自來水廠消毒工藝改造分析

李志軍,鐘文輝,唐權昌

(廣西東興北投環保水務有限公司,廣西 東興 538100)

二氧化氯消毒具有極強的氧化性能,消毒過程中產生的有機鹵化物較少,消毒作用穩定,余氯穩定持久,因此在水廠消毒工藝中應用廣泛[1]。但是其具有明顯的安全隱患,二氧化氯具有爆炸性,其制備原料為氯酸鈉和鹽酸,具有氧化性或腐蝕性,采用二氧化氯消毒在生產、運輸、儲存上具有安全風險,對安全生產管理帶來壓力[2]。次氯酸鈉與二氧化氯具有相差不大的消毒效果,同時還具有安全風險小的優點。本文以某自來水廠消毒工藝改造為研究對象,分析該廠在生產管理,運行效果,經濟效益等方面的變化。

1 工程概況

1.1 廠區概況

東興市城區自來水廠為東興市最早建成的自來水廠,始建于1992年11月,供水能力4.5萬m3/d,其中一期供水能力2萬m3/d,于1995年8月建成投產;二期工程于2005年12月開工建設,于2008年10月底建成投產,供水能力2.5萬m3/d;廠區配套取水泵站一座。

1.2 水質情況

東興市受亞熱帶季風氣候影響,年降雨較多。雨季一般自四月開始,十月結束,多大雨、暴雨,在暴雨影響下,沿河和低洼地區常有澇災發生。但每年的十月至次年四月,降雨量明顯減少,僅占全年總降雨量的21%,每年春秋季節都有不同程度的干旱發生。全年雨量充沛,但分布不均勻,多集中于夏季,干濕季分明。

分析該水廠源水檢測數據,該廠取水水質達到Ⅱ類地表水質量標準,源水為淺黃色渾濁液體,有微弱泥腥味,水中有少量微塵懸浮物,pH值<7,呈弱酸性。水廠源水水質受時間變化影響極大,在雨季期間,水中濁度急劇上升,而在其他時間,源水水質較好。

1.3 工藝流程

水廠改造前制水工藝為:取水泵站從水源地取水后送至水廠,在水進入配水井前,在管道中加入氫氧化鈉和聚氯化鋁,經管道混合器混合后進入配水井,由配水井將進水分配至一期、二期工藝;配水井出水進入反應絮凝池,在反應絮凝池中發生絮凝反應,此過程可將水中懸浮物和部分有機質吸附形成絮狀物;反應絮凝池出水進入斜管沉淀池,斜管沉淀池為底部進水,頂部出水,此過程可去除反應絮凝池段形成的絮體;沉淀池出水進入虹吸濾池后,在重力作用下,進一步去除水中懸浮物;濾池出水進入清水池前,廠區加藥間投加二氧化氯消毒劑進行消毒,去除水中微生物,使廠區出水達標;達標后的出水經由送水泵房加壓后進入市政供水管網。改造前廠區工藝見圖1。

圖1 改造前廠區工藝流程圖

該水廠自一期建成投產以來一直使用二氧化氯消毒,隨著社會發展和公司戰略要求,水廠于2022年6月改造消毒工藝,改造后廠區主體制水工藝不變,將原有二氧化氯消毒改造為次氯酸鈉消毒,并在反應絮凝池前端增加加氯消毒工藝。改造后在反應絮凝池前投加次氯酸鈉能夠去除一部分水中藻類和細菌,降低后續工藝的處理負荷。工藝改造后廠區消毒效果良好,出廠水水質符合現行的國家標準出水水質要求。改造后廠區工藝圖2。

圖2 改造后廠區工藝流程圖

2 安全管理對比

2.1 危險源管理對比

廠區改造前二氧化氯使用二氧化氯復合消毒劑發生器制備后直接使用,其制備原料為氯酸鈉和鹽酸,制備原理為氯酸鈉和鹽酸通過化學反應產生二氧化氯,反應方程式如下:

NaClO3+2HCl→ClO2+1/2Cl2+NaCl+H2O

廠區改造后次氯酸鈉使用次氯酸鈉發生器制備后直接使用,其制備原料為精制鹽,制備原理為精制食鹽水通過電化學反應產生次氯酸鈉,反應方程式如下:

