南方某五间水厂消毒系统改造总结

胡小芳 刘清华 张晓娜 巢 猛

（东莞市东江水务有限公司，广东东莞 523000）

1.前言

南方某市五间自来水厂自成立以来一直采用氯气消毒的方式，在重大危险源备案、反恐资料报送、应对安监局与公安局例行检查、漏氯抢险演习、应急设备与漏氯吸收装置维护、更换液氯钢瓶以及氯库相关操作与维护等方面耗费了大量人力和物力。各水厂储存液氯钢瓶的氯库均为重大危险源，随着城市化进程的推进，各水厂加氯间与居民区之间的距离也在逐步缩小，安全风险逐步提升，氯气泄漏事故一旦发生，扩散的氯气可能对周边居民及环境造成较大危害，导致的负面社会影响难以估量。

各水厂均采用D 江水作为原水，原水pH均值约6.8，总硬度均值约40mg/L，属于弱酸性、低硬度水体。经过水厂的混凝沉淀和砂滤工艺后水体pH 值进一步降低。由于氯气在水中溶解生成了次氯酸和盐酸，氯气消毒后水体pH 值还会再次有所降低（当水体有氨氮、投氯量处于折点加氯曲线的峰点之后时，投加氯气后水体pH 降低幅度增大）。为了提高出厂水pH、增强管网水化学稳定性，各水厂均在消毒工艺后增设了投碱工艺，耗碱成本较高。据统计，将出厂水pH 升至7.0～7.2，各水厂平均投碱量约5mg/L（以纯氢氧化钠计），投碱平均成本约0.03 元/吨水。

而次氯酸钠消毒的成本虽然比液氯高，但次氯酸钠溶液本身就是强碱性溶液，因此，投加次氯酸钠可明显降低各水厂投碱量。次氯酸钠可与水以任意比例互溶，不存在跑气泄漏的风险，其投加设备比液氯简单，安全性明显高于液氯投加，可有效降低水厂安全风险，并可省去液氯投加的换氯瓶、维护加氯机、漏氯抢险演习等大量人力物力。基于此，各水厂近年来陆续将原有的液氯投加系统改造成为次氯酸钠投加系统，并取得了较好的运行效果。本文拟对消毒系统改造方案、运行效果、运行过程中存在的问题和解决方法进行总结，为全国其它水厂消毒系统改造提供技术参考。

2.次氯酸钠投加系统改造方案

2.1 药剂供应方式

次氯酸钠供应可采用现场制备或购买成品药剂的方式。

现场制备方式是采用次氯酸钠发生器电解生成次氯酸钠，投入成本较高、运行管理要求高。购买成品则投加和运行方式相对简单、维护成本低，但次氯酸钠不宜远途购买，若水厂所在区域就近货源充足、并有多家供货厂家能确保不断供，才能满足次氯酸钠投加的需要。经调研，水厂周边地区成品次氯酸钠溶液生产厂家产量、运输等情况见表1。

表1 周边地区成品次氯酸钠溶液生产厂家情况

由于水厂周边有多个厂家供应自来水厂水处理剂级别的成品次氯酸钠，且货源充足，可保障各水厂的次氯酸钠用量要求，故选择购买成品次氯酸钠的供应方式。

2.2 药剂储存方式

次氯酸钠溶液稳定性较差，存储要求较高，若暴露在高温、日照环境下，其有效氯含量会迅速衰减。故次氯酸钠储存容器应尽可能密封以减少有效氯的衰减，同时宜放置在室内低温、避光环境下。水厂的次氯酸钠储存方式可采用10%原液储存或者10%原液按一定比例稀释后储存的方式。

小试试验结果表明，将有效氯10%的次氯酸钠溶液在室温条件下（约30℃）避光储存，10d内次氯酸钠有效氯的衰减率约0.3%～1.1%，对次氯酸钠投加系统的影响较小；又考虑到各水厂消毒系统的占地限制，故采用次氯酸钠10%原液储存的方式，用耐强碱腐蚀的黑色PE 立罐密封避光储存，各水厂储药罐总容积均可满足7～9 天次氯酸钠用量。

