某水廠次氯酸鈉消毒系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用

張 燚，盧 元

(中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010)

消毒可以有效殺滅水體中的病原微生物，是保障飲用水水質(zhì)安全的重要措施。目前，常用的消毒劑包括液氯、次氯酸鈉、臭氧和二氧化氯。通過消毒效果、穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性等各方面的比較［1］可以得出，次氯酸鈉的消毒效果好，消毒作用持續(xù)穩(wěn)定，運行維護(hù)費用低，安全性能高且副產(chǎn)物少，是一種可靠的消毒劑。此外，次氯酸鈉發(fā)生器經(jīng)過多年的發(fā)展和改進(jìn)，已成為一種完善的實用性設(shè)備，并有嚴(yán)格的國家標(biāo)準(zhǔn)。

1 項目概述

某水廠設(shè)計供水規(guī)模為10×104m3/d，水源采用地表水，水量充沛，水質(zhì)良好。水廠采用“管式混合+折板絮凝+平流沉淀+V型濾池+次氯酸鈉消毒”工藝，原水經(jīng)處理后滿足供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，通過二級泵房提升，向城市管網(wǎng)供水。經(jīng)對比分析，該項目采用次氯酸鈉消毒技術(shù)，電解法現(xiàn)場制備。

次氯酸鈉與水接觸后生成次氯酸根離子，在水解作用下形成次氯酸，次氯酸再進(jìn)一步分解形成新生態(tài)氧。通過發(fā)揮次氯酸和新生態(tài)氧的氧化作用，實現(xiàn)消毒的目的。

2 設(shè)計要點

2.1 設(shè)計參數(shù)

設(shè)計投加量根據(jù)試驗或相似條件下水廠的運行經(jīng)驗按最大用量確定，出廠水消毒劑剩余濃度和消毒副產(chǎn)物符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749— 2006)要求［2］，見表1。

表1 飲用水消毒劑常規(guī)指標(biāo)與要求Tab．1 Routine indicators and requirements of disinfectants for drinking water

結(jié)合水廠運行經(jīng)驗，該項目的加氯量為:前加氯，1．0 mg/L;后加氯，1．5 mg/L;后補(bǔ)氯，0．5 mg/L。明確投加量后，針對每個要點進(jìn)行詳細(xì)計算，結(jié)果見表2。

表2 工藝計算結(jié)果Tab．2 Calculation results of processes

2.2 制備與投加系統(tǒng)

2.2.1 制備與投加設(shè)備

采用電解鹽水制備次氯酸鈉溶液的方法，設(shè)置2臺15 kg/h產(chǎn)能的次氯酸鈉發(fā)生器(1用1備)，制備成有效氯濃度0．8%的溶液投加，每日次氯酸鈉溶液的投加量為1 641．7 L/h。

設(shè)置2個HDPE次氯酸鈉溶液儲罐，單個有效容積為15 m3，2個儲罐共可儲存18 h的次氯酸鈉最大投加量。

設(shè)置2臺整流器(1用1備)，用于向次氯酸鈉發(fā)生器提供高效、持續(xù)、穩(wěn)定、可靠的直流電流，并不斷地輸送給電解槽。

設(shè)置1臺軟水器(≥1250 L/h產(chǎn)水量)，內(nèi)置軟化樹脂，為整個系統(tǒng)的運行提供軟水。

設(shè)置1臺冷熱水機(jī)組，高溫時給進(jìn)水降溫，低溫時給進(jìn)水加溫。

設(shè)置1套移動式酸洗設(shè)備，用于電極清洗。

設(shè)置1套脫氫系統(tǒng)，與發(fā)生器控制系統(tǒng)聯(lián)動，用于氫氣的收集、稀釋、排放。

2.2.2 制備與投加過程

如圖1所示，氯化鈉在溶鹽池溶解成飽和溶液后由鹽水泵送入發(fā)生器主機(jī)，再經(jīng)軟化水稀釋后輸送至電解槽電解。電解產(chǎn)生的次氯酸鈉溶液進(jìn)入次氯酸鈉脫氫儲存罐，脫氫后轉(zhuǎn)移至儲罐，再根據(jù)需要啟動投藥泵。

