次氯酸鈉替代液氯消毒在水廠的應用與優化

陳軼妍，彭佳麗

(汕頭市粵海水務有限公司，廣東汕頭 515000)

月浦水廠隸屬于汕頭市粵海水務有限公司，日均供水量為15×104m3。廠區位于汕頭市月浦街道護堤路西側，占地0.146 km2，原液氯日用量為250 kg，常年存放液氯量在20 t左右，對于附近環境來說是一個重大的安全隱患。液氯鋼瓶在運輸過程中存在著風險，因此，使用更為安全的次氯酸鈉溶液消毒有其必要性，可以規避氯氣使用中面臨的安全問題。

為提高供水的安全性，于2018年對次氯酸鈉替代液氯作為消毒劑進行了可行性研究，于2019年年初在月浦水廠進行次氯酸鈉投加系統的全面升級改造，并在同年5月改造完工后進入試運行階段，運行情況良好。此次改造排除了月浦水廠的危險源，為確保汕頭市的安全供水貢獻了力量。然而，使用次氯酸鈉代替液氯進行消毒后，對供水水質化學安全性的影響究竟如何，特別是在保障供水水質生物安全性的前提下，一直缺乏生產性的試驗與研究。本文在對比液氯與次氯酸鈉實際使用效果的基礎上，探究次氯酸鈉在實際運用中的優化，以期在保障自來水廠生產安全的前提下，為規范自來水廠次氯酸鈉的使用與提高供水水質的安全性，提供科學的數據支持與應用參考依據。

1 次氯酸鈉與液氮的應用效果對比

1.1 水源情況

月浦水廠的原水來自梅溪河(韓江西溪支流)，除汛期水質多為Ⅱ類外，其余時間為Ⅰ類。由歷史監測資料可知，2017年5月—7月月浦水廠的原水與2019年5月—7月原水的各項水質指標相近，如表1所示。

1.2 出廠水水質對比

本文以月浦水廠分別使用液氯與次氯酸鈉作為消毒劑的2年數據作為研究對象，發現原水水質趨近、水處理規模相近，且消毒工藝均有前加氯、后加氯、補充加氯等工序，以下分別對比具有研究代表性的pH、耗氧量與消毒副產物的情況。

1.2.1 次氯酸鈉具有消毒與調節出廠水pH的雙重作用

(1)使用液氯進行消毒時，氯氣溶于水中發生水解反應，如式(1)[1]。

Cl2+H2OHClO+HCl

(1)

水解過程中產生的HCl使水體的pH降低。

(2)使用次氯酸鈉進行消毒時，發生的水解反應如式(2)～式(3)。

NaClO+H2O→HOCl+NaOH

(2)

HOCl→HCl+[O]

(3)

次氯酸鈉水解，除了生成可用于消毒的次氯酸以及強堿氫氧化鈉外，還會提高出廠水的pH，達到消毒與調節pH的雙重作用，降低了出廠水水質不達標的風險，如圖1所示。

1.2.2 次氯酸鈉對有機污染物的去除效果

耗氧量CODMn是以化學方法測量水樣中需要被氧化的還原性物質的量，在原水水質基本一致的情況下，對于有機污染物的去除，次氯酸鈉的效果比液氯明顯，去除率高出3個百分點，如圖2所示。

耗氧量去除率為[(CODMn入口處總量-CODMn出口處總量)/CODMn入口處總量]×100%。

圖1 月浦水廠2017年與2019年出廠水pH對比Fig.1 Comparison of pH Value of Finished Water of Yuepu WTP in 2017 and 2019

圖2 月浦水廠2017年與2019年出廠水耗氧量去除率對比Fig.2 Comparison of Removal Rates of Oxygen Consumption of Finished Water of Yuepu WTP in 2017 and 2019

1.2.3 對消毒副產物的影響

使用次氯酸鈉消毒還具有不增加消毒副產物的優勢。在消毒過程中，次氯酸鈉不會像氯氣一樣在水中產生游離分子氯，避免了氯代化合反應，使NaOC、DBPs等無增減[2]。

表2 月浦水廠2017年與2019年出廠水消毒副產物指標對比Tab.2 Comparison of DBPs of Finished Water of Yuepu WTP in 2017 and 2019