2.3 投加系统

与液氯投加系统相比，次氯酸钠投加系统相对简单，其主要流程为：

加药间的储药罐设有通往室外的进药管，槽车通过此管道直接向储药罐灌药，储药罐出药管与次氯酸钠加药间连接。储药罐上还设置了溢流管、排空管等。

投加设备由计量泵、变频器、流量计和电动控制阀等组成。在投加工艺管线中设置Y 型过滤器、脉动阻尼器、安全阀、排气阀以及背压阀等设备，保障整个投加系统运行安全流畅。

次氯酸钠投加系统立面图见图1。

图1 次氯酸钠投加系统立面图

2.4 投加点

各水厂液氯投加系统自投产以来只设置了前加氯、主加氯投加点，主加氯采用单点投加方式。在此次消毒系统改造中，各水厂均在清水池后增设了补加氯投加点，主加氯采用两点投加方式，可更好地保障出厂水余氯的稳定性。

3.次氯酸钠投加系统运行效果

3.1 改造及运行时间

五间水厂次氯酸钠投加系统正式投入运行的时间见表2。截至2020 年5 月，各水厂次氯酸钠投加系统运行时间约2 年至4.5 年；各水厂有设计供水规模18 万m3/d 天的小型水厂，有设计供水规模50～75 万m3/d 的中型水厂，也有设计供水规模110 万m3/d 的大型水厂，但其次氯酸钠投加系统均保持了长期稳定的运行效果，表明次氯酸钠投加系统在大、中、小型水厂均有良好的适应性。

表2 各水厂次氯酸钠投加系统投入运行时间

3.2 改造后的消毒效果及水质情况

各水厂将液氯投加系统改造成为次氯酸钠投加系统以来，消毒效果和水质情况长期保持着稳定良好的状态。本文统计了2018 年7 月至2020 年4 月（共22 个月）的水质监测数据，结果如下。

3.2.1 出厂水和管网水余氯

3.2.2 出厂水和管网水微生物指标

表4 2018 年7 月至2020 年4 月出厂水和管网水微生物指标

3.2.3 出厂水和管网水消毒副产物指标

由表3～表5 可知，各水厂将液氯投加系统改造成为次氯酸钠投加系统后，从2018年7 月至2020 年4 月的22 个月内，出厂水和管网水余氯范围分别为0.60～1.30mg/L 和0.10～1.10mg/L，出厂水和管网水的余氯、微生物指标、消毒副产物指标均符合国家《生活饮用水卫生标准》要求，表明次氯酸钠投加系统保持了长期稳定的消毒效果，可保障相关供水水质指标稳定达标。

表3 2018 年7 月至2020 年4 月出厂水和管网水余氯

表5 2018 年7 月至2020 年4 月出厂水和管网水消毒副产物指标

4.消毒系统改造前后的药剂用量和运行成本核算

各水厂消毒系统改造前和改造后两年内投氯和投碱的药剂用量和成本（C 水厂的数据为改造前后22 个月内）见表6，其中药耗成本以液氯单价3500 元/吨、次氯酸钠单价800 元/吨、氢氧化钠单价1860 元/吨（质量浓度为32%）计。

由表6 可知，将液氯投加系统改造成为次氯酸钠投加系统后，各水厂氢氧化钠耗量明显下降，其单位耗量由3.50～5.94mg/L（均值为4.88mg/L）降至1.01～1.79mg/L（均值为1.27mg/L）；各水厂投氯投碱药耗成本明显下降，五个水厂节省的药耗成本总和为714.42 万元/年。

按表6 中的药剂单位耗量数据和有效氯投加量约2.0mg/L 计，次氯酸钠投加系统改造前后的单位水量药耗成本见表7。由表7 可知，改造前后的投氯投碱总药耗成本分别为0.0354元/吨水、0.0234 元/吨水，将液氯投加系统改造为次氯酸钠投加系统后，节省的药耗成本约0.012 元/吨水。

