次氯酸钠替代液氯消毒在自来水厂的应用与安全性分析研究

＊马耀杰

（中铁水务集团有限公司 陕西 710000）

消毒是确保饮用水安全的关键步骤。国内最为常用的一种自来水消毒方式便是自来水加氯，这是因为此技术成本低廉，使用起来操作便利，而且能够取得理想的消毒效果，同时，加氯消毒法持续时间比较长，因此，很多自来水厂都把加氯消毒法作为首选消毒方案。

目前，我国自来水氯消毒工艺中主要使用的消毒剂类型有液氯、二氧化氯及次氯酸钠。在传统的饮用水消毒工艺中，液氯是较为常用的一种消毒剂，包含多方面的优点，如消毒效果优秀、经济效益高、使用起来较为便利，因此在各地广泛应用。然而，液氯的使用也存在一些安全隐患。其具有剧烈的刺激作用，会对操作人员造成伤害，还具有腐蚀性，也对设备和管道造成损坏。液氯属于第二类危险化学品，具有剧毒性，需要特殊的储存和处理措施，以防止事故发生。另外，液氯的溶解度较低，因此在消毒过程中需要过量投加。这样一来，当液氯与水中的有机物反应时，会生成致癌的三卤代物，给人体健康带来潜在风险。二氧化氯本身有着较强的氧化性能，消毒期间形成的有机卤化物比较少，而且消毒效果稳定可靠，余氯较为持久，所以也成为众多自来水厂的消毒选择。不过此种消毒剂有明显的安全风险，二氧化氯易爆，在对其进行生产制备时，需要使用氯酸钠与盐酸，这两种材料都有较强的氧化性与腐蚀性，使用二氧化氯作为自来水消毒剂，不论是生产、运输还是储存方面都有较高的安全风险，导致生产管理难度较大。次氯酸钠具有与液氯、二氧化氯相当的消毒效果，但其制取时所需用到的材料只有食盐，采购、储运都比较安全便利，而且腐蚀性较弱，在其制取现场，有效氯含量仅为0.8%左右，原材料浓度较低不会对操作人员带来安全威胁，也不容易发生分解，用于消毒之后，自来水中残余的副产物较少。由于次氯酸钠的安全性较高，用其进行水处理已经成为当前的重要发展趋势，且渐渐替代了液氯的位置。

银川市某自来水厂过去采用的是液氯消毒工艺，每日储存和使用量较大，如果出现泄露问题，不仅会对当地环境带来污染，也会让水厂面临严重的经济、市场声誉的损失，因此，需要承受严峻的管理压力与经营风险。寻找液氯消毒的替代产品，从根源上解决液氯使用造成的安全风险极为必要。考虑到次氯酸钠消毒效果较佳，而且使用安全性更高，该水厂进行了次氯酸钠消毒工艺的改造。

1.液氯与次氯酸钠的化学特性对比

液态氯是一种呈黄绿色的液体，具有极强的刺激性和腐蚀性。氯元素表现出极高的活性，可与绝大多数元素或化合物发生化学反应。氯气易在水中散失，难以达到所需的存留标准。虽然液态氯本身并不会燃烧，但它具有助燃性，能够促进易燃物质在其周围的燃烧。此外，大多数易燃物质能够在氯气中燃烧，易燃气体或蒸汽也能与氯气形成具有爆炸性的混合物。氯气的扩散会对环境构成毒害作用，因其高活性，游离氯易于形成潜在的致癌物质。氯气具有刺激性，会对眼睛和呼吸系统粘膜产生刺激作用。直接接触氯气可能引发神经兴奋，甚至导致反射性心跳骤停[1]。氯气泄露是一种潜在的危险，可能导致急性中毒。中毒程度分为轻、中和重三个级别，其影响从粘膜刺激开始，引起眼红、流泪和咳嗽等症状。在中度中毒情况下，病人可能出现支气管（肺）炎的症状，伴随着胸闷、头痛、恶心及严重的干咳、呼吸加快和脉搏加速等。而在重度中毒情况下，病人可能发生肺水肿，严重时甚至会昏迷、休克[2]。此外，氯气泄露还可能引起喉头痉挛与水肿，导致窒息。更严重的情况下，氯气泄露还可能引发反射性呼吸抑制，使呼吸停止导致死亡。此外，长时间接触低浓度氯气也可能造成慢性中毒[3]。

与氯气泄露相比，次氯酸钠是一种强力灭菌和消灭病毒药剂，具有明显的优势，其被广泛认可为高效且安全的消毒剂，并且与水有较好的亲和性，可以在任意比例下与水混溶。相比于其他药剂，次氯酸钠安全性更强。此外，次氯酸钠投加准确、操作便利，且易于存放。最重要的是，次氯酸钠的消毒效果被公认与氯气相当。次氯酸钠在使用过程中对环境无毒害，而且不存在跑气泄漏等安全隐患，这进一步增加了其应用的便利性和可靠性[4]。

