次氯酸钠消毒在自来水厂中的应用

王琦

（山西省城乡规划设计研究院工程设计中心 山西省太原市 030000）

0 前言

目前，国内大部分自来水厂采用液氯进行消毒，液氯作为传统消毒剂具有消毒效果好、运行成本低、使用方便等优点。但液氯有剧烈刺激作用、腐蚀性和剧毒，属于第二类危险化学品，在运输和使用过程中存在诸多安全隐患。次氯酸钠（下文简称“次钠”）与液氯消毒效果相当，但在运输及使用过程中较液氯更为安全。而10%“次钠”溶液由于其持续消毒效果好、投加设备简单，极大降低全过程风险，因此正逐步替代液氯消毒。我国某自来水厂自2019年开始升级改造“次钠”投加替代液氯消毒。本文结合应用实践、“次钠”工艺设计、设备选型、施工安装调试的应用与大家进行探讨和交流。

1 “次钠”溶液的物理及化学性质

“次钠”溶液为微黄色液体，是一种强碱弱酸盐，有似氯气的气味，具有强腐蚀性、强氧化性、强刺激性等，属于第八类危险化学品，无爆炸风险，接触本品需采取适当的防护措施。“次钠”溶液的化学性质不稳定，在受光受热条件下均易分解。“次钠”在水解时产生的次氯酸也会发生分解，分解产生的盐酸还会和次氯酸发生反应，生成氯气。氯气会与液体混合在一起进入消毒投加系统，当气体积聚到一定量后会导致气阻，造成投加系统不稳定以及出厂水质参数受到影响。在15℃以下时，“次钠”溶液相对比较稳定，温度稍高即发生分解。当温度升高到70℃以上时，“次钠”溶液分解强烈，甚至可能发生爆炸。自来水厂使用成品“次钠”溶液中的有效氯质量分数一般大于等于10%，且游离碱、铁、砷、重金属等指标均应满足技术要求。当“次钠”溶液有效率为10%时，可保存5-7d，保存时间越长，它的有效率越低。当“次钠”溶液有效率为3%～5%时，可保存10-15d，且其热稳定性也有所提高。

2 “次钠”的投加设计

2.1 水厂工艺投加点改造

在我国某自来水厂中，原来的消毒投加点分别在：原水前加氯、滤后至清水池进水管处加氯和清水池进水口处加氯，两个后加氯点互为备用，加氯是提高混凝沉淀效果充分杀菌、杀灭清水池细菌、保证管网水质消除细菌和大肠杆菌等，本项目改造目的是使用“次钠”投加替代原来的液氯投加，投加点还是保留老系统的投加点。储液池采用土建密封，管路设计利用该地区的地势高差，新建储液池到清水池地上部分管路汇聚到老系统投加管路上，采用重力投加原理。

2.2 “次钠”投加系统设计

该项目“次钠”投加系统由储液池、调节阀，流量计，投加PLC系统和投加管路组成。

2.3 管路排气设计

流量计进口管路排气采用连通立管排气方式，该方式投入小；流量计出口管路采用“人”型管路安装并加装自动排气阀，保证流量计蛮管以外，次钠原液中混杂的气体会向上移动会经过排气管路自动排气，减少气体对流量计测量准确度的影响，同时减少投加液体中气体的含量。

2.4 管道的选择

由于“次钠”原液的流速相对较慢，还有管道中水解反应生成的NaOH，由于NaOH密度较大，且有一定的粘稠度，流速较慢。因此很容易附着在管道表面，会在管道内结晶或结垢，因为NaOH在低温下容易形成过饱和导致晶体析出，所以在低温环境下容易导致管道堵塞。因此在管道设计时会考虑大一号的管道口径，这样可以延缓结垢。同时项目在流量计后端增加水射器，这样做有以下几个优点：①利用厂内自用水，压力保持0.5MPa，既可以稀释原液浓度，也可以降低高温下次钠分解导致的风险，还可以降低管道因结晶堵塞的风险。②提高液体在管道内的流速，减少次钠到达投加点时间，还可以将液体中混杂的气体及时带走，不停留在管道内形成气阻。设计冲洗管路，当管道内有结垢，可以通过厂内自用水（压力可调整）对管路进行冲刷。

2.5 “次钠”的投加控制

为实现加氯投加量的在线实时控制，达到消毒效果的最佳投加，目前主要采用PLC闭环控制，通过人机界面或上位机界面设定对应参数，投即可自动完成加氯。

2.6 分析运行情况

2.6.1 分析出厂水质量

据实际调查发现，结合每天化验自来水厂的结果，对自来水厂每月在改造次氯酸钠消毒工艺的前后指标均值进行统计。可见，与液氨消毒相比，将次氯酸钠消毒工艺应用在自来水厂后，其水质较为稳定，同期增值差异不大。根据我国《GB 5749—2006生活饮用水卫生标准》，亚硝酸盐氮、氨氮、菌落总数、耗氧量指标均符合要求。采用次氯酸钠消毒，就现阶段运行情况而言，自来水厂出水的口感更好，氯味更低。

2.6.2 分析药耗电耗

据实际调查发现，结合自来水厂月报表数据，对应用次氯酸钠消毒工艺改造前后的设备电耗与药耗进行统计。为了保证该自来水厂的内控指标更加的符合，需要控制自来水厂出水的pH值7.0～7.3，余氯0.70～0.90mg/L，其中与液氯投加量相比，次氯酸钠的消毒剂要更大，但却明显减少了氢氧化钠的投加量，与去年同期相比，明显减少了53.1%，而在电耗方面与液氯消毒系统相比，次氯酸钠与其相近。

2.6.3 制水成本分析

据实际调查发现，根据现阶段自来水厂实际生产采购单价，32%氢氧化钠约每吨1645元，10%次氯酸钠约每吨795元，液氯约每吨3000元，与去年同期相比，对其六个月内运行的制水成本进行分析，与液氯消毒相比，次氯酸钠消毒剂的剧本要大，但在自来水厂使用次氯酸钠后，能对后续氢氧化钠的投加量进行明显减少，大大降低了氢氧化钠的制水成本。因此，在药耗方面，通过综合性分析，与去年同期相比，整体制水成本下降了约为每立方米0.0075元。

3 结束语

综上所述，次氯酸钠具有便于储存、运输、采购及腐蚀性小、挥发性低的优点，采用次氯酸钠消毒，可以提高水厂消毒系统的安全性，基本消除了液氯消毒系统在消毒剂运输以及使用时对水厂本身及周边环境造成的安全隐患，具有良好的社会效益。在次氯酸钠投用之后，我们将继续探索余氯控制与进水量、出水量、清水池液位以及其他因素的关系，学习研究利用更先进的控制方式：例如神经网络、模糊控制等，减小余氯的波动范围，实现更优化的投加量和更精准的余氯控制值。