圖1 制備與投加系統(tǒng)Fig．1 Preparation and dosing system

投加采用計量泵，分別設(shè)置備用泵，通過相同型 號計量泵前、后球閥定期或在泵故障時自動切換備用泵，見表3。

加藥管路通過管溝連接至加藥點，溶液儲罐的溢流管和放空管通過排水溝排入集水井，中和后經(jīng)耐腐蝕泵提升，排入污水收集系統(tǒng)。

表3 計量泵設(shè)置與控制Tab．3 Setting and control of metering pump

2.3 安全防護(hù)

2.3.1 通風(fēng)

次氯酸鈉投加間存在微量的溶液分解和揮發(fā)氣體逸出，會造成室內(nèi)空氣污染。為加快室內(nèi)空氣流通，改善室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，設(shè)置機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)，每小時換氣8～12次。根據(jù)發(fā)生間的容積，該項目設(shè)置4臺軸流風(fēng)機(jī)用于通風(fēng)。

2.3.2 防腐

次氯酸鈉溶液和原料鹽水具有腐蝕性，為防止對地面、池體的腐蝕破壞，對液體接觸的部位做防腐處理。在池內(nèi)壁及池底上側(cè)采用玻璃鋼(厚度≥5 mm)進(jìn)行防腐，頂板底面采用玻璃鋼(厚度≥3mm)貼面，地面采用環(huán)氧樹脂玻璃鋼防腐。

2.3.3 防爆

項目采用電解法制備次氯酸鈉，反應(yīng)過程中有氫氣產(chǎn)生。次氯酸鈉發(fā)生設(shè)備必須配備脫氫系統(tǒng)，并做密封和耐壓測試，確保滿足氫氣防爆要求。

為保證室內(nèi)泄出的氫氣無危害排出，在發(fā)生器上部設(shè)置密封罩收集氫氣，經(jīng)過稀釋確保濃度低于爆炸下限后，通過高位專用通風(fēng)管直接排至室外。由于氫氣的密度小于空氣，為防止泄露后在屋頂積聚，次氯酸鈉發(fā)生器所在房間嚴(yán)禁設(shè)置吊頂和無通氣孔的下翻梁。

2.3.4 應(yīng)急措施

發(fā)生溶液泄漏時，工作人員應(yīng)從泄漏污染區(qū)迅速撤離至安全區(qū)，嚴(yán)格限制出入。應(yīng)急處理人員應(yīng)穿防酸堿工作服，佩戴自給正壓式呼吸器，不得直接觸摸次氯酸鈉，盡可能地切斷泄漏源。

為防止儲罐意外泄露溶液溢出，項目在儲罐周圍設(shè)置隔離墻，形成1個儲池。少量泄漏時，盡快采用砂土、蛭石或其他惰性材料吸收。大量泄漏時，用泵將泄漏廢液回收至槽車或?qū)Ｓ萌芤汗迌?nèi)，回收利用或運至廢物處理場所處置，同時用泡沫對泄漏物進(jìn)行覆蓋，降低蒸汽的危害。

在房間出入口處設(shè)置1套快速淋浴設(shè)施(復(fù)合式)，以供工作人員在不慎接觸到次氯酸鈉溶液時采取應(yīng)急自救。

3 設(shè)計特點

① 合理選擇藥劑。通過從安全穩(wěn)定性、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等方面對消毒劑進(jìn)行比較，結(jié)合廠區(qū)所在地原料的可得性，合理選擇次氯酸鈉作為消毒劑，采用電解法現(xiàn)場制備。

② 優(yōu)化廠區(qū)布局。根據(jù)廠區(qū)各單體構(gòu)筑物平面位置，因地制宜選擇加氯間位置，將其布置在疊沉池和濾池旁，靠近投加點，縮短了加藥管線長度。將加氯間與加藥間合建，減少了占地面積，節(jié)省了土建費用，共用廠區(qū)加藥管溝，有效降低了工程投資。

③ 完善系統(tǒng)布置。加氯間內(nèi)合理布置堆鹽區(qū)、溶鹽區(qū)、次氯酸鈉發(fā)生區(qū)、次氯酸鈉投加區(qū)，各功能分區(qū)相對獨立，互不干擾，同時相互整合、共同作用。加氯間內(nèi)管線順直流暢，減少了能量消耗，方便運行維護(hù)。

4 結(jié)語

采用次氯酸鈉消毒作用顯著，副作用小，在保證出廠水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的同時，提高了生產(chǎn)的安全性，對類似工程次氯酸鈉消毒的設(shè)計和優(yōu)化具有借鑒意義。