次氯酸鈉消毒系統(tǒng)工藝改造在水廠的運(yùn)用

李 雪

(重慶中法供水有限公司， 重慶 400020)

在現(xiàn)代城鎮(zhèn)供水水處理工藝中，液氯作為一種傳統(tǒng)的氯化法消毒劑，其目的在于去除水中致病微生物，控制水中微生物的繁殖，以防止通過(guò)飲用水傳播疾病。液氯作為已有百年歷史的自來(lái)水消毒劑，因成本低、工藝成熟、效果穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，一直被廣泛采用。但液氯作為具有強(qiáng)氧化性、強(qiáng)腐蝕性和刺激性氣味的劇毒危險(xiǎn)化學(xué)品，在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用等環(huán)節(jié)都存在諸多的安全風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》(GB 18218—2018)的規(guī)定，液氯臨界量為5 t，超出臨界量即為重大危險(xiǎn)源，在管理措施上有更高的要求。次氯酸鈉作為液氯消毒的替代品，消毒效果基本相當(dāng)，但在運(yùn)輸和使用過(guò)程中較液氯更為安全[1]。隨著城市化進(jìn)程的加快和人們安全環(huán)保意識(shí)的提高，次氯酸鈉在水廠升級(jí)改造或新建水廠中替代液氯消毒已經(jīng)成為一種趨勢(shì)[2]。筆者所在水廠于2020年著手進(jìn)行次氯酸鈉消毒工藝改造。

1 項(xiàng)目背景

該水廠建立于1995年，采用混凝-沉淀-過(guò)濾-消毒常規(guī)水處理工藝，日均供水量約為36×104m3/d。液氯年均日用量為700 kg/d，最大液氯庫(kù)存量為12 t，屬于重大危險(xiǎn)源。由于城市化建設(shè)進(jìn)程加快，水廠南側(cè)新建居民區(qū)與氯庫(kù)建筑物直線距離不足50 m。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016—2014)以及《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》相關(guān)要求，存在安全隱患，亟待整改。

為消除該安全隱患，該水廠于2020年啟動(dòng)將液氯工藝改造為次氯酸鈉工藝的可研評(píng)估，并在次年完成該項(xiàng)目的改造。筆者參與了此次工藝改造項(xiàng)目，現(xiàn)將改造設(shè)計(jì)要求、消毒效果、工藝運(yùn)行等要點(diǎn)方面積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行介紹，以供分享。

2 次氯酸鈉消毒殺菌機(jī)理

3 次氯酸鈉消毒工藝改造的基本要求

此次改造的次氯酸鈉消毒系統(tǒng)包括了移藥、儲(chǔ)藥、投加和應(yīng)急四個(gè)單元部分。

3.1 移藥單元

移藥單元采用槽車(chē)出料管與移液泵進(jìn)口對(duì)接，再由移液泵提升到儲(chǔ)藥單元中。移液泵出液管設(shè)旁通接口，便于排氣；安裝有Y型過(guò)濾器，以去除藥液中的不溶物，防止管道堵塞。移液泵按1用1備配置，采用耐腐蝕自吸泵。設(shè)進(jìn)藥井，提供罐車(chē)和進(jìn)藥管的接口。

根據(jù)職業(yè)安全和環(huán)境要求，改造均考慮防噴濺和收集漏液的功能。在移液泵和連接管道的最低位置設(shè)置殘液箱，每次移液操作完成后可將泵內(nèi)和管道內(nèi)的殘余藥液放入到殘液箱中并連接至事故處理池。殘液箱材質(zhì)選擇化學(xué)穩(wěn)定性好且能耐大多數(shù)酸堿腐蝕的PE材料 (聚乙烯)。

3.2 儲(chǔ)藥單元

3.2.1 儲(chǔ)量計(jì)算

儲(chǔ)藥單元是此次改造中的重點(diǎn)，而儲(chǔ)量的計(jì)算則是重中之重。次氯酸鈉儲(chǔ)量的確定需要根據(jù)構(gòu)筑物面積、水廠水量、水質(zhì)情況、藥劑濃度、藥劑供應(yīng)距離以及當(dāng)?shù)貧夂驐l件等諸多因素進(jìn)行考慮。針對(duì)水廠實(shí)際情況，需著重考慮以下兩個(gè)方面的問(wèn)題：第一，結(jié)合運(yùn)輸情況、最高日出廠水流量及最大投加量的用量，確定最低保障量；第二，在合理時(shí)間周期內(nèi)，現(xiàn)有儲(chǔ)存條件下次氯酸鈉濃度的衰減情況。

結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蚝铜h(huán)境條件，次氯酸鈉濃度的衰減數(shù)據(jù)對(duì)存儲(chǔ)量關(guān)系密切。隨著儲(chǔ)存時(shí)間的增加，次氯酸鈉的有效氯成分會(huì)不斷降低，要到達(dá)相同的消毒效果，必然造成單位水量的投加量增大，因此需要進(jìn)行衰減試驗(yàn)以及濃度檢測(cè)予以確認(rèn)。以該水廠目前使用的市售A-Ⅱ型的次氯酸鈉(≥10%有效氯)為例，將3種不同濃度的次氯酸鈉溶液在室溫(25±2℃)避光保存條件下進(jìn)行有效氯濃度衰減試驗(yàn)，定期檢測(cè)剩余濃度，有效氯濃度衰減見(jiàn)圖1。

