漂粉精在水廠消毒中的應(yīng)用

余 昱，朱兵海

(湖北江漢石油能源有限公司，湖北 潛江433121)

自來水消毒是給水排水工程中的主要水處理技術(shù)，研究人員對新的消毒方法進行了不斷的探索[1]。理想的自來水消毒劑應(yīng)具備高效殺菌作用，使用方便，消毒成本低，不產(chǎn)生有毒有害副產(chǎn)物，消毒后飲用水滿足國家標(biāo)準(zhǔn)[2]。

江漢油田一直采用液氯消毒去除自來水中的病菌及其它有害物質(zhì)[3]。消毒后的水由清水池經(jīng)送水泵房提升到一定的水壓后,再通過輸、配水管網(wǎng)送給用戶。但隨著新環(huán)境法以及安全生產(chǎn)文件的出臺[4]，國家對于消毒劑的安全生產(chǎn)要求越來越嚴(yán)格。江漢油田水電廠的供水車間負責(zé)供應(yīng)整個江漢油田的生活、生產(chǎn)用自來水，設(shè)計日供水能力10萬m3，供水管線總長度約85 km。液氯在運輸、保管和使用過程中存在著手續(xù)繁雜、極易引發(fā)泄漏等問題，且液氯還不能實現(xiàn)自動投加，必須由操作人員手動調(diào)節(jié)加氯量，導(dǎo)致泵站無法實現(xiàn)無人值守功能。因此，尋找一種安全、經(jīng)濟的消毒劑替代液氯是很有必要的[5]。

漂粉精屬于緩釋消毒劑，在凈水班投加漂粉精后，中心供水站及居民水源不需要再投加，為實現(xiàn)無人值守泵站奠定了基礎(chǔ)。同時，與液氯相比，漂粉精購買、運輸、使用較為方便，風(fēng)險系數(shù)低[6]。目前，美國漂粉精的年產(chǎn)量約為90 000 t，日本漂粉精的年產(chǎn)量約為37 000 t。發(fā)達國家生產(chǎn)的漂粉精整體質(zhì)量優(yōu)良，隨著環(huán)境保護、安全意識的提升，發(fā)達國家早已將漂粉精廣泛應(yīng)用于高端水體消毒，如：泳池、飲用水等[7]。為從源頭上消除液氯消毒所帶來的環(huán)保及安全隱患，保障油田的安全生產(chǎn)，江漢油田水電廠采用漂粉精為消毒劑，對消毒系統(tǒng)進行改造。由于在國內(nèi)，漂粉精僅用于小水廠消毒，大水廠還未推廣使用。鑒于此，作者考察了漂粉精溶液中有效氯含量隨時間的變化及水溫對管網(wǎng)末端水余氯含量的影響，并根據(jù)投加漂粉精和液氯后各泵站出口水余氯含量的檢測[8]，來確定漂粉精用于江漢油田水電廠消毒的可行性。

1 試驗

1.1 工藝流程(圖1)

圖1 工藝流程Fig.1 Process flow

1.2 工藝參數(shù)

供水車間各泵站出口水余氯應(yīng)控制在0.3～0.8 mg·L-1，管網(wǎng)末端水余氯應(yīng)不低于0.05 mg·L-1，消毒標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T 5750-2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法》[9]。

漂粉精投加配比不合理會造成余氯不達標(biāo)，且容易堵塞管線，從而導(dǎo)致水質(zhì)不合格，故需增加試驗次數(shù)，調(diào)整投加配比，并將消毒液按流量輸?shù)角逅兀友b反沖洗管線。這樣既避免了管道堵塞，也能達到最佳試驗效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 漂粉精溶液中有效氯含量隨時間的變化

將漂粉精與水配制成溶液后，向需消毒的水中進行投加。檢測漂粉精溶液中有效氯含量隨時間的變化，結(jié)果如表1所示。

表1 漂粉精溶液中有效氯含量隨時間的變化

由表1可知，在投加2 h后，漂粉精溶液中有效氯含量達到峰值(21.2%)，消毒效果明顯；之后隨著時間的延長，有效氯含量逐漸下降；投加24 h時，有效氯含量降至1.6%，即使通過調(diào)節(jié)隔膜泵沖程至最大后也難以達到消毒效果。即在投加漂粉精時，4～6 h配制一次漂粉精溶液較為合理。

2.2 水溫對管網(wǎng)末端水余氯含量的影響

漂粉精溶液在消毒過程中會產(chǎn)生余氯，由于氯的溶解性在一定程度上受溫度的影響，故需研究季節(jié)水溫變化對余氯的影響。通過監(jiān)測漢江原水體水溫發(fā)現(xiàn)，在春、冬季(1～4月、11～12月)水溫保持在2～15 ℃左右，而在夏、秋季(5～10月)水溫超過15 ℃。夏、秋季(5～10月)，由于水溫超過15 ℃，水體中余氯揮發(fā)加快，為保證管網(wǎng)末端水余氯達標(biāo)，需要增加漂粉精投加量。依據(jù)投加試驗，在春、冬季，漂粉精投加量(本試驗消毒劑投加量均以1萬m3水計)為25 kg，在夏、秋季，漂粉精投加量為48 kg，即可保證管網(wǎng)末端水余氯指標(biāo)符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。水溫對管網(wǎng)末端水余氯含量的影響如表2所示。

