次氯酸钠替代液氯消毒在水厂的应用与优化

2020-07-17陈轶妍彭佳丽

净水技术 2020年7期

陈轶妍，彭佳丽

(汕头市粤海水务有限公司，广东汕头 515000)

月浦水厂隶属于汕头市粤海水务有限公司，日均供水量为15×104m3。厂区位于汕头市月浦街道护堤路西侧，占地0.146 km2，原液氯日用量为250 kg，常年存放液氯量在20 t左右，对于附近环境来说是一个重大的安全隐患。液氯钢瓶在运输过程中存在着风险，因此，使用更为安全的次氯酸钠溶液消毒有其必要性，可以规避氯气使用中面临的安全问题。

为提高供水的安全性，于2018年对次氯酸钠替代液氯作为消毒剂进行了可行性研究，于2019年年初在月浦水厂进行次氯酸钠投加系统的全面升级改造，并在同年5月改造完工后进入试运行阶段，运行情况良好。此次改造排除了月浦水厂的危险源，为确保汕头市的安全供水贡献了力量。然而，使用次氯酸钠代替液氯进行消毒后，对供水水质化学安全性的影响究竟如何，特别是在保障供水水质生物安全性的前提下，一直缺乏生产性的试验与研究。本文在对比液氯与次氯酸钠实际使用效果的基础上，探究次氯酸钠在实际运用中的优化，以期在保障自来水厂生产安全的前提下，为规范自来水厂次氯酸钠的使用与提高供水水质的安全性，提供科学的数据支持与应用参考依据。

1 次氯酸钠与液氮的应用效果对比

1.1 水源情况

月浦水厂的原水来自梅溪河(韩江西溪支流)，除汛期水质多为Ⅱ类外，其余时间为Ⅰ类。由历史监测资料可知，2017年5月—7月月浦水厂的原水与2019年5月—7月原水的各项水质指标相近，如表1所示。

1.2 出厂水水质对比

本文以月浦水厂分别使用液氯与次氯酸钠作为消毒剂的2年数据作为研究对象，发现原水水质趋近、水处理规模相近，且消毒工艺均有前加氯、后加氯、补充加氯等工序，以下分别对比具有研究代表性的pH、耗氧量与消毒副产物的情况。

1.2.1 次氯酸钠具有消毒与调节出厂水pH的双重作用

(1)使用液氯进行消毒时，氯气溶于水中发生水解反应，如式(1)[1]。

Cl2+H2OHClO+HCl

(1)

水解过程中产生的HCl使水体的pH降低。

(2)使用次氯酸钠进行消毒时，发生的水解反应如式(2)～式(3)。

NaClO+H2O→HOCl+NaOH

(2)

HOCl→HCl+[O]

(3)

次氯酸钠水解，除了生成可用于消毒的次氯酸以及强碱氢氧化钠外，还会提高出厂水的pH，达到消毒与调节pH的双重作用，降低了出厂水水质不达标的风险，如图1所示。

1.2.2 次氯酸钠对有机污染物的去除效果

耗氧量CODMn是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量，在原水水质基本一致的情况下，对于有机污染物的去除，次氯酸钠的效果比液氯明显，去除率高出3个百分点，如图2所示。

耗氧量去除率为[(CODMn入口处总量-CODMn出口处总量)/CODMn入口处总量]×100%。

图1 月浦水厂2017年与2019年出厂水pH对比Fig.1 Comparison of pH Value of Finished Water of Yuepu WTP in 2017 and 2019

图2 月浦水厂2017年与2019年出厂水耗氧量去除率对比Fig.2 Comparison of Removal Rates of Oxygen Consumption of Finished Water of Yuepu WTP in 2017 and 2019

1.2.3 对消毒副产物的影响

使用次氯酸钠消毒还具有不增加消毒副产物的优势。在消毒过程中，次氯酸钠不会像氯气一样在水中产生游离分子氯，避免了氯代化合反应，使NaOC、DBPs等无增減[2]。

表2 月浦水厂2017年与2019年出厂水消毒副产物指标对比Tab.2 Comparison of DBPs of Finished Water of Yuepu WTP in 2017 and 2019

