NaClO消毒條件下飲用水余氯指標控制研究

祖文華(合肥供水集團有限公司，安徽 合肥 230022)

0 引言

中國飲用水處理中，液氯作為飲用水消毒處理的主要藥劑應(yīng)用廣泛，但由于液氯屬于重大危險源藥劑，尤其是飲用水處理多位于人口密集地區(qū)，其安全性管理和控制尤為關(guān)鍵[1]，且根據(jù)相關(guān)要求需進行液氯備案、反恐資料報送和安全上崗培訓等工作，導致飲用水廠需投入大量的人力、物力。針對液氯作為消毒藥劑存在的局限性，近年來，中國各飲用水廠開始采用NaClO消毒取代液氯消毒，雖然兩者均為氯消毒劑，但由于兩種藥劑原材料、成分和含量差異顯著[2]，因此，采用NaClO取代液氯消毒后，可能造成飲用水出水控制指標出現(xiàn)一定的變化[3]。為確保NaClO消毒條件下飲用水水質(zhì)符合GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》要求，筆者結(jié)合某飲用水廠供水消毒系統(tǒng)為研究對象，通過對比研究NaClO消毒劑引起的飲用水水質(zhì)變化，對NaClO藥劑投放量進行深入研究。

1 試驗部分

1.1 工藝條件

某飲用水廠供水系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模為32.5×104m3/d，水處理工藝采用原水預(yù)臭氧+常規(guī)處理+紫外線聯(lián)合氯消毒工藝，投用藥劑為三氯化鐵和聚合氯化鋁混凝處理?？紤]到飲用水標準要求日趨嚴格，且液氯在運輸、存放和使用等環(huán)節(jié)存在諸多安全隱患[4]，飲用水廠于5月底完成處理工藝升級改造，采用NaClO消毒工藝取代了液氯消毒工藝，濾池出水經(jīng)NaClO消毒和紫外線消毒后進入清水池，經(jīng)配水泵泵送至市政管網(wǎng)。

1.2 試驗內(nèi)容

1.2.1 NaClO消毒對飲用水出水水質(zhì)的影響

為深入研究NaClO消毒條件對飲用水出水水質(zhì)的影響，本研究對比檢測了濾池出水、出廠水和管網(wǎng)水pH值，檢測內(nèi)容包括飲用水硬度、油度、余氯、電導率等指標，對比分析了液氯和NaClO兩種消毒劑處理后水質(zhì)變化情況，液氯取水時間為4月15日至5月30日，NaClO消毒取水時間為6月1日至7月15日，每天取樣1次，分別取樣45次。

1.2.2 余氯指標和NaClO消毒劑投放量研究

根據(jù)GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》要求，飲用水出水余氯指標應(yīng)控制在4 mg/L(以游離氯計)以內(nèi)[5]。為深入研究NaClO消毒劑投放量對出水水質(zhì)余氯指標的影響，本研究對改用NaClO消毒劑投放量、出水余氯和管網(wǎng)末梢余氯指標之間的關(guān)系進行研究，以此分析NaClO消毒劑投加量對余氯指標的影響。

1.2.3 水樣采集

飲用水處理廠水樣采集時，原水水樣取自進水泵房，濾池水取自濾池出水口位置，飲用水出水水質(zhì)取樣出水泵房。補氯后采樣點位于液氯投加點管路。試驗期間，對原水水樣性質(zhì)進行分析，可見兩路進水水質(zhì)性質(zhì)基本一致。

1.3 分析項目及方法

本研究中，余氯分析采用余氯儀檢測，水樣濁度采用濁度儀檢測，pH值采用pH計檢測。色度采用鉑-鈷標準比色法檢測，水樣氨氮采用納氏試劑光度法檢測，硬度采用乙二胺四乙酸二鈉滴定法檢測，堿度采用酸堿度指示劑滴定法檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 NaClO消毒劑對飲用水出水水質(zhì)指標的影響

