次氯酸鈉替代液氯消毒在水廠的應(yīng)用與優(yōu)化

陳軼妍，彭佳麗

(汕頭市粵海水務(wù)有限公司，廣東汕頭 515000)

月浦水廠隸屬于汕頭市粵海水務(wù)有限公司，日均供水量為15×104m3。廠區(qū)位于汕頭市月浦街道護(hù)堤路西側(cè)，占地0.146 km2，原液氯日用量為250 kg，常年存放液氯量在20 t左右，對于附近環(huán)境來說是一個(gè)重大的安全隱患。液氯鋼瓶在運(yùn)輸過程中存在著風(fēng)險(xiǎn)，因此，使用更為安全的次氯酸鈉溶液消毒有其必要性，可以規(guī)避氯氣使用中面臨的安全問題。

為提高供水的安全性，于2018年對次氯酸鈉替代液氯作為消毒劑進(jìn)行了可行性研究，于2019年年初在月浦水廠進(jìn)行次氯酸鈉投加系統(tǒng)的全面升級改造，并在同年5月改造完工后進(jìn)入試運(yùn)行階段，運(yùn)行情況良好。此次改造排除了月浦水廠的危險(xiǎn)源，為確保汕頭市的安全供水貢獻(xiàn)了力量。然而，使用次氯酸鈉代替液氯進(jìn)行消毒后，對供水水質(zhì)化學(xué)安全性的影響究竟如何，特別是在保障供水水質(zhì)生物安全性的前提下，一直缺乏生產(chǎn)性的試驗(yàn)與研究。本文在對比液氯與次氯酸鈉實(shí)際使用效果的基礎(chǔ)上，探究次氯酸鈉在實(shí)際運(yùn)用中的優(yōu)化，以期在保障自來水廠生產(chǎn)安全的前提下，為規(guī)范自來水廠次氯酸鈉的使用與提高供水水質(zhì)的安全性，提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持與應(yīng)用參考依據(jù)。

1 次氯酸鈉與液氮的應(yīng)用效果對比

1.1 水源情況

月浦水廠的原水來自梅溪河(韓江西溪支流)，除汛期水質(zhì)多為Ⅱ類外，其余時(shí)間為Ⅰ類。由歷史監(jiān)測資料可知，2017年5月—7月月浦水廠的原水與2019年5月—7月原水的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)相近，如表1所示。

1.2 出廠水水質(zhì)對比

本文以月浦水廠分別使用液氯與次氯酸鈉作為消毒劑的2年數(shù)據(jù)作為研究對象，發(fā)現(xiàn)原水水質(zhì)趨近、水處理規(guī)模相近，且消毒工藝均有前加氯、后加氯、補(bǔ)充加氯等工序，以下分別對比具有研究代表性的pH、耗氧量與消毒副產(chǎn)物的情況。

1.2.1 次氯酸鈉具有消毒與調(diào)節(jié)出廠水pH的雙重作用

(1)使用液氯進(jìn)行消毒時(shí)，氯氣溶于水中發(fā)生水解反應(yīng)，如式(1)[1]。

Cl2+H2OHClO+HCl

(1)

水解過程中產(chǎn)生的HCl使水體的pH降低。

(2)使用次氯酸鈉進(jìn)行消毒時(shí)，發(fā)生的水解反應(yīng)如式(2)～式(3)。

NaClO+H2O→HOCl+NaOH

(2)

HOCl→HCl+[O]

(3)

次氯酸鈉水解，除了生成可用于消毒的次氯酸以及強(qiáng)堿氫氧化鈉外，還會(huì)提高出廠水的pH，達(dá)到消毒與調(diào)節(jié)pH的雙重作用，降低了出廠水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，如圖1所示。

1.2.2 次氯酸鈉對有機(jī)污染物的去除效果

耗氧量CODMn是以化學(xué)方法測量水樣中需要被氧化的還原性物質(zhì)的量，在原水水質(zhì)基本一致的情況下，對于有機(jī)污染物的去除，次氯酸鈉的效果比液氯明顯，去除率高出3個(gè)百分點(diǎn)，如圖2所示。

耗氧量去除率為[(CODMn入口處總量-CODMn出口處總量)/CODMn入口處總量]×100%。

圖1 月浦水廠2017年與2019年出廠水pH對比Fig.1 Comparison of pH Value of Finished Water of Yuepu WTP in 2017 and 2019

圖2 月浦水廠2017年與2019年出廠水耗氧量去除率對比Fig.2 Comparison of Removal Rates of Oxygen Consumption of Finished Water of Yuepu WTP in 2017 and 2019

1.2.3 對消毒副產(chǎn)物的影響

使用次氯酸鈉消毒還具有不增加消毒副產(chǎn)物的優(yōu)勢。在消毒過程中，次氯酸鈉不會(huì)像氯氣一樣在水中產(chǎn)生游離分子氯，避免了氯代化合反應(yīng)，使NaOC、DBPs等無增減[2]。

表2 月浦水廠2017年與2019年出廠水消毒副產(chǎn)物指標(biāo)對比Tab.2 Comparison of DBPs of Finished Water of Yuepu WTP in 2017 and 2019