2NaCl+2H2O→2NaOH+H2↑+Cl2↑

2NaOH+Cl2→NaClO+NaCl+H2O

二氧化氯消毒與次氯酸鈉消毒危險因素對比見表1。

表1 二氧化氯消毒與次氯酸鈉消毒危險因素

2.2 運輸儲存對比

二氧化氯生產原料為氯酸鈉,鹽酸,兩種化學品在采購、運輸、儲存、使用上有嚴格規定。氯酸鈉運輸時需單獨裝運,運輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞;嚴禁與酸類、易燃物、有機物、還原劑、自燃物品、遇濕易燃物品等并車混運;運輸車輛裝卸前后,均應徹底清掃、洗凈,嚴禁混入有機物、易燃物等雜質。氯酸鈉應儲存在陰涼、通風的庫房;遠離火種、熱源;要確保包裝密封完整;應與易(可)燃物、還原劑、醇類等分開存放。

鹽酸裝運前需報有關部門批準;運輸時包裝要完整,運輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞;嚴禁與堿類、胺類、堿金屬、易燃物或可燃物、食用化學品等混裝混運。鹽酸需儲存于陰涼、通風的庫房;保持容器密封;應與堿類、胺類、堿金屬、易(可)燃物分開存放。

次氯酸鈉消毒生產原料為精制鹽,主要成分是氯化鈉,在運輸過程中應加蓋遮蓋物,不得與其他可能造成精制鹽污染的貨物混裝,工業精制鹽不得食用;包裝上應標明產品名稱、規格、商標、牌號、生產廠家和本標準編號;精制鹽儲存要防止灰塵等污染,做好防潮防雨措施。

2.3 職業病危害對比

二氧化氯消毒過程中涉及的氯氣、二氧化氯、鹽酸都可能造成職業病危害,而采用次氯酸鈉消毒則很好地消除這些職業病危害因素,具體職業病危害因素對作業人員的健康影響分析如下。

2.3.1 氯氣

氯氣常壓下為黃綠色,是一種有強烈刺激性氣味的劇毒氣體,具有窒息性,密度比空氣大?？扇苡谒蛪A溶液,易溶于有機溶劑,難溶于飽和食鹽水。

氯氣可能造成職業性急性氯氣中毒,職業性化學性眼灼傷,職業性化學性皮膚灼傷。氯氣對人體造成危害的主要侵入途徑為呼吸道吸入、皮膚接觸。氯可引起急性結膜炎,高濃度氯氣或液氯可引起眼灼傷;液氯或高濃度氯氣可引起皮膚暴露部位急性皮炎或灼傷;其引發的急性中毒主要為呼吸系統損害的表現,具體分析如下:

(1)起病及病情變化一般均較迅速。

(2)可發生咽喉炎、支氣管炎、肺炎或肺水腫,表現為咽痛、嗆咳、咳少量痰、氣急、胸悶或咳粉紅色泡沫痰、呼吸困難等癥狀,肺部可無明顯陽性體征或有干、濕性啰音。有時伴有惡心、嘔吐等癥狀。

(3)重癥者尚可出現急性呼吸窘迫綜合征,有進行性呼吸頻速和窘迫、心動過速,頑固性低氧血癥,用一般氧療無效。

(4)少數患者有哮喘樣發作,出現喘息,肺部有哮喘音。

(5)極高濃度時可引起聲門痙攣或水腫、支氣管痙攣或反射性呼吸中樞抑制而致迅速窒息死亡。

(6)并發癥主要有肺部繼發感染、心肌損害及氣胸、縱隔氣腫等。

(7)X線檢查:可無異常,或有兩側肺紋理增強、點狀或片狀邊界模糊陰影或云霧狀、蝶翼狀陰影。

(8)血氣分析:病情較重者動脈血氧分壓明顯降低。

(9)心電圖檢查:中毒后由于缺氧、肺動脈高壓以及植物神經功能障礙等,可導致心肌損害及心律失常。

2.3.2 二氧化氯

二氧化氯在室溫條件下為赤黃色氣體,有刺激性氣味。液態時呈紅棕色,固態為赤黃色晶體。溶于水同時水解為亞氯酸和氯酸。

二氧化氯可能造成職業性刺激性化學物致慢性阻塞性肺疾病。二氧化氯對人體造成危害的主要侵入途徑為呼吸道吸入、皮膚接觸;其具有強烈刺激性,接觸后主要引起眼和呼吸道刺激,吸入高濃度二氧化氯時可發生肺水腫。