2.1.1 NaClO消毒劑對飲用水余氯和濁度的影響

在飲用水廠升級改造前后，液氯投加量平均為1.72 mg/L，NaClO消毒劑投加量平均為20.02 mg/L。根據(jù)取樣結(jié)果檢測飲用水出水水質(zhì)指標，兩種消毒劑投加量均滿足飲用水出水余氯控制要求(夏季0.7～1.0 mg/L，冬季0.6～0.9 mg/L)，且采用NaClO消毒劑余氯控制效果與液氯消毒劑效果基本一致，滿足飲用水出水品質(zhì)控制要求。在出水濁度控制方面，飲用水出廠濁度控制指標為0.3 NTU，通過對比改造前后水樣濁度檢測結(jié)果，采用NaClO消毒劑對出水咋濁度影響不顯著，濁度指標與液氯消毒劑條件下基本相符，能夠滿足飲用水廠出水品質(zhì)控制要求[6]。

2.1.2 NaClO消毒劑對飲用水其他指標的影響

對比研究改用NaClO消毒劑對飲用水pH值、硬度、堿度等指標的影響。采用液氯作為消毒劑時，液氯分解為HCl并溶于水，使水體pH值降低，而采用NaClO消毒劑時，由于NaClO水解生成氫氧根離子，導致水體pH值升高。通過對比飲用水廠升級改造前后水質(zhì)pH值，原水投加液氯后出水水質(zhì)pH值下降0.1，投用NaClO消毒劑后出水水質(zhì)pH值較原水增加0.1，水樣檢測結(jié)果與理論分析相符。

同時，采用三氯化鐵和聚合氯化鋁聯(lián)合混凝投加的情況下，由于NaClO投加可能造成pH值升高造成出水鋁殘留濃度升高[7]，因此，本研究增加了對出水水樣鋁濃度的檢測。通過檢測，采用液氯作為消毒劑時，鋁濃度變化在±0.03 mg/L范圍內(nèi)，出水鋁濃度為0.02～0.10 mg/L；改用NaClO消毒劑后，投加消毒劑后鋁濃度變化范圍為±0.01 mg/L，出水鋁濃度為0.02～0.8 mg/L，可見，采用液氯或NaClO作為飲用水消毒劑，出水鋁濃度指標均小于0.2 mg/L，符合標準要求。根據(jù)升級改造前后水質(zhì)對比研究，改用NaClO消毒劑對出水水質(zhì)鋁濃度影響不顯著[8]。

根據(jù)出水水質(zhì)取樣分析投加NaClO消毒劑對硬度和堿度的影響，發(fā)現(xiàn)升級改造前后飲用水出水硬度、堿度無顯著變化，均能夠滿足標準要求，表明以NaClO消毒劑替代液氯消毒劑對飲用水硬度、堿度無顯著影響。

2.2 NaClO消毒劑投加量與飲用水余氯控制

2.2.1 NaClO消毒劑投加量確定

通過檢測飲用水出廠水和管網(wǎng)末梢水余氯濃度，發(fā)現(xiàn)NaClO消毒劑替代液氯作為消毒劑后，投加量為20 mg/L，飲用水出廠余氯變化范圍在0.70～1.0 mg/L，供水管網(wǎng)內(nèi)余氯指標符合 標準控制要求。管網(wǎng)各段取水色度均小于5度，且水廠改造完成后持續(xù)運用期間均未收到用戶投訴。根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，將NaClO消毒劑投加量控制在0.70～0.90 mg/L。針對原水水質(zhì)惡化等特殊情況時，適當調(diào)整NaClO消毒劑投加量為0.70～1.00 mg/L。

2.2.2 補氯條件下余氯控制

由于該飲用水處理廠西區(qū)輸水管道線路較長，且用戶以工業(yè)用水為主，居民用水占比較小，根據(jù)余氯監(jiān)測，該段余氯監(jiān)測點指標偏低。通過對西區(qū)管路補加NaClO消毒劑后，檢測西區(qū)管路飲用水出水余氯指標變化情況。

