲存點于不同室溫下進行有效氯含量監測，試驗結果見圖1。

圖1 次氯酸鈉溶液有效氯含量的變化Fig.1 Variation of effective chlorine of sodium hypochlorite solution

從圖1可知，次氯酸鈉溶液有效氯含量隨著儲存時間的增加而降低，室內溫度越高下降越明顯，但總體來說在同一儲存周期內次氯酸鈉溶液有效氯的減少量并不大。在16和26 ℃的儲存條件下，次氯酸鈉溶液有效氯的減少量分別為3.12%和3.88%，對次氯酸鈉溶液的消毒性能和穩定性基本沒有影響。該水廠已在次氯酸鈉溶液儲存庫中安裝空調以調節室溫，夏季控制室溫不高于26 ℃，從而減緩次氯酸鈉溶液有效氯含量的下降。

3.2 次氯酸鈉溶液的消毒效果

取該水廠深度處理活性炭濾后水，加入一定量的大腸桿菌和細菌，模擬受微生物污染的原水進行小試。投加次氯酸鈉溶液后的消毒效果見表1。

表1 次氯酸鈉溶液消毒試驗Tab.1 Disinfection test by sodium hypochlorite solution

從表1可知，次氯酸鈉溶液對受大量微生物污染的水源水有明顯的消毒殺菌作用。該水廠在使用次氯酸鈉消毒系統期間，出廠水、管網和管網末梢水中均未檢出大腸埃希氏菌、耐熱大腸菌、總大腸菌、細菌等微生物，說明次氯酸鈉溶液的消毒殺菌作用明顯。

3.3 次氯酸鈉溶液使用量與游離余氯

前投加次氯酸鈉溶液的單位投加量定為2.5 mg/L，以抑制原水管道和過程池體孳生青苔和藻類，主投加和補投加的單位投加量主要根據在線余氯儀數值反饋進行控制。該水廠將出廠水游離余氯控制在0.8～1.0 mg/L。次氯酸鈉溶液的單位投加量(含前投加、主投加和補投加點的單位投加量)、出廠水以及管網末梢水游離余氯含量平均值見表2。

表2 次氯酸鈉溶液投加量與游離余氯含量Tab.2 Average dosage of sodium hypochlorite and content of the free chlorine mg·L-1

從表2可知，運行12個月以來次氯酸鈉溶液的月均單位投加量約為20.68 mg/L，出廠水游離余氯在0.79～0.96 mg/L，管網末梢水游離余氯在0.28～0.35 mg/L。在此期間每月次氯酸鈉溶液的平均單位投加量，以及出廠水、管網末梢水中的游離余氯量均無明顯波動，相對較穩定。改造前的液氯年平均單位投加量約為1.81 mg/L，使用液氯與使用次氯酸鈉溶液期間的出廠水及管網末梢水的游離余氯量并無明顯差異。

3.4 對pH值的調節

該水廠所取的水源水pH值常年較低，一般在6.8～7.0。水源水經混凝、沉淀、過濾、臭氧活性炭深度處理、液氯消毒等工藝的處理后，pH值進一步降低，在6.5～6.7之間，呈弱酸性。為了避免對輸水管道和設備造成腐蝕，提高管網的穩定性，一般在投加液氯后投加氫氧化鈉溶液，以提高出水pH值[7]。該水廠在清水池進口端投加食品級氫氧化鈉溶液，以控制出廠水pH值處于7.0～7.3的內控范圍。該水廠在完成次氯酸鈉消毒工藝代替液氯的改造工作后，氫氧化鈉溶液的使用量大幅下降。該水廠使用的氫氧化鈉溶液有效濃度為32%，改造前后同期氫氧化鈉溶液使用量(以商品計)見圖2。

圖2 改造前后NaOH溶液單位投加量對比Fig.2 Dosage of sodium hydroxid solution before and after renovation

從圖2可知，使用液氯消毒的情況下氫氧化鈉溶液平均單位投加量是18.78 mg/L，改用次氯酸鈉溶液消毒后下降至8.56 mg/L，氫氧化鈉溶液的使用量大幅下降。

3.5 綜合成本分析

從表3可知，采用次氯酸鈉溶液消毒后，消毒劑和氫氧化鈉溶液的噸水綜合成本由使用液氯時的0.036 3元/m3降至0.030 2元/m3。此外，改用次氯酸鈉溶液消毒后，與投加氯氣有關的設備(蒸發器、暖風機、抽濕機、漏氣吸收裝置、水射器、壓力水等)均可停用，該水廠每年可減少能耗約81 248 kW·h。同時，解決了使用氯氣所帶來的安全隱患，消除了氯庫這一重大危險源，極大地降低了生產運營的風險與投入。

表3 液氯與次氯酸鈉消毒時的綜合成本對比Tab.3 Comparison of the comprehensive cost of disinfection by liquid chlorine and sodium hypochlorite

4 結論

① 采用次氯酸鈉消毒工藝代替液氯，在根源上杜絕了使用氯氣消毒時的安全隱患，減少了水廠運營管理的風險和投入。

② 次氯酸鈉溶液有效氯含量在使用周期內下降量較少，對消毒效果與投加后水中游離余氯的穩定性并無影響。

③ 次氯酸鈉溶液的消毒效果好，可確保出廠水、管網水和管網末梢水的微生物安全。

④ 投加次氯酸鈉溶液可有效提高出廠水pH值，從而大幅減少氫氧化鈉溶液的使用量。消毒和投堿的噸水綜合成本由改造前的0.036 3元/m3下降至改造后的0.0302元/m3。