圖1 有效氯濃度衰減情況

3種溶液共放置30 d，從圖1可以看出，7 d內(nèi)次氯酸鈉衰減速率最快，平均日衰減速率達(dá)到約0.11%～0.15%；放置至7～21 d，日衰減速率放緩至約0.05%～0.08%。所有測(cè)試樣品均滿足《次氯酸鈉》(GB 19106—2013)[5]貯存相關(guān)規(guī)定要求?？紤]到次氯酸鈉的衰減速度與原液濃度、溫度、儲(chǔ)存環(huán)境等因素密切相關(guān)，建議次氯酸鈉生產(chǎn)儲(chǔ)量在7～14 d為宜。

以該水廠為例，查閱歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)得出近年來(lái)最高日出廠水流量約為45×104m3/d，液氯最大投加量約為3.5 mg/L。按有效氯10%的次氯酸鈉溶液(液氯有效氯按100%)計(jì)算，則日最大投加量為15 750 kg/d，約為16 m3?？紤]到場(chǎng)地情況、生產(chǎn)需要、運(yùn)輸距離以及次氯酸鈉本身濃度衰減的問(wèn)題，儲(chǔ)存周期按7 d流轉(zhuǎn)，則次氯酸鈉用量約需110 m3?？紤]10%左右余量，設(shè)計(jì)按120 m3設(shè)計(jì)。

3.2.2 儲(chǔ)存方式確定

水廠現(xiàn)運(yùn)行的液氯庫(kù)分為A、B兩庫(kù)，將其中一個(gè)占地面積約為135 m2的氯庫(kù)升級(jí)改造成為儲(chǔ)藥間，目前較為成熟的次氯酸鈉藥液儲(chǔ)存方式有儲(chǔ)藥罐和儲(chǔ)藥池這兩種。考慮到生產(chǎn)運(yùn)行情況以及工程可實(shí)施性，均設(shè)計(jì)為地上布置。經(jīng)兩種方案(表1)比選，最終選擇儲(chǔ)藥池的儲(chǔ)藥方式。

表1 儲(chǔ)存方式比選要素

3.3 投加單元

投加部分主要包括投加撬裝、流量測(cè)定系統(tǒng)、投加管線三個(gè)部分。投加撬裝需包含安全閥、脈沖阻尼器、背壓閥、Y型過(guò)濾器以及校準(zhǔn)柱。用于準(zhǔn)確加藥并實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)，應(yīng)配備相應(yīng)的自控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。投加管線應(yīng)盡量減少接頭和彎管，管線的敷設(shè)需考慮在合適位置安裝管卡，防止管道異常抖動(dòng)帶來(lái)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。注料閥設(shè)置在投加管道末端，且距離液面有一定位置，以防止水汽進(jìn)入加藥管道，同時(shí)便于觀察和檢修。該水廠為原液投加并配有帶有流反饋的數(shù)字泵，因此可利用原有設(shè)備及系統(tǒng)，僅對(duì)投加撬裝和管線兩個(gè)部分進(jìn)行升級(jí)改造。

3.3.1 投加點(diǎn)的選擇及建議

該水廠取用江河水作為原水，考慮到原水水質(zhì)特性以及突發(fā)應(yīng)急處理，預(yù)留前加氯和后加氯兩類投加點(diǎn)。為了強(qiáng)化混凝、提高預(yù)氧化及整個(gè)配水系統(tǒng)消毒效果，前加氯設(shè)置在深井提升泵之后、混凝工藝之前，后加氯設(shè)置在濾池出水端。此外值得注意的是，次氯酸鈉的水解物易與原水(特別是硬度較高的原水)中的鈣鎂離子發(fā)生反應(yīng)，生成碳酸鈣鎂或者氫氧化鈣鎂沉淀而堵塞管道?；谏鲜銮闆r，改造時(shí)將投加管道的末端距離水面約30 cm，一是便于后期運(yùn)行觀察，二是可避免與水面直接接觸防止結(jié)垢。水廠次氯酸鈉投加點(diǎn)示意見(jiàn)圖2。

圖2 水廠次氯酸鈉投加點(diǎn)示意

3.3.2 投加泵流量的確定

次氯酸鈉的有效成分和液氯的有效成分都是以有效氯形式表示，因此按有效氯投加量計(jì)，兩者投氯的生產(chǎn)用量相近。以該水廠為例，歷史數(shù)據(jù)表明出廠水流量約為(30～45)×104m3/d，有效氯最大投加量約為3.5 mg/L(前加氯量1.0 mg/L，后加氯2.5 mg/L)。投加泵選擇見(jiàn)表2。