表6 各水厂消毒系统改造前后两年内的投氯和投碱药剂用量和成本

表7 次氯酸钠投加系统改造前后的单位水量药耗成本

5.次氯酸钠投加系统运行中应注意的问题

5.1 储药设备的微渗漏问题

由于次氯酸钠具有强腐蚀性，次氯酸钠储药设备在长期运行过程中存在微渗漏甚至明显渗漏问题。某些水厂部分次氯酸钠储药罐的出液口、阀门、焊接法兰处等部位随着运行时间的延长出现了微渗漏现象，甚至有个别储药罐出现了明显渗漏现象。故应定期检查次氯酸钠储药设备是否运行正常，对导致微渗漏的设备或配件进行及时维修或更换老化配件，防止和减少储药设备微渗漏现象。次氯酸钠储药间四周宜设置一定高度的防泄漏墙防止药液外流，储药间与加药间应严格分开以防止储药设备发生泄漏时损坏次氯酸钠投加设备；次氯酸钠储药间宜设置集水沟和集水坑收集渗漏及放空溢流的液体，收集液可经充分稀释后排入室外雨水系统。

5.2 加药间的防腐等问题

次氯酸钠加药间的防腐要求较高，可在加药间地面、内墙（柱、梁）一定高度（储药罐容积高度）及以下采用乙烯基树脂涂料、储药罐容积高度以上采用乳胶漆的方式进行防腐处理。

随着系统运行时间的延长，次氯酸钠溶液可能会腐蚀投加管道上的Y 型过滤器、双活接球阀、计量泵泵头单向阀的密封圈等，应定期检查投加泵、投加管道情况并及时更换腐蚀或老化的配件。

5.3 投加管道的排气问题

次氯酸钠在储存过程中易分解产生氧气等气体并积聚于投加管道中形成气囊，导致计量泵停用一段时间后再开启时（如切换备用泵时）无法正常投药。因此宜在次氯酸钠投加管道安装排气阀和流量计，用排气阀定期排除管道内的气体，用流量计监控投加泵流量是否正常，以便及时发现和处理异常情况。

5.4 原水pH 升高的问题

次氯酸钠溶液为强碱性溶液，投加次氯酸钠会使水体pH 升高。对于原水呈弱酸性、出厂前投碱提高出厂水pH 的水厂，投加次氯酸钠与投加液氯相比，可大大节省投碱量，具有明显的优势。但水厂原水pH 明显升高时（如原水藻类升高时，其pH 和DO 明显上升），投加次氯酸钠后水体pH 会进一步升高，故采用聚氯化铝等铝盐混凝剂的水厂应及时监测滤后水和出厂水铝含量，必要时及时调整生产工艺（如通过供水调度降低水厂制水量、延长水处理工艺停留时间，适度降低聚氯化铝投加量，投加高锰酸钾、粉末活性炭等预处理剂强化藻类去除效果和混凝效果等），以避免出厂水铝超标的风险；若原水pH 过高（如原水pH 在8.5 甚至9.0 以上），必要时可换用硫酸铝作为混凝剂，以降低出厂水pH 值和铝含量。

6.结论

南方某五间自来水厂将液氯投加系统改造成为次氯酸钠投加系统后，保持着长期稳定的运行效果，出厂水和管网水余氯、微生物、消毒副产物等水质指标稳定达标。

各水厂将液氯投加系统改造成为次氯酸钠投加系统后，氢氧化钠单位耗量均值由4.88mg/L 降至1.27mg/L，节省的投氯投碱药耗成本总和为714.42 万元/年，单位水量药耗成本降低了约0.012 元/吨水，除此之外还可省去液氯投加的换氯瓶、维护加氯机、漏氯抢险演习等大量人力物力，具有良好的经济效益。

次氯酸钠投加系统不存在跑气泄漏的风险，可有效降低水厂及其周边区域的安全风险，具有良好的社会效益。

次氯酸钠投加系统在长期运行过程中，应注意储药设备的微渗漏、加药间的防腐、投加管道的排气、原水pH 升高等问题。