次氯酸钠消毒工艺在南方某自来水厂的应用

罗沛豪

(东莞市东江水务有限公司，广东东莞523106)

液氯作为消毒剂具有消毒性能佳、成本较低、使用技术相对成熟等优点，在自来水厂中得到广泛应用[1]。但储存液氯的氯库属于重大危险源，氯气为剧毒危险化学品，液氯的使用给水厂的安全管理带来重大挑战[2]。近年来，基于安全方面的考虑，越来越多的自来水厂改为次氯酸钠溶液消毒[3]。次氯酸钠溶液的价格相对较高，这也制约了其在大型水厂中的广泛应用[4]。

南方某自来水厂的消毒方式由液氯转为次氯酸钠溶液，笔者以该应用实例为背景，根据改造后12个月的运行情况，综合分析了该水厂出厂水pH、微生物等水质数据，并对综合成本进行了对比分析，以期为水源水pH值较低的自来水厂的消毒工艺升级改造提供技术参考。

1 试验过程

某自来水厂以东江南支流为水源，供水规模为50×104m3/d，2018年将液氯改为次氯酸钠溶液进行消毒。所使用的食品级次氯酸钠溶液符合《次氯酸钠》(GB 19106—2013)A型标准，有效氯浓度约为10%。次氯酸钠溶液采用黑色圆柱型PE塑料罐进行储存，罐体置于遮光的室内保存，溶液通过隔膜计量泵投加至指定点。前投加点位于格栅间，主投加点位于消毒接触池进水端，补投加点位于清水池出水管，使用期间平均总单位投加量(以商品计)约为20.68 mg/L。目前投入运行已有12个月，在此期间内定期跟踪检测次氯酸钠溶液在储罐中的有效氯浓度，每天监测出厂水游离余氯、微生物、pH等水质指标，记录数据并作综合成本分析。

2 检测方法

根据《次氯酸钠》(GB 19106—2013)的要求测定次氯酸钠溶液的有效氯含量[5]。根据《生活饮用水标准检测方法》(GB/T 5750—2006)检测如下指标：游离余氯，3,3,5,5-四甲基联苯胺比色法；pH，标准缓冲溶液比色法(酚红比色剂及溴百里酚蓝)；总大肠杆菌群，酶底物法；菌落总数，平板菌落计数法[6]。

3 试验结果与分析

3.1 次氯酸钠溶液有效氯含量的下降

随着储存天数的增加，次氯酸钠溶液有效氯含量会下降。一个使用周期(5 d)内，在同一储存点于不同室温下进行有效氯含量监测，试验结果见图1。

图1 次氯酸钠溶液有效氯含量的变化Fig.1 Variation of effective chlorine of sodium hypochlorite solution

从图1可知，次氯酸钠溶液有效氯含量随着储存时间的增加而降低，室内温度越高下降越明显，但总体来说在同一储存周期内次氯酸钠溶液有效氯的减少量并不大。在16和26 ℃的储存条件下，次氯酸钠溶液有效氯的减少量分别为3.12%和3.88%，对次氯酸钠溶液的消毒性能和稳定性基本没有影响。该水厂已在次氯酸钠溶液储存库中安装空调以调节室温，夏季控制室温不高于26 ℃，从而减缓次氯酸钠溶液有效氯含量的下降。

3.2 次氯酸钠溶液的消毒效果

取该水厂深度处理活性炭滤后水，加入一定量的大肠杆菌和细菌，模拟受微生物污染的原水进行小试。投加次氯酸钠溶液后的消毒效果见表1。

表1 次氯酸钠溶液消毒试验Tab.1 Disinfection test by sodium hypochlorite solution

从表1可知，次氯酸钠溶液对受大量微生物污染的水源水有明显的消毒杀菌作用。该水厂在使用次氯酸钠消毒系统期间，出厂水、管网和管网末梢水中均未检出大肠埃希氏菌、耐热大肠菌、总大肠菌、细菌等微生物，说明次氯酸钠溶液的消毒杀菌作用明显。