2 次氯酸钠的应用优化

2.1 次氯酸钠有效成分衰减变化趋势

一般制水厂使用的A型Ⅱ级成品次氯酸钠溶液的有效氯浓度约为10%，需存放在避光、密封且耐酸碱材料制成的容器中。随着存放时间的延长，次氯酸钠的有效成分会不断降低，消毒与净化的作用会逐步减弱[3]。为了了解次氯酸钠有效氯成分的降低过程，掌握其衰减趋势，使其在实际制水生产中发挥最大化消毒与净化的作用，本文运用对比试验，对次氯酸钠溶液中有效氯成分的衰减规律进行了监测。如图3所示，在相同的试验条件下[在实验室内通过恒温空调控制温度，使其保持在(25±2) ℃]，有效氯浓度约10%的次氯酸钠溶液衰减速率最快，8%左右的次氯酸钠溶液次之，5%左右的次氯酸钠溶液衰减最为平缓。

图3 次氯酸钠有效氯成分的衰减曲线 (有效氯浓度5%、8%、10%的跟踪测定)Fig.3 Attenuation Curves of Sodium Hypochlorite (Tracking Determination of Effective Chlorine Concentration of 5%, 8% and 10%)

2.2 生产实际与实验室的需氯量对比

如表3所示，在相同的试验条件下[在实验室内通过恒温空调控制温度，使其保持在(25±2) ℃]，分别采用有效氯浓度为5%、8%、10%左右的次氯酸钠溶液进行需氯试验，试验的次氯酸钠投加量以当日生产实际的投加量参照设定。试验结果表明，三者的需氯量并没有显著的差异，即次氯酸钠的有效氯浓度对实际氯耗并无太大影响。因此，若在实际生产中改用有效氯浓度为5%左右的次氯酸钠溶液代替有效氯浓度为10%左右的次氯酸钠溶液进行消毒，并不会影响实际的消毒效果。

表3 需氯试验的对比Tab.3 Comparison of Chlorination Experiments

2.3 采用低浓度次氯酸钠的可行性与必要性

根据2.2节的需氯试验结果，使用有效氯浓度为5%左右的次氯酸钠溶液进行消毒，消毒效果与使用有效氯浓度为10%左右的次氯酸钠溶液无异，而使用有效氯浓度为5%的次氯酸钠溶液还具有以下优点。

(1)规避危化品储存的管理风险

运送到自来水厂的次氯酸钠，常用储药池与储药罐这2种方式来储存。10%的次氯酸钠溶液属于危险化学品[《危险化学品名录(2018版)》]，而5%及以下的次氯酸钠溶液不属于，因此，若在次氯酸钠溶液卸货时直接将10%左右的原液稀释到5%左右储存备用，在一定程度上可降低实际生产的化学危险性，减少自来水厂的管理难度。

(2)减少自然浓度降低所增加的成本

通过对有效氯浓度约5%、8%和10%的次氯酸钠溶液进行衰减跟踪监测，发现有效氯浓度为5%左右的次氯酸钠溶液的衰减曲线最为平稳。因此，在不考虑其他因素差异的情况下，将次氯酸钠的储存浓度直接降低至5%左右，能够降低因为有效氯成分浓度降低而带来的成本，从而提高制水生产的经济效益。

(3)减少氯酸盐副产物的产生

次氯酸钠在储存过程中会发生歧化反应，导致有效氯持续降低并产生大量副产物氯酸盐[4]。由图3可知，在30 d的储存期内，有效氯浓度约5%、8%、10%的次氯酸钠溶液的衰减率分别为3.62%、8.10%、11.86%。据相关文献[4]显示，有效氯的衰减量和氯酸盐副产物的生成量均与储存时间成正比，因此，采用有效氯浓度为5%左右的次氯酸钠溶液为消毒剂，会缩短单次次氯酸钠储存溶液的使用时间，从而降低产生氯酸盐副产物的水质风险。