次氯酸钠消毒系统工艺改造在水厂的运用

李 雪

(重庆中法供水有限公司， 重庆 400020)

在现代城镇供水水处理工艺中，液氯作为一种传统的氯化法消毒剂，其目的在于去除水中致病微生物，控制水中微生物的繁殖，以防止通过饮用水传播疾病。液氯作为已有百年历史的自来水消毒剂，因成本低、工艺成熟、效果稳定可靠等优点，一直被广泛采用。但液氯作为具有强氧化性、强腐蚀性和刺激性气味的剧毒危险化学品，在储存、运输、使用等环节都存在诸多的安全风险。根据《危险化学品重大危险源辨识》(GB 18218—2018)的规定，液氯临界量为5 t，超出临界量即为重大危险源，在管理措施上有更高的要求。次氯酸钠作为液氯消毒的替代品，消毒效果基本相当，但在运输和使用过程中较液氯更为安全[1]。随着城市化进程的加快和人们安全环保意识的提高，次氯酸钠在水厂升级改造或新建水厂中替代液氯消毒已经成为一种趋势[2]。笔者所在水厂于2020年着手进行次氯酸钠消毒工艺改造。

1 项目背景

该水厂建立于1995年，采用混凝-沉淀-过滤-消毒常规水处理工艺，日均供水量约为36×104m3/d。液氯年均日用量为700 kg/d，最大液氯库存量为12 t，属于重大危险源。由于城市化建设进程加快，水厂南侧新建居民区与氯库建筑物直线距离不足50 m。根据《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)以及《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》相关要求，存在安全隐患，亟待整改。

为消除该安全隐患，该水厂于2020年启动将液氯工艺改造为次氯酸钠工艺的可研评估，并在次年完成该项目的改造。笔者参与了此次工艺改造项目，现将改造设计要求、消毒效果、工艺运行等要点方面积累的经验进行介绍，以供分享。

2 次氯酸钠消毒杀菌机理

3 次氯酸钠消毒工艺改造的基本要求

此次改造的次氯酸钠消毒系统包括了移药、储药、投加和应急四个单元部分。

3.1 移药单元

移药单元采用槽车出料管与移液泵进口对接，再由移液泵提升到储药单元中。移液泵出液管设旁通接口，便于排气；安装有Y型过滤器，以去除药液中的不溶物，防止管道堵塞。移液泵按1用1备配置，采用耐腐蚀自吸泵。设进药井，提供罐车和进药管的接口。

根据职业安全和环境要求，改造均考虑防喷溅和收集漏液的功能。在移液泵和连接管道的最低位置设置残液箱，每次移液操作完成后可将泵内和管道内的残余药液放入到残液箱中并连接至事故处理池。残液箱材质选择化学稳定性好且能耐大多数酸碱腐蚀的PE材料 (聚乙烯)。

3.2 储药单元

3.2.1 储量计算

储药单元是此次改造中的重点，而储量的计算则是重中之重。次氯酸钠储量的确定需要根据构筑物面积、水厂水量、水质情况、药剂浓度、药剂供应距离以及当地气候条件等诸多因素进行考虑。针对水厂实际情况，需着重考虑以下两个方面的问题：第一，结合运输情况、最高日出厂水流量及最大投加量的用量，确定最低保障量；第二，在合理时间周期内，现有储存条件下次氯酸钠浓度的衰减情况。

结合当地气候和环境条件，次氯酸钠浓度的衰减数据对存储量关系密切。随着储存时间的增加，次氯酸钠的有效氯成分会不断降低，要到达相同的消毒效果，必然造成单位水量的投加量增大，因此需要进行衰减试验以及浓度检测予以确认。以该水厂目前使用的市售A-Ⅱ型的次氯酸钠(≥10%有效氯)为例，将3种不同浓度的次氯酸钠溶液在室温(25±2℃)避光保存条件下进行有效氯浓度衰减试验，定期检测剩余浓度，有效氯浓度衰减见图1。

图1 有效氯浓度衰减情况

3种溶液共放置30 d，从图1可以看出，7 d内次氯酸钠衰减速率最快，平均日衰减速率达到约0.11%～0.15%；放置至7～21 d，日衰减速率放缓至约0.05%～0.08%。所有测试样品均满足《次氯酸钠》(GB 19106—2013)[5]贮存相关规定要求。考虑到次氯酸钠的衰减速度与原液浓度、温度、储存环境等因素密切相关，建议次氯酸钠生产储量在7～14 d为宜。

以该水厂为例，查阅历史运行数据得出近年来最高日出厂水流量约为45×104m3/d，液氯最大投加量约为3.5 mg/L。按有效氯10%的次氯酸钠溶液(液氯有效氯按100%)计算，则日最大投加量为15 750 kg/d，约为16 m3。考虑到场地情况、生产需要、运输距离以及次氯酸钠本身浓度衰减的问题，储存周期按7 d流转，则次氯酸钠用量约需110 m3。考虑10%左右余量，设计按120 m3设计。

3.2.2 储存方式确定

水厂现运行的液氯库分为A、B两库，将其中一个占地面积约为135 m2的氯库升级改造成为储药间，目前较为成熟的次氯酸钠药液储存方式有储药罐和储药池这两种。考虑到生产运行情况以及工程可实施性，均设计为地上布置。经两种方案(表1)比选，最终选择储药池的储药方式。