2 次氯酸鈉的應用優化

2.1 次氯酸鈉有效成分衰減變化趨勢

一般制水廠使用的A型Ⅱ級成品次氯酸鈉溶液的有效氯濃度約為10%，需存放在避光、密封且耐酸堿材料制成的容器中。隨著存放時間的延長，次氯酸鈉的有效成分會不斷降低，消毒與凈化的作用會逐步減弱[3]。為了了解次氯酸鈉有效氯成分的降低過程，掌握其衰減趨勢，使其在實際制水生產中發揮最大化消毒與凈化的作用，本文運用對比試驗，對次氯酸鈉溶液中有效氯成分的衰減規律進行了監測。如圖3所示，在相同的試驗條件下[在實驗室內通過恒溫空調控制溫度，使其保持在(25±2) ℃]，有效氯濃度約10%的次氯酸鈉溶液衰減速率最快，8%左右的次氯酸鈉溶液次之，5%左右的次氯酸鈉溶液衰減最為平緩。

圖3 次氯酸鈉有效氯成分的衰減曲線 (有效氯濃度5%、8%、10%的跟蹤測定)Fig.3 Attenuation Curves of Sodium Hypochlorite (Tracking Determination of Effective Chlorine Concentration of 5%, 8% and 10%)

2.2 生產實際與實驗室的需氯量對比

如表3所示，在相同的試驗條件下[在實驗室內通過恒溫空調控制溫度，使其保持在(25±2) ℃]，分別采用有效氯濃度為5%、8%、10%左右的次氯酸鈉溶液進行需氯試驗，試驗的次氯酸鈉投加量以當日生產實際的投加量參照設定。試驗結果表明，三者的需氯量并沒有顯著的差異，即次氯酸鈉的有效氯濃度對實際氯耗并無太大影響。因此，若在實際生產中改用有效氯濃度為5%左右的次氯酸鈉溶液代替有效氯濃度為10%左右的次氯酸鈉溶液進行消毒，并不會影響實際的消毒效果。

表3 需氯試驗的對比Tab.3 Comparison of Chlorination Experiments

2.3 采用低濃度次氯酸鈉的可行性與必要性

根據2.2節的需氯試驗結果，使用有效氯濃度為5%左右的次氯酸鈉溶液進行消毒，消毒效果與使用有效氯濃度為10%左右的次氯酸鈉溶液無異，而使用有效氯濃度為5%的次氯酸鈉溶液還具有以下優點。

(1)規避危化品儲存的管理風險

運送到自來水廠的次氯酸鈉，常用儲藥池與儲藥罐這2種方式來儲存。10%的次氯酸鈉溶液屬于危險化學品[《危險化學品名錄(2018版)》]，而5%及以下的次氯酸鈉溶液不屬于，因此，若在次氯酸鈉溶液卸貨時直接將10%左右的原液稀釋到5%左右儲存備用，在一定程度上可降低實際生產的化學危險性，減少自來水廠的管理難度。

(2)減少自然濃度降低所增加的成本

通過對有效氯濃度約5%、8%和10%的次氯酸鈉溶液進行衰減跟蹤監測，發現有效氯濃度為5%左右的次氯酸鈉溶液的衰減曲線最為平穩。因此，在不考慮其他因素差異的情況下，將次氯酸鈉的儲存濃度直接降低至5%左右，能夠降低因為有效氯成分濃度降低而帶來的成本，從而提高制水生產的經濟效益。

(3)減少氯酸鹽副產物的產生

次氯酸鈉在儲存過程中會發生歧化反應，導致有效氯持續降低并產生大量副產物氯酸鹽[4]。由圖3可知，在30 d的儲存期內，有效氯濃度約5%、8%、10%的次氯酸鈉溶液的衰減率分別為3.62%、8.10%、11.86%。據相關文獻[4]顯示，有效氯的衰減量和氯酸鹽副產物的生成量均與儲存時間成正比，因此，采用有效氯濃度為5%左右的次氯酸鈉溶液為消毒劑，會縮短單次次氯酸鈉儲存溶液的使用時間，從而降低產生氯酸鹽副產物的水質風險。

3 結論與建議

(1)使用次氯酸鈉代替液氯對自來水進行消毒，可以調節出廠水的pH，有利于有機污染物的去除，同時不增加消毒副產物的產生，降低了出廠水水質不達標的風險。

(2)在試驗條件相同的情況下，使用同等投加量、不同濃度有效氯的次氯酸鈉溶液對原水進行需氯試驗，氯耗結果趨近，表明使用有效氯含量為5%左右的次氯酸鈉溶液并不會影響實際制水生產的消毒效果。

(3)在儲存條件容許的情況下，可先將次氯酸鈉溶液稀釋至有效氯含量5%左右進行存放，之后再使用此濃度的溶液對自來水生產的過程水進行消毒，不僅會減少次氯酸鈉有效氯成分濃度的降低，增加實用性，提高經濟效益，還會降低實際生產的化學危險性，減少自來水廠的管理難度。