2 次氯酸鈉的應(yīng)用優(yōu)化

2.1 次氯酸鈉有效成分衰減變化趨勢

一般制水廠使用的A型Ⅱ級成品次氯酸鈉溶液的有效氯濃度約為10%，需存放在避光、密封且耐酸堿材料制成的容器中。隨著存放時(shí)間的延長，次氯酸鈉的有效成分會(huì)不斷降低，消毒與凈化的作用會(huì)逐步減弱[3]。為了了解次氯酸鈉有效氯成分的降低過程，掌握其衰減趨勢，使其在實(shí)際制水生產(chǎn)中發(fā)揮最大化消毒與凈化的作用，本文運(yùn)用對比試驗(yàn)，對次氯酸鈉溶液中有效氯成分的衰減規(guī)律進(jìn)行了監(jiān)測。如圖3所示，在相同的試驗(yàn)條件下[在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過恒溫空調(diào)控制溫度，使其保持在(25±2) ℃]，有效氯濃度約10%的次氯酸鈉溶液衰減速率最快，8%左右的次氯酸鈉溶液次之，5%左右的次氯酸鈉溶液衰減最為平緩。

圖3 次氯酸鈉有效氯成分的衰減曲線 (有效氯濃度5%、8%、10%的跟蹤測定)Fig.3 Attenuation Curves of Sodium Hypochlorite (Tracking Determination of Effective Chlorine Concentration of 5%, 8% and 10%)

2.2 生產(chǎn)實(shí)際與實(shí)驗(yàn)室的需氯量對比

如表3所示，在相同的試驗(yàn)條件下[在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過恒溫空調(diào)控制溫度，使其保持在(25±2) ℃]，分別采用有效氯濃度為5%、8%、10%左右的次氯酸鈉溶液進(jìn)行需氯試驗(yàn)，試驗(yàn)的次氯酸鈉投加量以當(dāng)日生產(chǎn)實(shí)際的投加量參照設(shè)定。試驗(yàn)結(jié)果表明，三者的需氯量并沒有顯著的差異，即次氯酸鈉的有效氯濃度對實(shí)際氯耗并無太大影響。因此，若在實(shí)際生產(chǎn)中改用有效氯濃度為5%左右的次氯酸鈉溶液代替有效氯濃度為10%左右的次氯酸鈉溶液進(jìn)行消毒，并不會(huì)影響實(shí)際的消毒效果。

表3 需氯試驗(yàn)的對比Tab.3 Comparison of Chlorination Experiments

2.3 采用低濃度次氯酸鈉的可行性與必要性

根據(jù)2.2節(jié)的需氯試驗(yàn)結(jié)果，使用有效氯濃度為5%左右的次氯酸鈉溶液進(jìn)行消毒，消毒效果與使用有效氯濃度為10%左右的次氯酸鈉溶液無異，而使用有效氯濃度為5%的次氯酸鈉溶液還具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)規(guī)避危化品儲(chǔ)存的管理風(fēng)險(xiǎn)

運(yùn)送到自來水廠的次氯酸鈉，常用儲(chǔ)藥池與儲(chǔ)藥罐這2種方式來儲(chǔ)存。10%的次氯酸鈉溶液屬于危險(xiǎn)化學(xué)品[《危險(xiǎn)化學(xué)品名錄(2018版)》]，而5%及以下的次氯酸鈉溶液不屬于，因此，若在次氯酸鈉溶液卸貨時(shí)直接將10%左右的原液稀釋到5%左右儲(chǔ)存?zhèn)溆茫谝欢ǔ潭壬峡山档蛯?shí)際生產(chǎn)的化學(xué)危險(xiǎn)性，減少自來水廠的管理難度。

(2)減少自然濃度降低所增加的成本

通過對有效氯濃度約5%、8%和10%的次氯酸鈉溶液進(jìn)行衰減跟蹤監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)有效氯濃度為5%左右的次氯酸鈉溶液的衰減曲線最為平穩(wěn)。因此，在不考慮其他因素差異的情況下，將次氯酸鈉的儲(chǔ)存濃度直接降低至5%左右，能夠降低因?yàn)橛行瘸煞譂舛冉档投鴰淼某杀?，從而提高制水生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)減少氯酸鹽副產(chǎn)物的產(chǎn)生

次氯酸鈉在儲(chǔ)存過程中會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)，導(dǎo)致有效氯持續(xù)降低并產(chǎn)生大量副產(chǎn)物氯酸鹽[4]。由圖3可知，在30 d的儲(chǔ)存期內(nèi)，有效氯濃度約5%、8%、10%的次氯酸鈉溶液的衰減率分別為3.62%、8.10%、11.86%。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[4]顯示，有效氯的衰減量和氯酸鹽副產(chǎn)物的生成量均與儲(chǔ)存時(shí)間成正比，因此，采用有效氯濃度為5%左右的次氯酸鈉溶液為消毒劑，會(huì)縮短單次次氯酸鈉儲(chǔ)存溶液的使用時(shí)間，從而降低產(chǎn)生氯酸鹽副產(chǎn)物的水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論與建議

(1)使用次氯酸鈉代替液氯對自來水進(jìn)行消毒，可以調(diào)節(jié)出廠水的pH，有利于有機(jī)污染物的去除，同時(shí)不增加消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生，降低了出廠水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)在試驗(yàn)條件相同的情況下，使用同等投加量、不同濃度有效氯的次氯酸鈉溶液對原水進(jìn)行需氯試驗(yàn)，氯耗結(jié)果趨近，表明使用有效氯含量為5%左右的次氯酸鈉溶液并不會(huì)影響實(shí)際制水生產(chǎn)的消毒效果。

(3)在儲(chǔ)存條件容許的情況下，可先將次氯酸鈉溶液稀釋至有效氯含量5%左右進(jìn)行存放，之后再使用此濃度的溶液對自來水生產(chǎn)的過程水進(jìn)行消毒，不僅會(huì)減少次氯酸鈉有效氯成分濃度的降低，增加實(shí)用性，提高經(jīng)濟(jì)效益，還會(huì)降低實(shí)際生產(chǎn)的化學(xué)危險(xiǎn)性，減少自來水廠的管理難度。