次氯酸鈉消毒在自來水廠中的應用

王琦

（山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院工程設計中心 山西省太原市 030000）

0 前言

目前，國內大部分自來水廠采用液氯進行消毒，液氯作為傳統(tǒng)消毒劑具有消毒效果好、運行成本低、使用方便等優(yōu)點。但液氯有劇烈刺激作用、腐蝕性和劇毒，屬于第二類危險化學品，在運輸和使用過程中存在諸多安全隱患。次氯酸鈉（下文簡稱“次鈉”）與液氯消毒效果相當，但在運輸及使用過程中較液氯更為安全。而10%“次鈉”溶液由于其持續(xù)消毒效果好、投加設備簡單，極大降低全過程風險，因此正逐步替代液氯消毒。我國某自來水廠自2019年開始升級改造“次鈉”投加替代液氯消毒。本文結合應用實踐、“次鈉”工藝設計、設備選型、施工安裝調試的應用與大家進行探討和交流。

1 “次鈉”溶液的物理及化學性質

“次鈉”溶液為微黃色液體，是一種強堿弱酸鹽，有似氯氣的氣味，具有強腐蝕性、強氧化性、強刺激性等，屬于第八類危險化學品，無爆炸風險，接觸本品需采取適當的防護措施?！按吴c”溶液的化學性質不穩(wěn)定，在受光受熱條件下均易分解?！按吴c”在水解時產生的次氯酸也會發(fā)生分解，分解產生的鹽酸還會和次氯酸發(fā)生反應，生成氯氣。氯氣會與液體混合在一起進入消毒投加系統(tǒng)，當氣體積聚到一定量后會導致氣阻，造成投加系統(tǒng)不穩(wěn)定以及出廠水質參數受到影響。在15℃以下時，“次鈉”溶液相對比較穩(wěn)定，溫度稍高即發(fā)生分解。當溫度升高到70℃以上時，“次鈉”溶液分解強烈，甚至可能發(fā)生爆炸。自來水廠使用成品“次鈉”溶液中的有效氯質量分數一般大于等于10%，且游離堿、鐵、砷、重金屬等指標均應滿足技術要求。當“次鈉”溶液有效率為10%時，可保存5-7d，保存時間越長，它的有效率越低。當“次鈉”溶液有效率為3%～5%時，可保存10-15d，且其熱穩(wěn)定性也有所提高。

2 “次鈉”的投加設計

2.1 水廠工藝投加點改造

在我國某自來水廠中，原來的消毒投加點分別在：原水前加氯、濾后至清水池進水管處加氯和清水池進水口處加氯，兩個后加氯點互為備用，加氯是提高混凝沉淀效果充分殺菌、殺滅清水池細菌、保證管網水質消除細菌和大腸桿菌等，本項目改造目的是使用“次鈉”投加替代原來的液氯投加，投加點還是保留老系統(tǒng)的投加點。儲液池采用土建密封，管路設計利用該地區(qū)的地勢高差，新建儲液池到清水池地上部分管路匯聚到老系統(tǒng)投加管路上，采用重力投加原理。

2.2 “次鈉”投加系統(tǒng)設計

該項目“次鈉”投加系統(tǒng)由儲液池、調節(jié)閥，流量計，投加PLC系統(tǒng)和投加管路組成。

2.3 管路排氣設計

流量計進口管路排氣采用連通立管排氣方式，該方式投入??；流量計出口管路采用“人”型管路安裝并加裝自動排氣閥，保證流量計蠻管以外，次鈉原液中混雜的氣體會向上移動會經過排氣管路自動排氣，減少氣體對流量計測量準確度的影響，同時減少投加液體中氣體的含量。

2.4 管道的選擇

由于“次鈉”原液的流速相對較慢，還有管道中水解反應生成的NaOH，由于NaOH密度較大，且有一定的粘稠度，流速較慢。因此很容易附著在管道表面，會在管道內結晶或結垢，因為NaOH在低溫下容易形成過飽和導致晶體析出，所以在低溫環(huán)境下容易導致管道堵塞。因此在管道設計時會考慮大一號的管道口徑，這樣可以延緩結垢。同時項目在流量計后端增加水射器，這樣做有以下幾個優(yōu)點：①利用廠內自用水，壓力保持0.5MPa，既可以稀釋原液濃度，也可以降低高溫下次鈉分解導致的風險，還可以降低管道因結晶堵塞的風險。②提高液體在管道內的流速，減少次鈉到達投加點時間，還可以將液體中混雜的氣體及時帶走，不停留在管道內形成氣阻。設計沖洗管路，當管道內有結垢，可以通過廠內自用水（壓力可調整）對管路進行沖刷。

2.5 “次鈉”的投加控制

為實現(xiàn)加氯投加量的在線實時控制，達到消毒效果的最佳投加，目前主要采用PLC閉環(huán)控制，通過人機界面或上位機界面設定對應參數，投即可自動完成加氯。

2.6 分析運行情況

2.6.1 分析出廠水質量

據實際調查發(fā)現(xiàn)，結合每天化驗自來水廠的結果，對自來水廠每月在改造次氯酸鈉消毒工藝的前后指標均值進行統(tǒng)計?？梢?，與液氨消毒相比，將次氯酸鈉消毒工藝應用在自來水廠后，其水質較為穩(wěn)定，同期增值差異不大。根據我國《GB 5749—2006生活飲用水衛(wèi)生標準》，亞硝酸鹽氮、氨氮、菌落總數、耗氧量指標均符合要求。采用次氯酸鈉消毒，就現(xiàn)階段運行情況而言，自來水廠出水的口感更好，氯味更低。

2.6.2 分析藥耗電耗

據實際調查發(fā)現(xiàn)，結合自來水廠月報表數據，對應用次氯酸鈉消毒工藝改造前后的設備電耗與藥耗進行統(tǒng)計。為了保證該自來水廠的內控指標更加的符合，需要控制自來水廠出水的pH值7.0～7.3，余氯0.70～0.90mg/L，其中與液氯投加量相比，次氯酸鈉的消毒劑要更大，但卻明顯減少了氫氧化鈉的投加量，與去年同期相比，明顯減少了53.1%，而在電耗方面與液氯消毒系統(tǒng)相比，次氯酸鈉與其相近。

2.6.3 制水成本分析

據實際調查發(fā)現(xiàn)，根據現(xiàn)階段自來水廠實際生產采購單價，32%氫氧化鈉約每噸1645元，10%次氯酸鈉約每噸795元，液氯約每噸3000元，與去年同期相比，對其六個月內運行的制水成本進行分析，與液氯消毒相比，次氯酸鈉消毒劑的劇本要大，但在自來水廠使用次氯酸鈉后，能對后續(xù)氫氧化鈉的投加量進行明顯減少，大大降低了氫氧化鈉的制水成本。因此，在藥耗方面，通過綜合性分析，與去年同期相比，整體制水成本下降了約為每立方米0.0075元。

3 結束語

綜上所述，次氯酸鈉具有便于儲存、運輸、采購及腐蝕性小、揮發(fā)性低的優(yōu)點，采用次氯酸鈉消毒，可以提高水廠消毒系統(tǒng)的安全性，基本消除了液氯消毒系統(tǒng)在消毒劑運輸以及使用時對水廠本身及周邊環(huán)境造成的安全隱患，具有良好的社會效益。在次氯酸鈉投用之后，我們將繼續(xù)探索余氯控制與進水量、出水量、清水池液位以及其他因素的關系，學習研究利用更先進的控制方式：例如神經網絡、模糊控制等，減小余氯的波動范圍，實現(xiàn)更優(yōu)化的投加量和更精準的余氯控制值。