2.安全可行性分析研究

(1)研究背景

银川市某自来水厂是一家以黄河水为水源的水厂，为当地居民每天提供50万立方米的供水量。为了确保水质的安全和卫生，该水厂采用了一系列处理工艺，包括混凝、沉淀、过滤和消毒，并引入了臭氧和紫外线消毒深度处理工艺。在过去，该水厂采用了电解盐消毒工艺来进行水处理。这种工艺通过电解设备将氯化钠分解成氢气和氯气，并将其投加到水体中，以达到消毒的目的。然而，在不断追求更高安全性的背景下，该水厂进行了改造，将消毒工艺转变为次氯酸钠消毒。在变更后的工艺中，自来水厂使用质量分数为10%的次氯酸钠作为消毒剂，直接将其投放至水体内[5]。为了确保消毒效果，投加点包括了前投加、主投加和补投加，以适应不同阶段对水质的处理需求。此次改造不仅有效保证了水质的安全性，还带来了一系列显著的好处。首先，撤销了原先必要的漏氯吸收系统与抢险班组、碱液池等，显著降低了维护工作量。其次，通过采用次氯酸钠消毒工艺，消除了氯气和氢气泄漏的隐患，提高了处理过程的安全性。

(2)分析方法介绍

①根据《GB 19106—2013次氯酸钠》中的相关要求进行有效氯的检测。

②对于消毒处理后水体中残余氯、氨氮、亚硝酸盐氮及需要消耗的氧量、水体中的菌落数量，依照《GB/T 5750—2006生活饮用水标准检验方法》中的有关要求予以检测。

③实验过程中的酸碱值应用雷磁PHB-4便携式pH计进行检测。

(3)结果与讨论分析

①次氯酸钠衰减性分析

于2023年的2月、7月对此水厂用于消毒的次氯酸钠加以取样，并检测有效氯，根据检测结果绘制出相应的衰减曲线见图1。

图1 有效氯衰减曲线

分析图1可以了解到，次氯酸钠有效氯在高温环境下衰减速度更快。由于有效氯比例直接决定了水厂中消毒剂的投加量，在为期一周的衰减期中，高温与低温条件下的最高衰减率分别达到7.9%与2.7%，相较于厂商配送的质量分数为10%的次氯酸钠，衰减程度不太明显，尚具有可控性，此水厂选择每周购置1～2次氯酸钠，可以充分控制有效氯含量降低而对自来水生产质量带来的影响。

②次氯酸钠投加实验分析

表1 次氯酸钠投加实验

用烧杯实验模拟自来水生产流程中添加次氯酸钠的操作，经过取砂、炭滤以后，对水混合水样模拟投加位置的水样，按照不同梯度依次投入次氯酸钠，且在每次投加以后都对水样匀速搅拌半分钟，再进行余氯和酸碱值的测定，测量结果，见表1。

表2 出厂水水质对比

表3 药耗电耗对比

分析表1中数据可以了解到，伴随次氯酸钠添加量的增多，实验水样中的余氯、酸碱值都会同步提高，其中，余氯量在0.73～1.19mg/L，酸碱值增量则在0.59～1.6之间。由此可见，次氯酸钠的使用可以对水体中的余氯含量进行调节，同时由于次氯酸钠在水解期间形成了氢氧根离子，不仅可以起到消毒的作用，还能实现对水体酸碱值的适当调节。

尽管使用次氯酸钠作为消毒剂可以在一定程度上调节水体的酸碱值，然而，因为此水厂进水酸碱值偏低，处于6.91～7.05之间，同时，砂滤池、炭滤池出水酸碱值也比较低。经测量得知水厂2023年砂滤后水的酸碱均值在7.4～7.9之间，炭滤后水酸碱均值是7.8，由此可见次氯酸钠在调节水体酸碱值方面作用突出，满足此水厂出水酸碱值7～8.5的要求，还能有效缓解供水管道的腐蚀问题。

③运行情况分析

A.出厂水质量分析

基于水厂化验室每日化验结果，分析改用次氯酸钠进行自来水消毒前后的出厂水水质指标（具体见表2）可知，两种消毒工艺对于水质的影响区别不大，各水质指标都符合《GB 5749—2006生活饮用水卫生标准》要求。而且，采用次氯酸钠消毒后，水中氯味降低，口感更佳。

B.药耗电耗分析

基于水厂生产数据，分析其消毒工艺改造前后的药耗与电耗（具体见表3）。根据表3信息可知，为了满足水厂的内部控制要求，将出水余氯与酸碱值分别控制在0.4～0.6mg/L与7.5～8，次氯酸钠消毒剂用量相较于液氯而言更低，而且两种消毒工艺下的电耗总量较为接近。

3.结束语

次氯酸钠消毒工艺相较于液氯消毒而言效果接近，而且前者可减少消毒副产物的产生，获得更佳的水质。次氯酸钠挥发性低、腐蚀性弱，不论是采购还是转运、存储都比较便利，用其对饮用水消毒，可使水厂消毒系统安全水平得到提升，获得更大的社会效益。因此，需要更换安全性高、易操作的次氯酸钠溶液投加系统作为新的消毒方式。