2.3.3 鹽酸

鹽酸理化特性為無色或微黃色發煙液體,有刺鼻的酸味。

鹽酸可能造成職業性牙酸蝕病,職業性接觸性皮炎,職業性哮喘,職業性化學性眼灼傷;職業性化學性皮膚灼傷。鹽酸對人體造成危害的主要侵入途徑為吸入、食入、經皮吸收。接觸鹽酸蒸汽或煙霧,可引起急性中毒,出現眼結膜炎,鼻及口腔黏膜有燒灼感,鼻衄、齒齦出血,氣管炎等。誤服可引起消化道灼傷、潰瘍形成,有可能引起胃穿孔、腹膜炎等。眼和皮膚接觸可致灼傷。長期接觸引起慢性鼻炎、慢性支氣管炎、牙齒酸蝕癥及皮膚損害。

3 消毒效果對比

3.1 消毒CT值與消毒副產物

根據《生活飲用水衛生標準》(GB 5749—2006)要求,采用二氧化氯消毒工藝時,與水接觸時間≥30 min,出廠水余氯≥0.1 mg/L;而采用次氯酸鈉消毒時與水接觸時間≥30 min,出廠水余氯≥0.3 mg/L。工藝改造后,增加了在反應絮凝池前端投加次氯酸鈉,消毒劑與水接觸時間增加,消毒效果較二氧化氯消毒有明顯提升。

對比該廠改造前后出廠水水樣送檢報告,改造前后出廠水中消毒副產物均符合《生活飲用水衛生標準》限值要求。

3.2 余氯

分別取2021年10～12月和2022年10～12月連續3個月的出廠水余氯的平均值,對比出廠水余氯與最低限值比值,具體對比情況見表2。

表2 改造前后出廠水余氯對比

如表2所示,改造前后出廠水余氯均能達標,改造前出廠水余氯與標準最低限值比值為2.3,改造后相應比值為1.5,采用次氯酸鈉消毒的出廠水余氯與標準最低限值的比值較二氧化氯的小,消毒劑利用率高。

3.3 菌落總數和總大腸菌群數

分別取2021年10～12月和2022年10～12月連續3個月的菌落總數和總大腸菌群數檢測結果的平均值,對比改造前后菌落總數和大腸菌群數,具體對比情況見表3。

表3 改造前后微生物指標對比

由表3可知,改造前后出廠水菌落總數和總大腸菌群數均能達標;改造前后總大腸菌群數均未檢出;改造前出廠水菌落總數平均為1 CFU/mL,改造后出廠水菌落總數平均為0.3 CFU/mL,改造后消毒工藝對水中微生物去除效果較改造前有顯著提升。

4 藥耗成本對比

以該水廠2021年12月和2022年12月藥耗進行同比分析后可知:改造后使用次氯酸鈉消毒相較于改造前使用二氧化氯消毒藥耗費用要低。具體對比情況見表4和圖3。

表4 改造前后水廠運行成本對比

圖3 改造前后水廠運行成本對比圖(單位:元)

消毒工藝改造后,聚氯化鋁費用較改造前有明顯下降,前加氯處理對凈水劑的消耗有明顯的改善作用;氫氧化鈉費用略有上升,原因是氫氧化鈉單價上升,其消耗量較改造前低。改造后廠區生產噸水藥耗成本下降0.003 9元/m3。

5 結論

(1)水廠改造后采用次氯酸鈉消毒工藝,消毒工藝段危險源因素由4項減少為2項、運輸與儲存管理方式更為簡便,安全管理得到顯著改善。

(2)次氯酸鈉消毒工藝消除了原二氧化氯消毒帶來的3項職業病危害因素,保障了廠區生產運行人員的生命健康安全。

(3)改造后的消毒工藝增加前加氯點,增加了消毒劑與水接觸的時間,消毒效果有所提升;次氯酸鈉消毒出水余氯達標,消毒劑利用率高;次氯酸鈉消毒工藝對水中微生物的去除效果比二氧化氯消毒工藝好。

(4)消毒工藝改造后,廠區生產噸水藥耗成本下降0.003 9元/m3,次氯酸鈉消毒有較好的經濟效益。

(5)水廠消毒工藝改造后,出水穩定達標,并且在安全管理、消毒效果以及生產成本上取得顯著成效,說明水廠次氯酸鈉消毒具有較好的應用前景。