无隔膜次氯酸钠发生器消毒设备对比研究

李晓琴++李心桥3

摘 要：本文通过盐水浓度、电流密度、盐水流量三因素试验，对无隔膜次氯酸钠发生器消毒设备进行了对比研究，并总结了发生器运行中的操作要点和运行维护要点。结果表明双极性电极次氯酸钠发生器运行效果明显好于单极性电极，建议水厂消毒尽可能采用双极性电极次氯酸钠发生器。

关键词：次氯酸钠发生器；运行效果；运行维护

生活饮用水必须消毒，每个水厂都应该有消毒设施，以灭活水中的致病微生物，控制介水传染病的爆发和传播。《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）以强制性条文规定“生活饮用水中不得含有病原微生物”，“生活饮用水应经消毒处理”。《室外给水设计规范》（GB50013-2006）以强制性条文规定“生活饮用水必须消毒”。消毒是生活饮用水处理工艺中不可缺少的组成部分，是保障农村饮用水安全必须的措施。

氯消毒是国内外研究最成熟的消毒技术，饮用水的氯消毒能够防止水传播疾病危害，被誉为“20世纪最成功的公共安全措施”[1]，具有价格低、投加简单、操作管理简便等优点。次氯酸钠属于氯消毒的一种，是一种高效、广谱、安全的强力灭菌、杀病毒药剂[2]。次氯酸钠发生器具有原料便宜、采购与使用方便，可以在任意环境工作状况下投加，适宜在农村中小型供水工程中推广的优点。然而，目前市场上的发生器由于电极类型、材料、设备规格、发生工艺等不同，设备性能参差不齐。为了研究无隔膜次氯酸钠发生器消毒设备的现状，本文选择了市场上具有一定生产规模和技术实力的生产厂家，对其次氯酸钠发生器运行状况进行验证性和对比研究。

一、无隔膜次氯酸钠发生器

无隔膜次氯酸钠发生器根据使用用途分为卫生消毒和环境保护两大类。卫生消毒可以用于环境保护，环境保护不得用于卫生消毒。卫生消毒类指用于饮水消毒，卫生器具及餐具消毒，蔬菜、水果、食品消毒等与人体健康直接有关的次氯酸钠发生器。环境保护类指用于工业废水处理，医院污水处理以及其他一切使用次氯酸钠溶液的工业部门等与人体健康无直接关系的次氯酸钠发生器[3]。

次氯酸钠发生器由四个基本部分组成：盐水调配装置、电解槽、电解电源、储液箱[4-6]。盐水调配装置是供给电解槽所需要的一定浓度食盐水的装置。电解槽是次氯酸钠发生器的关键设备，生成次氯酸钠溶液的电解反应和溶液反应均在其内完成，电解槽一般由槽体、阳极、阴极三部分组成。按电解槽的形状可分为管状电解槽和板状电解槽两大类。管状电解槽截面一般为圆形，使用圆管状阳极和阴极，该方式结构简单，加工方便，但单槽产量低；板状电解槽，一般槽体为长方体，平板状阳极和阴极平行放置[4]。电极是电解过程中，电流进入或离开电解液的导体，电解过程就是在电极相界面上发生氧化还原反应，电极分为阳极和阴极。电解槽按极板联接电源方式分单极性和双极性两种，目前国外大型次氯酸钠发生器的电极结构多为双极性电极，如意大利DENORA PERMELEC的SEACLOR电解海水制氯系统[7]。按运行方式分为连续式和间歇式两大类。电解电源是给电解槽提供直流电流和直流电压的装置。储液箱用来存储成品次氯酸钠溶液[8]。

二、试验装置与方法

（一）试验装置

Cq1-4.2，阳极为管式单极性电极，直径为21.6mm，长330mm；阴极材料为不锈钢，内径为30mm；阴阳极间距为4.2mm；冷却方式是阴极外部自来水循环冷却。

Tjb-7.5，阳极为板式单极性电极，长70mm，宽30mm；阴极为不銹钢材料；阴阳极间距为7.5mm；冷却方式是阴极外部自来水循环冷却。

Bb-3.0和Bt-3.0，发生器阴极分别采用管式不锈钢和钛材料，设备阳极材料、设备结构、阴阳极间距等其他因素均相同。发生器阳极为管式单极性电极，钛材料涂覆钌金属涂层，直径36mm，长361mm；阴极内径为42mm，长300mm；阴阳极间距为3.0mm；冷却方式是阳极内部和阴极外部双重自来水循环冷却。

Sh-0.8，发生器阳极和阴极均为钛材料，阳极为板式双极性电极，钛材料涂覆钌金属涂层；阴阳极间距为0.8mm；无冷却方式。

（二）试验方法

试验因素为电流密度、盐水浓度、盐水流量，因素水平的选择主要依据设备的实际运行工况和以往次氯酸钠发生器理论研究基础确定，试验指标包括有效氯浓度、交流电耗、盐耗和运行成本。试验方案见表。

（三）指标测定与计算方法

电解次氯酸钠发生器的技术经济指标包括交流电耗、盐耗、运行成本、电流效率、直流电耗等，运行成本是交流电耗和盐耗的综合经济指标。交流电耗、盐耗按照《次氯酸钠发生器》（GB12176-1990）中的指标计算方法计算。运行成本根据北京当地电费和盐价钱进行计算，单位为元/kg。