根據(jù)補氯前后出水余氯指標變化情況可知，補氯前西區(qū)管路出水余氯均值為0.90 mg/L，西區(qū)管網(wǎng)余氯普遍較低，西區(qū)供水主干管進口點水樣余氯均值為0.31 mg/L(如表1所示)，西區(qū)供水管末梢余氯均值為0.18 mg/L。采用補氯工藝后，西區(qū)供水管余氯均值為1.21 mg/L。經(jīng)補氯處理，西區(qū)供水管網(wǎng)余氯水平顯著提高。經(jīng)水樣取樣檢測，西區(qū)供水主干管取樣點經(jīng)補氯后余氯均值為0.96 mg/L，管網(wǎng)末梢余氯值為0.26 mg/L，最大值為0.43 mg/L。西區(qū)管網(wǎng)出水口位置余氯均值為0.65 mg/L，最大值為0.90 mg/L。停止補氯后，西區(qū)各取樣點余氯水平較補氯前水平有所增加，測得管網(wǎng)末梢取樣點水樣余氯均值為0.30 mg/L，最低值為0.13 mg/L。符合標準要求。

表1 西區(qū)管網(wǎng)補氯前后余氯均值 單位：mg/L

根據(jù)西區(qū)管網(wǎng)補氯工藝前后水質(zhì)變化情況分析，長距率供水中，由于供水管路長，管網(wǎng)末梢易出現(xiàn)余氯濃度下降情況，影響出水水質(zhì)。結(jié)合本研究，長距離供水情況下，可采用補加氯方法合理控制飲用水出水余氯指標，確保飲用水出水余氯控制在0.90～1.10 mg/L范圍內(nèi)。當進廠原水水質(zhì)惡化時，可適當調(diào)整補氯后飲用水出廠余氯指標范圍為0.90～1.20 mg/L。

2.3 NaClO 消毒成本驗算

除安全性提高外，為深入研究NaClO 消毒劑替代液氯的成本變化情況，本研究進行兩種消毒劑成本差異分析。飲用水廠升級改造前后，以NaClO 消毒劑有效氯濃度10%驗算，其消耗量為11.20～25.83 mg/L，均值為20.00 mg/L；液氯消耗量為在0.70～2.20 mg/L，均值為1.70 mg/L。按NaClO 消毒劑單位成本580元/噸計算，液氯單位成本2 740元/噸計，計算NaClO 消毒劑時，原水消毒處理成本為0.012元/噸，采用液氯作為消毒劑時原水處理成本為0.005元/噸，可見，以NaClO 消毒劑替代液氯作為飲用水處理消毒劑，消毒劑單位成本增加0.07元/噸。

3 結(jié)語

通過本研究，得出結(jié)論，采用NaClO 消毒劑替代液氯消毒劑時，飲用水出廠指標無顯著變化，余氯、濁度、堿度和硬度指標均與升級改造前一致，消毒劑投切變化對飲用水水質(zhì)無顯著影響，可達到飲用水穩(wěn)定生產(chǎn)要求。同時，由于NaClO 消毒劑投加后會引起pH值略高，因此，在確定NaClO 消毒劑投加量時應(yīng)充分考慮原水pH值。當NaClO 消毒劑投加量達到20 mg/L時，長距離管網(wǎng)末梢余氯能夠滿足余氯指標大于0.05 mg/L要求，當出水余氯指標出現(xiàn)波動時，可采用補加氯工藝調(diào)整出水管網(wǎng)余氯指標，采用補加氯工藝后，出水余氯應(yīng)保持在0.90～1.10 mg/L范圍內(nèi)，遇特殊情況可調(diào)整為0.90～1.20 mg/L。此外，通過對比兩種消毒劑成本，以NaClO 消毒劑替代液氯作為飲用水處理消毒劑，單位成本增加約0.07元/t，NaClO 消毒劑成本較液氯消毒劑成本高，但安全性良好。