3.3 次氯酸钠溶液使用量与游离余氯

前投加次氯酸钠溶液的单位投加量定为2.5 mg/L，以抑制原水管道和过程池体孳生青苔和藻类，主投加和补投加的单位投加量主要根据在线余氯仪数值反馈进行控制。该水厂将出厂水游离余氯控制在0.8～1.0 mg/L。次氯酸钠溶液的单位投加量(含前投加、主投加和补投加点的单位投加量)、出厂水以及管网末梢水游离余氯含量平均值见表2。

表2 次氯酸钠溶液投加量与游离余氯含量Tab.2 Average dosage of sodium hypochlorite and content of the free chlorine mg·L-1

从表2可知，运行12个月以来次氯酸钠溶液的月均单位投加量约为20.68 mg/L，出厂水游离余氯在0.79～0.96 mg/L，管网末梢水游离余氯在0.28～0.35 mg/L。在此期间每月次氯酸钠溶液的平均单位投加量，以及出厂水、管网末梢水中的游离余氯量均无明显波动，相对较稳定。改造前的液氯年平均单位投加量约为1.81 mg/L，使用液氯与使用次氯酸钠溶液期间的出厂水及管网末梢水的游离余氯量并无明显差异。

3.4 对pH值的调节

该水厂所取的水源水pH值常年较低，一般在6.8～7.0。水源水经混凝、沉淀、过滤、臭氧活性炭深度处理、液氯消毒等工艺的处理后，pH值进一步降低，在6.5～6.7之间，呈弱酸性。为了避免对输水管道和设备造成腐蚀，提高管网的稳定性，一般在投加液氯后投加氢氧化钠溶液，以提高出水pH值[7]。该水厂在清水池进口端投加食品级氢氧化钠溶液，以控制出厂水pH值处于7.0～7.3的内控范围。该水厂在完成次氯酸钠消毒工艺代替液氯的改造工作后，氢氧化钠溶液的使用量大幅下降。该水厂使用的氢氧化钠溶液有效浓度为32%，改造前后同期氢氧化钠溶液使用量(以商品计)见图2。

图2 改造前后NaOH溶液单位投加量对比Fig.2 Dosage of sodium hydroxid solution before and after renovation

从图2可知，使用液氯消毒的情况下氢氧化钠溶液平均单位投加量是18.78 mg/L，改用次氯酸钠溶液消毒后下降至8.56 mg/L，氢氧化钠溶液的使用量大幅下降。

3.5 综合成本分析

从表3可知，采用次氯酸钠溶液消毒后，消毒剂和氢氧化钠溶液的吨水综合成本由使用液氯时的0.036 3元/m3降至0.030 2元/m3。此外，改用次氯酸钠溶液消毒后，与投加氯气有关的设备(蒸发器、暖风机、抽湿机、漏气吸收装置、水射器、压力水等)均可停用，该水厂每年可减少能耗约81 248 kW·h。同时，解决了使用氯气所带来的安全隐患，消除了氯库这一重大危险源，极大地降低了生产运营的风险与投入。

表3 液氯与次氯酸钠消毒时的综合成本对比Tab.3 Comparison of the comprehensive cost of disinfection by liquid chlorine and sodium hypochlorite

4 结论

① 采用次氯酸钠消毒工艺代替液氯，在根源上杜绝了使用氯气消毒时的安全隐患，减少了水厂运营管理的风险和投入。

② 次氯酸钠溶液有效氯含量在使用周期内下降量较少，对消毒效果与投加后水中游离余氯的稳定性并无影响。

③ 次氯酸钠溶液的消毒效果好，可确保出厂水、管网水和管网末梢水的微生物安全。

④ 投加次氯酸钠溶液可有效提高出厂水pH值，从而大幅减少氢氧化钠溶液的使用量。消毒和投碱的吨水综合成本由改造前的0.036 3元/m3下降至改造后的0.0302元/m3。