水厂次氯酸钠投加工艺改造探析

石一人

摘 要：国内水厂较普遍的采用罐装液氯对自来水消毒，这是一种应用历史久，技术指标相对稳定的传统消毒剂，但液氯存在重大安全隐患，给水厂带来巨大安全风险，次氯酸钠替代液氯消毒，或将成为一种新的趋势，本文结合江东水厂次氯酸钠消毒工艺的改造经历，对设备投入、运行成本、消毒成效、安全可靠等方面进行比较分析，阐述两种方式各自的优缺点。

关键词：消毒成效；运行成本；安全可靠性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.070

1 概况

在给水处理中，水经过混凝、沉淀和过滤等工艺去除大多数细菌和病毒，消毒是保证水质的最后一关。萧山江东水厂一期制水规模：300kt/d，采用常规净水工艺，有原水前加、滤后后加、出厂补加三道氯消毒。投加点共设9个，分别为沉淀反应池前4个，清水池前3个、吸水井前设2个。沉淀池出水余氯控制指标为：0.05-0.4mg/L，滤后水、出厂水余氯控制指标为：0.5-1.2mg/L。

2 液氯投加工艺特点

改造前，江东水厂使用液氯消毒，投加装置是西门子真空式加氯机和水射器，氯库最大液氯储量为18吨，单个液氯钢瓶净重1000KG，3个瓶同时使用，液氯气化后，经减压、过滤、真空调节器、加氯机至室外管路再到各投加点经水射器注入水中。出于安全考虑，水射器设置在投加点附近，从加氯机到水射器管道呈负压状态输送氯气，一旦，管道损坏，管道内的负压消失，与之匹配的真空调节器将自动关闭，并报警，能有效防止漏氯事故发生。水射器工作水压大于0.3MPa，江东水厂出厂水压力为0.29MPa，由于厂区面积大，投加管路长，为保证投加管内有足够的真空度，水厂设有增压泵房。此外，加氯间配备漏氯吸收中和装置，以应对库内液氯意外泄漏事故，冬季低温时段，使用喷淋管和电热蒸发器加热，为液氯气化提供足够热量，加大气化量。

3 次氯酸钠投加工艺改造

该水厂自2013年10月建成投产以来，一直以液氯作为消毒剂，次钠投加工艺改造始于2016年2月初，历时4个月完工，工程实施内容包括氯库基础改造、管线敷设、设备安装、组态、调试。该投加系统完成后，水厂采购10%有效氯浓度的次钠成品，运抵现场，将浓度稀释至5%，然后用计量泵进行投加。

（1）设计依据：

日制水量：300kt/d

设计前加点投加量：2.0kg/kt， 4个投加点

设计后加点投加量：2.0kg/kt，3个投加点

设计补加点投加量：1.0kg/kt， 2个投加点

投加设备：计量泵（9用2备）

控制原理：前加、后加按流量比例控制、补加按流量比例+余氯反馈控制，可实现就地手动、远程中控、远程自动运行。

（2）次氯酸钠进货周期。考虑投加的连续性，选用8个20m?立式储罐，PE材质，2个储罐用于投加，其余6个储罐用于储备，满桶时，有效氯质量为：20吨*5%=1吨，相当于1瓶液氯。该厂次钠总投加浓度为2.5kg/kt，单日消耗有效氯为：300kt*2.5 kg/kt=750kg，每个桶使用天数为1.33天，因此，运送次氯酸钠的周期为：1.33天*6（桶个数）=8天。

（3）配置与投加。现场配置溶液时，由卸料泵将运料车内有效氯浓度为10%的次氯酸钠溶液通过进料管打至桶内，至一定液位时，卸料泵停止，并关闭进料电动阀，打开进水电动阀，开始进水至储料桶，稀释至5%浓度，6个桶按需，逐个进料、进水进行配置，该系统能根据设定浓度完成进料、进水，实现全自动控制。储料桶通过DN65出料管连接至母管，母管延生出DN15管路至各投加泵，计量泵前安装DN15Y型過滤器及手动阀门，计量泵出口安装了阻尼器、压力表、浮子流量计、背压阀安全阀，为便于检修和拆装，这些装备均通过手动阀与计量泵连接，此外还有清洗管与计量泵连接，投加点现场也安装有手动阀门。

在实际运行中发现由于自用水中硬度较高，导致计量泵内部、管道内产生较多结垢，容易造成堵塞，影响设备安全、运行平稳，后来加装了软水器，通过离子交换法降低水中钙镁离子，从而降低硬度，效果良好。

