水廠次氯酸鈉投加工藝改造探析

石一人

摘 要：國內(nèi)水廠較普遍的采用罐裝液氯對(duì)自來水消毒，這是一種應(yīng)用歷史久，技術(shù)指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定的傳統(tǒng)消毒劑，但液氯存在重大安全隱患，給水廠帶來巨大安全風(fēng)險(xiǎn)，次氯酸鈉替代液氯消毒，或?qū)⒊蔀橐环N新的趨勢(shì)，本文結(jié)合江東水廠次氯酸鈉消毒工藝的改造經(jīng)歷，對(duì)設(shè)備投入、運(yùn)行成本、消毒成效、安全可靠等方面進(jìn)行比較分析，闡述兩種方式各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：消毒成效；運(yùn)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(jīng)過混凝、沉淀和過濾等工藝去除大多數(shù)細(xì)菌和病毒，消毒是保證水質(zhì)的最后一關(guān)。蕭山江東水廠一期制水規(guī)模：300kt/d，采用常規(guī)凈水工藝，有原水前加、濾后后加、出廠補(bǔ)加三道氯消毒。投加點(diǎn)共設(shè)9個(gè)，分別為沉淀反應(yīng)池前4個(gè)，清水池前3個(gè)、吸水井前設(shè)2個(gè)。沉淀池出水余氯控制指標(biāo)為：0.05-0.4mg/L，濾后水、出廠水余氯控制指標(biāo)為：0.5-1.2mg/L。

2 液氯投加工藝特點(diǎn)

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(jī)和水射器，氯庫最大液氯儲(chǔ)量為18噸，單個(gè)液氯鋼瓶?jī)糁?000KG，3個(gè)瓶同時(shí)使用，液氯氣化后，經(jīng)減壓、過濾、真空調(diào)節(jié)器、加氯機(jī)至室外管路再到各投加點(diǎn)經(jīng)水射器注入水中。出于安全考慮，水射器設(shè)置在投加點(diǎn)附近，從加氯機(jī)到水射器管道呈負(fù)壓狀態(tài)輸送氯氣，一旦，管道損壞，管道內(nèi)的負(fù)壓消失，與之匹配的真空調(diào)節(jié)器將自動(dòng)關(guān)閉，并報(bào)警，能有效防止漏氯事故發(fā)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(qū)面積大，投加管路長(zhǎng)，為保證投加管內(nèi)有足夠的真空度，水廠設(shè)有增壓泵房。此外，加氯間配備漏氯吸收中和裝置，以應(yīng)對(duì)庫內(nèi)液氯意外泄漏事故，冬季低溫時(shí)段，使用噴淋管和電熱蒸發(fā)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(chǎn)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(shí)4個(gè)月完工，工程實(shí)施內(nèi)容包括氯庫基礎(chǔ)改造、管線敷設(shè)、設(shè)備安裝、組態(tài)、調(diào)試。該投加系統(tǒng)完成后，水廠采購10%有效氯濃度的次鈉成品，運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)，將濃度稀釋至5%，然后用計(jì)量泵進(jìn)行投加。

（1）設(shè)計(jì)依據(jù)：

日制水量：300kt/d

設(shè)計(jì)前加點(diǎn)投加量：2.0kg/kt， 4個(gè)投加點(diǎn)

設(shè)計(jì)后加點(diǎn)投加量：2.0kg/kt，3個(gè)投加點(diǎn)

設(shè)計(jì)補(bǔ)加點(diǎn)投加量：1.0kg/kt， 2個(gè)投加點(diǎn)

投加設(shè)備：計(jì)量泵（9用2備）

控制原理：前加、后加按流量比例控制、補(bǔ)加按流量比例+余氯反饋控制，可實(shí)現(xiàn)就地手動(dòng)、遠(yuǎn)程中控、遠(yuǎn)程自動(dòng)運(yùn)行。

（2）次氯酸鈉進(jìn)貨周期?？紤]投加的連續(xù)性，選用8個(gè)20m?立式儲(chǔ)罐，PE材質(zhì)，2個(gè)儲(chǔ)罐用于投加，其余6個(gè)儲(chǔ)罐用于儲(chǔ)備，滿桶時(shí)，有效氯質(zhì)量為：20噸*5%=1噸，相當(dāng)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(gè)桶使用天數(shù)為1.33天，因此，運(yùn)送次氯酸鈉的周期為：1.33天*6（桶個(gè)數(shù)）=8天。