表2 投加泵的選擇

注：1.表格內(nèi)投加量數(shù)據(jù)為液氯(原)投加量；2.投加泵流量為計(jì)算后投加10%次氯酸鈉的量。

結(jié)合投加點(diǎn)的流量范圍、投加和備用條件，所在水廠A、B、C、D投加點(diǎn)分別選擇了250，150，150和250 L/h流量的泵。值得注意的是，為了便于設(shè)備維修不影響生產(chǎn)，需要考慮一定的備用率因素。

3.4 應(yīng)急單元

該單元包括泄漏收集單元和收集處置單元兩個(gè)部分。

3.4.1 泄漏收集單元

儲(chǔ)存區(qū)的儲(chǔ)藥池長(zhǎng)期有大量藥液存在，應(yīng)考慮極端情況下儲(chǔ)藥池滲漏的處置問(wèn)題。整個(gè)儲(chǔ)藥區(qū)域地面四周砌有坡度的圍堰，將滲漏的藥液進(jìn)入收集或處置單元。

室外槽車(chē)停放區(qū)做一圈排水溝，與收集或處置單元連接。管道上安裝切換閥門(mén)，正常運(yùn)行時(shí)停車(chē)場(chǎng)雨水、清潔廢水排向雨水管，發(fā)生泄漏時(shí)排放至收集或處置單元。對(duì)于排水溝蓋板，其強(qiáng)度需要考慮進(jìn)藥罐車(chē)的荷載重量。

3.4.2 收集處置單元

收集單元應(yīng)考慮極端情況下儲(chǔ)藥池滲漏的收集問(wèn)題，因此該水廠設(shè)有單口儲(chǔ)液池容積大小的事故收集池。單側(cè)設(shè)集水坑，事故時(shí)由移液泵移液收集。若滲漏量較少，可通過(guò)稀釋或酸堿中和的方式進(jìn)行處理。若滲漏量較大，可聯(lián)系有資質(zhì)的專業(yè)第三方處理單位進(jìn)行廢液處置。

此外，若水廠有污泥處理系統(tǒng)，可將滲液廢液通過(guò)重力流或中和井的形式流入污泥均衡池，進(jìn)行后續(xù)處理，實(shí)現(xiàn)零排放。

4 安全要求與配套條件設(shè)施

遠(yuǎn)離火種、熱源，無(wú)與其他化學(xué)品混儲(chǔ)現(xiàn)象；也無(wú)不相關(guān)活動(dòng)和操作。儲(chǔ)藥單元內(nèi)不應(yīng)設(shè)置陽(yáng)光直射的窗戶，滿足每小時(shí)可換氣8～12次[4]，室溫控制在0～30℃。儲(chǔ)藥池頂部設(shè)通氣管，聯(lián)通后統(tǒng)一排出房間。

各單元需考慮泄漏收集和防噴濺裝置，應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備、器材和材料。設(shè)置洗眼器、噴淋裝置，并設(shè)置個(gè)人防護(hù)用品箱。

現(xiàn)場(chǎng)處張貼化學(xué)品安全技術(shù)說(shuō)明書(shū)(MSDS)，設(shè)置警示標(biāo)識(shí)以及次氯酸鈉用設(shè)備和管道標(biāo)識(shí)。

每座儲(chǔ)藥池均可獨(dú)立運(yùn)行，且設(shè)液位計(jì)及透明液位柱，便于觀察、監(jiān)控、檢修。

操作人員必須經(jīng)過(guò)專門(mén)培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴直接式防毒面具(半面罩)，戴化學(xué)安全防護(hù)眼鏡，穿防腐工作服，戴橡膠手套。

5 次氯酸鈉的質(zhì)控基本要求與建議

5.1 質(zhì)檢要求

建議按規(guī)定[5]對(duì)每批次進(jìn)貨進(jìn)行檢驗(yàn)，并要求廠家提供該批次的檢驗(yàn)報(bào)告以及涉水許可等相關(guān)資料。

5.2 衛(wèi)生安全要求[6]

生活飲用水化學(xué)處理劑帶入飲用水中的有害物質(zhì)是《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)[7]中規(guī)定的物質(zhì)時(shí)，則該物質(zhì)的容許限值為相應(yīng)規(guī)定限值的10%。

生活飲用水化學(xué)處理劑帶入飲用水中的有害物質(zhì)在《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)[7]中未做規(guī)定，可參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)判定，其容許限值為該容許濃度的10%。

帶入飲用水中的有害物質(zhì)沒(méi)有可供參考的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)按毒理學(xué)安全性評(píng)價(jià)程序進(jìn)行試驗(yàn)以確定物質(zhì)在飲用水中的最高容許濃度。該有害物質(zhì)增加量不應(yīng)超過(guò)最高容許濃度值的10%。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著城市化進(jìn)程的加快和人們安全環(huán)保意識(shí)的提高，無(wú)論是從生產(chǎn)安全、水質(zhì)提升方面，還是社會(huì)效益考慮，次氯酸鈉替代液氯消毒工藝將會(huì)越來(lái)越普及。通過(guò)此次工藝改造，在各個(gè)改造環(huán)節(jié)積累的經(jīng)驗(yàn)對(duì)類似水廠的改造項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和優(yōu)化方面都具有借鑒和參考意義。