表1 储存方式比选要素

3.3 投加单元

投加部分主要包括投加撬装、流量测定系统、投加管线三个部分。投加撬装需包含安全阀、脉冲阻尼器、背压阀、Y型过滤器以及校准柱。用于准确加药并实时监控。同时，应配备相应的自控系统，实现闭环控制。投加管线应尽量减少接头和弯管，管线的敷设需考虑在合适位置安装管卡，防止管道异常抖动带来运行风险。注料阀设置在投加管道末端，且距离液面有一定位置，以防止水汽进入加药管道，同时便于观察和检修。该水厂为原液投加并配有带有流反馈的数字泵，因此可利用原有设备及系统，仅对投加撬装和管线两个部分进行升级改造。

3.3.1 投加点的选择及建议

该水厂取用江河水作为原水，考虑到原水水质特性以及突发应急处理，预留前加氯和后加氯两类投加点。为了强化混凝、提高预氧化及整个配水系统消毒效果，前加氯设置在深井提升泵之后、混凝工艺之前，后加氯设置在滤池出水端。此外值得注意的是，次氯酸钠的水解物易与原水(特别是硬度较高的原水)中的钙镁离子发生反应，生成碳酸钙镁或者氢氧化钙镁沉淀而堵塞管道。基于上述情况，改造时将投加管道的末端距离水面约30 cm，一是便于后期运行观察，二是可避免与水面直接接触防止结垢。水厂次氯酸钠投加点示意见图2。

图2 水厂次氯酸钠投加点示意

3.3.2 投加泵流量的确定

次氯酸钠的有效成分和液氯的有效成分都是以有效氯形式表示，因此按有效氯投加量计，两者投氯的生产用量相近。以该水厂为例，历史数据表明出厂水流量约为(30～45)×104m3/d，有效氯最大投加量约为3.5 mg/L(前加氯量1.0 mg/L，后加氯2.5 mg/L)。投加泵选择见表2。

表2 投加泵的选择

注：1.表格内投加量数据为液氯(原)投加量；2.投加泵流量为计算后投加10%次氯酸钠的量。

结合投加点的流量范围、投加和备用条件，所在水厂A、B、C、D投加点分别选择了250，150，150和250 L/h流量的泵。值得注意的是，为了便于设备维修不影响生产，需要考虑一定的备用率因素。

3.4 应急单元

该单元包括泄漏收集单元和收集处置单元两个部分。

3.4.1 泄漏收集单元

储存区的储药池长期有大量药液存在，应考虑极端情况下储药池渗漏的处置问题。整个储药区域地面四周砌有坡度的围堰，将渗漏的药液进入收集或处置单元。

室外槽车停放区做一圈排水沟，与收集或处置单元连接。管道上安装切换阀门，正常运行时停车场雨水、清洁废水排向雨水管，发生泄漏时排放至收集或处置单元。对于排水沟盖板，其强度需要考虑进药罐车的荷载重量。

3.4.2 收集处置单元

收集单元应考虑极端情况下储药池渗漏的收集问题，因此该水厂设有单口储液池容积大小的事故收集池。单侧设集水坑，事故时由移液泵移液收集。若渗漏量较少，可通过稀释或酸碱中和的方式进行处理。若渗漏量较大，可联系有资质的专业第三方处理单位进行废液处置。

此外，若水厂有污泥处理系统，可将渗液废液通过重力流或中和井的形式流入污泥均衡池，进行后续处理，实现零排放。

4 安全要求与配套条件设施

远离火种、热源，无与其他化学品混储现象；也无不相关活动和操作。储药单元内不应设置阳光直射的窗户，满足每小时可换气8～12次[4]，室温控制在0～30℃。储药池顶部设通气管，联通后统一排出房间。

各单元需考虑泄漏收集和防喷溅装置，应备有泄漏应急处理设备、器材和材料。设置洗眼器、喷淋装置，并设置个人防护用品箱。

现场处张贴化学品安全技术说明书(MSDS)，设置警示标识以及次氯酸钠用设备和管道标识。

每座储药池均可独立运行，且设液位计及透明液位柱，便于观察、监控、检修。

操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴直接式防毒面具(半面罩)，戴化学安全防护眼镜，穿防腐工作服，戴橡胶手套。

5 次氯酸钠的质控基本要求与建议

5.1 质检要求

建议按规定[5]对每批次进货进行检验，并要求厂家提供该批次的检验报告以及涉水许可等相关资料。

5.2 卫生安全要求[6]

生活饮用水化学处理剂带入饮用水中的有害物质是《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)[7]中规定的物质时，则该物质的容许限值为相应规定限值的10%。

生活饮用水化学处理剂带入饮用水中的有害物质在《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)[7]中未做规定，可参考国内外相关标准判定，其容许限值为该容许浓度的10%。

带入饮用水中的有害物质没有可供参考的相关标准时，应按毒理学安全性评价程序进行试验以确定物质在饮用水中的最高容许浓度。该有害物质增加量不应超过最高容许浓度值的10%。

6 结语

随着城市化进程的加快和人们安全环保意识的提高，无论是从生产安全、水质提升方面，还是社会效益考虑，次氯酸钠替代液氯消毒工艺将会越来越普及。通过此次工艺改造，在各个改造环节积累的经验对类似水厂的改造项目的设计和优化方面都具有借鉴和参考意义。