次氯酸鈉消毒工藝在南方某自來水廠的應(yīng)用

羅沛豪

(東莞市東江水務(wù)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(shù)相對(duì)成熟等優(yōu)點(diǎn)，在自來水廠中得到廣泛應(yīng)用[1]。但儲(chǔ)存液氯的氯庫屬于重大危險(xiǎn)源，氯氣為劇毒危險(xiǎn)化學(xué)品，液氯的使用給水廠的安全管理帶來重大挑戰(zhàn)[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(jià)格相對(duì)較高，這也制約了其在大型水廠中的廣泛應(yīng)用[4]。

南方某自來水廠的消毒方式由液氯轉(zhuǎn)為次氯酸鈉溶液，筆者以該應(yīng)用實(shí)例為背景，根據(jù)改造后12個(gè)月的運(yùn)行情況，綜合分析了該水廠出廠水pH、微生物等水質(zhì)數(shù)據(jù)，并對(duì)綜合成本進(jìn)行了對(duì)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(jí)改造提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)過程

某自來水廠以東江南支流為水源，供水規(guī)模為50×104m3/d，2018年將液氯改為次氯酸鈉溶液進(jìn)行消毒。所使用的食品級(jí)次氯酸鈉溶液符合《次氯酸鈉》(GB 19106—2013)A型標(biāo)準(zhǔn)，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(jìn)行儲(chǔ)存，罐體置于遮光的室內(nèi)保存，溶液通過隔膜計(jì)量泵投加至指定點(diǎn)。前投加點(diǎn)位于格柵間，主投加點(diǎn)位于消毒接觸池進(jìn)水端，補(bǔ)投加點(diǎn)位于清水池出水管，使用期間平均總單位投加量(以商品計(jì))約為20.68 mg/L。目前投入運(yùn)行已有12個(gè)月，在此期間內(nèi)定期跟蹤檢測(cè)次氯酸鈉溶液在儲(chǔ)罐中的有效氯濃度，每天監(jiān)測(cè)出廠水游離余氯、微生物、pH等水質(zhì)指標(biāo)，記錄數(shù)據(jù)并作綜合成本分析。

2 檢測(cè)方法

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

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 次氯酸鈉溶液有效氯含量的下降

隨著儲(chǔ)存天數(shù)的增加，次氯酸鈉溶液有效氯含量會(huì)下降。一個(gè)使用周期(5 d)內(nèi)，在同一儲(chǔ)存點(diǎn)于不同室溫下進(jìn)行有效氯含量監(jiān)測(cè)，試驗(yàn)結(jié)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(chǔ)存時(shí)間的增加而降低，室內(nèi)溫度越高下降越明顯，但總體來說在同一儲(chǔ)存周期內(nèi)次氯酸鈉溶液有效氯的減少量并不大。在16和26 ℃的儲(chǔ)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(duì)次氯酸鈉溶液的消毒性能和穩(wěn)定性基本沒有影響。該水廠已在次氯酸鈉溶液儲(chǔ)存庫中安裝空調(diào)以調(diào)節(jié)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(xì)菌，模擬受微生物污染的原水進(jìn)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(yàn)Tab.1 Disinfection test by sodium hypochlorite solution

從表1可知，次氯酸鈉溶液對(duì)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(tǒng)期間，出廠水、管網(wǎng)和管網(wǎng)末梢水中均未檢出大腸埃希氏菌、耐熱大腸菌、總大腸菌、細(xì)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(bǔ)投加的單位投加量主要根據(jù)在線余氯儀數(shù)值反饋進(jìn)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(bǔ)投加點(diǎn)的單位投加量)、出廠水以及管網(wǎng)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(yùn)行12個(gè)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(wǎng)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(wǎng)末梢水中的游離余氯量均無明顯波動(dòng)，相對(duì)較穩(wěn)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(wǎng)末梢水的游離余氯量并無明顯差異。

3.4 對(duì)pH值的調(diào)節(jié)

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(jīng)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(jìn)一步降低，在6.5～6.7之間，呈弱酸性。為了避免對(duì)輸水管道和設(shè)備造成腐蝕，提高管網(wǎng)的穩(wěn)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(jìn)口端投加食品級(jí)氫氧化鈉溶液，以控制出廠水pH值處于7.0～7.3的內(nèi)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(jì))見圖2。

圖2 改造前后NaOH溶液?jiǎn)挝煌都恿繉?duì)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(shí)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(guān)的設(shè)備(蒸發(fā)器、暖風(fēng)機(jī)、抽濕機(jī)、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(shí)，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(xiǎn)源，極大地降低了生產(chǎn)運(yùn)營的風(fēng)險(xiǎn)與投入。

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

4 結(jié)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(shí)的安全隱患，減少了水廠運(yùn)營管理的風(fēng)險(xiǎn)和投入。

② 次氯酸鈉溶液有效氯含量在使用周期內(nèi)下降量較少，對(duì)消毒效果與投加后水中游離余氯的穩(wěn)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(wǎng)水和管網(wǎng)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。