4 消毒成本

消毒成本主要包含药剂成本和电耗成本两部分，按江东水厂平均制水规模300kt/d计算。

（1）在确保出厂水余氯达到1.0mg/l的前提下，根据现有的生产报表数据：

从上表中可以看出，原料成本：在保证出厂水余氯在1.0mg/l的情况下，次氯酸钠（浓度10%）的消耗量为：6.3吨，而液氯的实际消耗量为0.75吨，结合单价，在原料消耗成本方面，次钠是液氯的2.6倍。

（2）主要设备电耗，次氯酸钠投加计量泵单台额定功率0.06kW，实际负荷系数取0.7。

=24*0.06*9*0.7=9.07kwh；

液氯投加电耗主要集中在增压泵房。

=（11+7.5+7.5）*24=624kwh

单日电耗见下表：

（3）=电耗+药耗

次钠：=7.709+5670≈5677.8（元）

液氯：=530.4+2175=2705.4（元）

因此，综合成本次钠投加要高于液氯投加，前者是后者的2.1倍。

5 消毒原理

（1）氯气加入水中后，产生一系列化学反应，生成次氯酸（HCLO），它是一种弱电解质，会分解成和，其反应式如下：

HCLO起主要的消毒作用，次氯酸根带负电荷，而细菌表面同样带负电荷，它很难靠近细菌表面，消毒效果很差，HCLO是分子量很小的中性分子，能很块扩散到细菌表面，并透过细胞壁破坏酶的功能，从而达到杀菌作用，水中次氯酸和次氯酸根的相对数与PH值有关，PH值保持在6.0-7.0之间，次氯酸在水中的含量很高，消毒效果比较理想。

（2）固体次氯酸钠[NaCLO]为白色粉末，极不稳定，一般是10%浓度无色或淡黄色的溶液，次氯酸钠在水中水解成次氯酸，其效率高于99%，化学方程式简单表示如下：NaClO+H2O=HClO+NaOH HClO=HCl+[O]。

次氯酸再进一步分解形成新生态[O]，新生态氧极强的氧化性，可将病原微生物杀灭，根据实验分析，次氯酸钠水解会受到PH值影响，当PH值超过9.5时，就会不利于次钠水解。

6 安全性

（1） 氯属Ⅱ级高度危害物质，国家允许最高浓度为1mg/m?，水厂生产运行24小时不间断，整个用氯工序包括液氯钢瓶运至厂内，装卸、搬运、储存、使用、更换，任何一个环节出错，均有可能造成人员中毒、爆炸或者其他意外伤害，其主要危险性在于中毒危险，当钢瓶發生泄漏爆炸，液氯气化为氯气，迅速漂移、扩散，直接影响现场、周围作业人员或附近居民安全，大量泄漏可能造成人员重大伤亡事故，同时影响供水安全可靠性，社会影响巨大。

根据GB18218-2009《危险化学品重大危险源辨识》的规定，液氯储存的临界量为：5t，江东水厂实际最大储存量为18t，因此已构成重大危险源。液氯钢瓶泄漏爆炸毒害程度采用事故模拟分析法，以1只1000kg的液氯钢瓶在30℃破裂爆炸为例，可能造成的致死毒害区半径为31.4米，重伤区半径为110米。

（2）《常用危险化学品的分类与标志》（GB13690-92）将浓度为5%以上的次氯酸钠划为第8.3类其它腐蚀品，其健康危害：腐蚀性，可至人灼伤，具致敏性，放出的游离氯有可能引起中毒，直接排放对环境有危害。江东水厂实际使用浓度为4%的次氯酸钠溶液，低于5%的临界浓度，且全程采用密闭操作，工人不会直接接触到次氯酸钠溶液，库房内通风、避光良好。其安全风险已大大降低。

7 结束语

次氯酸钠是一种高效含氯消毒剂，它同水的亲和性很好，能与水任意比互溶，杀毒效果和氯气基本相当，实际使用中，次钠投加准确，操作安全，使用方便，易于储存，对环境影响基本无毒害，不存在液氯、二氧化氯等药剂的安全隐患，通过次氯酸钠代替液氯，彻底消除了液氯这一重大危险源，大大提升水厂安全生产环境，保障了供水安全。还有值得肯定的是，由于次氯酸钠不像氯气、二氧化氯等消毒剂在水中产生游离氯，所以一般难以生成不利于人体健康的致癌物质；而且，还不会像氯气那样最后形成盐酸，对金属管道造成严重腐蚀。

但是，次钠的有效氯易受阳光、温度的影响而分解，所以不宜久存，尤其是夏天，应该尽快使用，冬季的存储时间也不应该超过1周，此外，投加成本来看，达到同样的消毒效果，次钠的投加成本要高一些。在水厂次钠改造前应该要考虑到。

参考文献：

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