（3）配置與投加。現(xiàn)場(chǎng)配置溶液時(shí)，由卸料泵將運(yùn)料車內(nèi)有效氯濃度為10%的次氯酸鈉溶液通過進(jìn)料管打至桶內(nèi)，至一定液位時(shí)，卸料泵停止，并關(guān)閉進(jìn)料電動(dòng)閥，打開進(jìn)水電動(dòng)閥，開始進(jìn)水至儲(chǔ)料桶，稀釋至5%濃度，6個(gè)桶按需，逐個(gè)進(jìn)料、進(jìn)水進(jìn)行配置，該系統(tǒng)能根據(jù)設(shè)定濃度完成進(jìn)料、進(jìn)水，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。儲(chǔ)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(jì)量泵前安裝DN15Y型過濾器及手動(dòng)閥門，計(jì)量泵出口安裝了阻尼器、壓力表、浮子流量計(jì)、背壓閥安全閥，為便于檢修和拆裝，這些裝備均通過手動(dòng)閥與計(jì)量泵連接，此外還有清洗管與計(jì)量泵連接，投加點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)也安裝有手動(dòng)閥門。

在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)由于自用水中硬度較高，導(dǎo)致計(jì)量泵內(nèi)部、管道內(nèi)產(chǎn)生較多結(jié)垢，容易造成堵塞，影響設(shè)備安全、運(yùn)行平穩(wěn)，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(guī)模300kt/d計(jì)算。

（1）在確保出廠水余氯達(dá)到1.0mg/l的前提下，根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)報(bào)表數(shù)據(jù)：

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(shí)際消耗量為0.75噸，結(jié)合單價(jià)，在原料消耗成本方面，次鈉是液氯的2.6倍。

（2）主要設(shè)備電耗，次氯酸鈉投加計(jì)量泵單臺(tái)額定功率0.06kW，實(shí)際負(fù)荷系數(shù)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(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)，生成次氯酸（HCLO），它是一種弱電解質(zhì)，會(huì)分解成和，其反應(yīng)式如下：

HCLO起主要的消毒作用，次氯酸根帶負(fù)電荷，而細(xì)菌表面同樣帶負(fù)電荷，它很難靠近細(xì)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(kuò)散到細(xì)菌表面，并透過細(xì)胞壁破壞酶的功能，從而達(dá)到殺菌作用，水中次氯酸和次氯酸根的相對(duì)數(shù)與PH值有關(guān)，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(wěn)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(xué)方程式簡(jiǎn)單表示如下：NaClO+H2O=HClO+NaOH HClO=HCl+[O]。

次氯酸再進(jìn)一步分解形成新生態(tài)[O]，新生態(tài)氧極強(qiáng)的氧化性，可將病原微生物殺滅，根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，次氯酸鈉水解會(huì)受到PH值影響，當(dāng)PH值超過9.5時(shí)，就會(huì)不利于次鈉水解。

6 安全性

（1） 氯屬Ⅱ級(jí)高度危害物質(zhì)，國家允許最高濃度為1mg/m?，水廠生產(chǎn)運(yùn)行24小時(shí)不間斷，整個(gè)用氯工序包括液氯鋼瓶運(yùn)至廠內(nèi)，裝卸、搬運(yùn)、儲(chǔ)存、使用、更換，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，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(xiǎn)性在于中毒危險(xiǎn)，當(dāng)鋼瓶發(fā)生泄漏爆炸，液氯氣化為氯氣，迅速漂移、擴(kuò)散，直接影響現(xiàn)場(chǎng)、周圍作業(yè)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(shí)影響供水安全可靠性，社會(huì)影響巨大。

根據(jù)GB18218-2009《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》的規(guī)定，液氯儲(chǔ)存的臨界量為：5t，江東水廠實(shí)際最大儲(chǔ)存量為18t，因此已構(gòu)成重大危險(xiǎn)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(qū)半徑為31.4米，重傷區(qū)半徑為110米。

（2）《常用危險(xiǎn)化學(xué)品的分類與標(biāo)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(duì)環(huán)境有危害。江東水廠實(shí)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(huì)直接接觸到次氯酸鈉溶液，庫房?jī)?nèi)通風(fēng)、避光良好。其安全風(fēng)險(xiǎn)已大大降低。

7 結(jié)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(dāng)，實(shí)際使用中，次鈉投加準(zhǔn)確，操作安全，使用方便，易于儲(chǔ)存，對(duì)環(huán)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(xiǎn)源，大大提升水廠安全生產(chǎn)環(huán)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(chǎn)生游離氯，所以一般難以生成不利于人體健康的致癌物質(zhì)；而且，還不會(huì)像氯氣那樣最后形成鹽酸，對(duì)金屬管道造成嚴(yán)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(yīng)該盡快使用，冬季的存儲(chǔ)時(shí)間也不應(yīng)該超過1周，此外，投加成本來看，達(dá)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(yīng)該要考慮到。

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