有效氯浓度采用英国百灵达公司的便携式快速测氯仪器测定（0-10mg/L），盐水浓度采用波美计测定（0-100g/L）。

三、结果与分析

在试验结果中，选取设备的最佳运行状况指标进行分析，包括有效氯浓度最高、交流电耗最低、盐耗最低和运行成本最低。按照《次氯酸钠发生器》（GB12176-90）中技术经济指标及质量分等表的规定对发生器进行评价。技术经济指标及质量分等如表所示[3]。设备实际运行和试验过程中，交流电耗与盐耗这两项指标技术经济指标不容易满足质量等级表中的规定，而其他几个指标基本能满足质量等级表中的规定，因此本文主要考察交流电耗和盐耗指标。

由表3-2，对照《次氯酸钠发生器》（GB12176）标准，当运行状况指标交流电耗最低时，各设备均能达到合格品（C级）的要求，即交流电耗≤10kW·h/kg，盐耗≤6.5kg/kg；当运行状况指标盐耗最低时，交流电耗比较高，设备大多不能满足合格品要求（交流电耗>10kW·h/kg）；当运行状况指标运行成本最低时，设备却不一定能达到合格品的要求（交流电耗>10kW·h/kg）。本文建议在确定设备最佳电解参数时，要综合考虑运行成本和标准中规定的质量等级条件来确定。

运行成本最低时，有效氯浓度最高10.26g/L，最低6.10g/L，平均7.15g/L；交流电耗最高12.64kW·h/kg，最低6.78kW·h/kg，平均9.74kW·h/kg；盐耗最高4.10kg/kg，最低2.88kg/kg，平均3.63kg/kg；运行成本最高10.55元/kg，最低6.90元/kg，平均9.35元/kg。若按照每方水投加1g有效氯计算，水厂消毒运行成本最高为0.01元/m3，最低为0.007元/m3，平均为0.009元/m3。

同时由试验可知，Sh-0.8设备运行运行成本均低于其他设备的运行成本，且有效氯浓度比较高，因此，双极性电极性能好于单极性电极。

四、无隔膜次氯酸钠发生器使用注意事项

无隔膜次氯酸钠发生器性能固然重要，然而实际运行中的适当操作与运行维护对于发生器的使用至关重要，直接影响消毒效果和出厂水水质合格率。通过对发生器的以上试验与研究，笔者在次氯酸钠发生器技术研究与使用该装置过程中，总结了发生器使用注意事项，可供运行操作时参考。

（一）开启电解次氯酸钠消毒装置时，应首先打开进盐泵，待电解槽装满盐水后，再打开电解电源。

（二）每次打开电解电源时，应将调压器从低电流慢慢调节至工作电流，进行电解，避免突然过高电流造成短路现象。

（三）陰极材料为不锈钢的电解次氯酸钠发生器，次氯酸钠溶液储液箱应设置放空口，每次发生器停机后均应打开放空阀，放空次氯酸钠溶液，最好用自来水或盐水再进行冲洗。次氯酸钠溶液应在10min内全部排除。

（四）电解过程中有少量氢气和氯气逸出，为保证安全，应加排风扇，保持室内通风，用户须经常检查氢气排放管道是否畅通。

（五）电解过程中，如发现电压突然升高或者进盐水流量突然下降当调节不起作用时，应尽快清洗电解槽。

（六）在维修拆卸时，电解直流电压的正负极千万不要接反，否则损坏电极，次氯酸钠溶液为黑色。应阳极接正，阴极接负。

（七）经常察看储液池（罐、桶）的液位，以及计量泵的工作状况。

（八）电解时，冷却水不能中断，一旦冷却水中断会使电解槽温度升高而影响NaClO的产率，甚至影响电极寿命。

（九）阳极失效后，可保留钛基体，送回原生产厂家重新涂覆再用。

五、结论

次氯酸钠发生器具有原料易得、运行维护方便、运行成本低等优点，适宜在中小型农村供水工程中使用。目前，市场上无隔膜电解次氯酸钠发生器性能参次不齐，使用中最好选择双极性电极的次氯酸钠发生器。

参考文献：

[1]Lim M Y， Kim J M， Ko G. Disinfection kinetics of murine norovirus using chlorine and chlorine dioxide[J]. Water Research， 2010， 44（10）： 3243-3251.

[2]Lebedev A T， ShaydullinaG M， Sinikova N A，et al. GC-MScomparison of the behavior of chlorine and sodium hypochloritetowards organic compounds dissolved inwater[J]. Water Research， 2004， 38（17）：3713-3718.

[3]GB12176-90. 次氯酸钠发生器[S].

[4]吴前俊， 刘晓松. 次氯酸钠基本知识[J]. 环境与健康杂志， 1989， 6（3）： 43-48.

[5]董克忠. 应用次氯酸钠发生器对医疗污水的消毒处理[J]. 山西建筑，2003，29（6）： 141-142.

[6]郭丽彩. 火力发电厂循环冷却水杀菌处理方式探讨[J]. 河北电力技术， 2001， 20（2）： 41-42.

[7]常爱国. 大型电解海水次氯酸钠装置在火力发电厂中的应用[J]. 东北电力技术， 2002，（9）： 32-35.

[8]邵黎歌， 陈卿. 次氯酸钠的分解特性及提高其稳定性能的途径[J]. 氯碱工业， 1997，（4）： 21-24.

基金项目：青海省重大科技专项“农村牧区供水巩固提升关键技术集成推广”。

作者简介：

李晓琴（1982-），女，中国水利水电科学研究院水利所工程师，从事村镇饮水消毒、信息化集成技术研究。