表2 水溫對管網(wǎng)末端水余氯含量的影響

由表2可知，不同季節(jié)水溫差別較大，通過調(diào)整漂粉精投加量即可保證管網(wǎng)末端水余氯指標(biāo)符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 投加液氯和漂粉精后各泵站出口水余氯檢測

根據(jù)江漢油田的實地考察，對各泵站出口水(二級泵站出水、中心泵站出水和廣華水源出水)進行余氯含量檢測，并與采用液氯消毒的余氯含量進行對比，驗證漂粉精溶液替代液氯消毒的能力。投加液氯和漂粉精后各泵站出口水的余氯含量檢測結(jié)果如圖2所示。

圖2 投加液氯(a)、漂粉精(b)后各泵站出口水的余氯含量Fig.2 Residual chlorine content of water at each pump station after addition of liquid chlorine(a) and calcium hypochlorite(b)

由圖2a可知，投加液氯進行消毒后，隨著時間的延長，二級泵站出水的余氯含量逐漸下降，而中心泵站出水和廣華水源出水的余氯含量卻接近不合格，且在投加液氯的過程中，在中心泵站和廣華水源必須進行二次人工補氯，才能保證管網(wǎng)水中余氯達標(biāo)。

由圖2b可知，投加漂粉精進行消毒后，二級泵站出水的余氯含量可以達到國家標(biāo)準(zhǔn)，隨后保持穩(wěn)定狀態(tài)，中心泵站出水和廣華水源出水的余氯含量也保持穩(wěn)定。由于二級泵站出水余氯含量高于中心泵站出水和廣華水源出水的，說明漂粉精在取代液氯消毒劑后，中心泵站和廣華水源不需要進行二次人工補氯，具備了無人值守的條件。

2.4 漂粉精投加裝置及工藝的設(shè)計

為了更好地實現(xiàn)自動投加功能，在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，建立漂粉精投加裝置，設(shè)計方案如圖3所示，漂粉精投加工藝流程如圖4所示。

圖3 漂粉精投加裝置設(shè)計方案Fig.3 Design scheme of dosing device of calcium hypochlorite

圖4 漂粉精投加工藝流程Fig.4 Process flow of dosing calcium hypochlorite

漂粉精投加裝置中，新建的10 m3配液罐為抗氯離子腐蝕玻璃鋼罐，該配液罐配置鼓風(fēng)機攪拌、藥液傳輸、液位顯示、自動進水與反沖洗、自動除渣等功能；在儲液池安裝1臺余氯分析儀，用于監(jiān)測儲液池內(nèi)余氯含量；同時在二級泵站向中心泵站輸水口處安裝1臺余氯分析儀(DCS系統(tǒng)用于檢測出廠水余氯含量)，從而控制漂粉精的投加量，實現(xiàn)自動投加功能；而活性炭吸附箱用于吸收藥劑溶解過程中產(chǎn)生的有害廢氣。

2.5 討論

從安全角度考慮，由于液氯屬于危險化學(xué)品，其購買手續(xù)復(fù)雜，運輸、儲存都存在安全風(fēng)險，雖然有泄氯吸收裝置，但是一旦液氯泄漏將造成非常惡劣的影響。相比于液氯，漂粉精的安全風(fēng)險大大降低。

從經(jīng)濟角度考慮，漂粉精用于消毒，具有緩釋的效果，只要出廠水余氯控制在一定范圍內(nèi)，則中心泵站和廣華水源出口水的余氯在不補氯的情況下完全可以達到國家標(biāo)準(zhǔn)，為中心泵站、廣華水源實現(xiàn)無人值守奠定了基礎(chǔ)，可大大降低人工成本。其中，液氯投加量為25 kg，液氯單價為750元·t-1；漂粉精投加量為35 kg，漂粉精單價為6 300元·t-1。單從消毒劑成本上看，漂粉精成本要高于液氯，而使用漂粉精后，管理成本(如儲運成本、人工成本)大幅下降。原來3個水源都有加氯間，并且不間斷加氯，從保管到操作需兩人進行，改用漂粉精消毒后，只需在凈水班每天配一次就能滿足要求，同時可以實現(xiàn)無人值守，每月減少人工成本41 400元，綜合消毒劑成本，使用漂粉精后每月減少成本13 356元。另外，隨著安全風(fēng)險的降低，綜合運行成本也下降。

3 結(jié)論

漂粉精在水廠消毒中的應(yīng)用，降低了使用液氯在運輸、使用過程中的安全風(fēng)險，節(jié)約了人工成本，達到很好的環(huán)保效果，實現(xiàn)了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。漂粉精在江漢油田水電廠中成功應(yīng)用，目前在國內(nèi)尚屬首家。漂粉精在水廠消毒中的應(yīng)用前景廣闊，具有很高的推廣價值。