漆文光

(廣州市花都自來(lái)水有限公司，廣東廣州510800)

廣州是一個(gè)特大型城市，供水量逐年遞增。液氯作為消毒劑，其每天儲(chǔ)存與使用的量高達(dá)數(shù)十噸，若發(fā)生泄漏，易對(duì)環(huán)境造成污染，給所處地區(qū)的安全帶來(lái)了嚴(yán)峻壓力和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)。尋求液氯消毒替代品，從源頭上消除液氯所帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)非常必要。次氯酸鈉與液氯均為含氯消毒劑，消毒副產(chǎn)物類型基本一致，不存在液氯跑、泄、漏、毒等隱患，操作安全，使用方便，易于儲(chǔ)存，是液氯很好的替代品。次氯酸鈉雖然也具有揮發(fā)性，會(huì)從水中自然釋放、散逸出少量氯氣，但濃度較低，與氯氣相比，安全性高。

1 次氯酸鈉替代液氯消毒改造

A水廠和B水廠均為廣州市花都區(qū)的主力水廠，生產(chǎn)規(guī)模分別為12×104和20×104m3/d，生產(chǎn)工藝均為“生物預(yù)處理—網(wǎng)格反應(yīng)池—斜管/平流沉淀池—V型濾池”。為了消除水廠重大危險(xiǎn)源，創(chuàng)造安全穩(wěn)定的營(yíng)商環(huán)境，2個(gè)水廠積極實(shí)施了次氯酸鈉替代液氯消毒工藝改造。改造前，兩個(gè)水廠均采用傳統(tǒng)的液氯消毒工藝，液氯投加以濾后為主、反應(yīng)前為輔，投加量約為2～3 mg/L。

為保證水廠正常生產(chǎn)，對(duì)消毒系統(tǒng)的改造遵循“邊生產(chǎn)邊改造”的原則，在廠區(qū)空置氨庫(kù)內(nèi)建設(shè)次氯酸鈉投加設(shè)施，在確保安全生產(chǎn)的前提下，逐步置換原有的液氯消毒投加系統(tǒng)。采用塑料罐儲(chǔ)存次氯酸鈉，儲(chǔ)存罐高2.47 m，直徑為2.15 m，每個(gè)罐的儲(chǔ)存量約為9 t，占地面積約為5 m2。配備超聲波液位計(jì)，安裝耐腐蝕隔膜計(jì)量泵、控制器等設(shè)備，新鋪設(shè)PPR投加管道至前、后投加點(diǎn)，采用壓力投加方式，不消耗水量。

A水廠、B水廠均于2017年3月開(kāi)始推進(jìn)液氯消毒工藝改造，分別自2017年4月和5月開(kāi)始改用次氯酸鈉消毒，總投資約為82萬(wàn)元。

2 次氯酸鈉消毒系統(tǒng)的運(yùn)行效果

2.1 消毒效果分析與評(píng)價(jià)

采用次氯酸鈉消毒后，系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行2年多，出廠水水質(zhì)與液氯消毒時(shí)并無(wú)顯著變化。出廠水水質(zhì)穩(wěn)定，106項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)全部達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)要求。

2.1.1 改造前后的消毒效果

根據(jù)A、B水廠2017年5—9月與改造前2016年同期的相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)，出廠水中均未檢出總大腸菌群和耐熱大腸菌群。改造后，A水廠出廠水游離氯為0.37～1.55 mg/L，平均值為0.85 mg/L；B水廠出廠水游離氯為0.31～1.41 mg/L，平均值為0.91 mg/L。改造前后，A水廠出廠水總氯平均值分別為0.96和1.04 mg/L，菌落總數(shù)平均值均為3 CFU/mL；B水廠出廠水總氯平均值分別為1.05和1.08 mg/L，菌落總數(shù)平均值分別為2和1 CFU/mL。2個(gè)水廠改造前后的余氯和菌落總數(shù)基本控制在同一水平，如圖1和圖2所示。

在使用次氯酸鈉的初期，由于次氯酸鈉投加與控制經(jīng)驗(yàn)不足，當(dāng)月出廠水總氯和游離氯含量略有下降，菌落總數(shù)略有上升，但仍較低且處于安全水平。經(jīng)過(guò)1個(gè)月的運(yùn)行，出廠水總氯和菌落總數(shù)已能保持在較為穩(wěn)定的范圍。因此，A、B水廠改用次氯酸鈉消毒后，在保持總氯同等水平的條件下，消毒效果與液氯相當(dāng)，出廠水微生物指標(biāo)均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，微生物安全性得到保障。

圖1 A水廠改造前后的出廠水總氯和菌落總數(shù)Fig.1 Total chlorine and colony number of treated water of waterworks A before and after renovation

圖2 B水廠改造前后的出廠水總氯和菌落總數(shù)Fig.2 Total chlorine and colony number of treated water of waterworks B before and after renovation

2.1.2 改造后的管網(wǎng)水質(zhì)

A、 B水廠采用次氯酸鈉消毒并穩(wěn)定運(yùn)行后，于2017年6月委托第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，2個(gè)水廠采用次氯酸鈉的消毒效果顯著，對(duì)確保管網(wǎng)水質(zhì)并無(wú)影響，可滿足消毒要求。出廠水、管網(wǎng)水和末梢水中均未檢出總大腸菌群、耐熱大腸菌群、大腸埃希氏菌。游離氯和總氯均可達(dá)標(biāo)，菌落總數(shù)偶有檢出，見(jiàn)表1。

表1 次氯酸鈉的消毒效果Tab.1 Disinfection effect of sodium hypochlorite

2.2 消毒副產(chǎn)物分析與評(píng)價(jià)

2.2.1 出廠水消毒副產(chǎn)物的變化

根據(jù)每月對(duì)出廠水消毒副產(chǎn)物的檢測(cè)結(jié)果，A水廠和B水廠2017年5—9月(改造后)與2016年同期(改造前)消毒副產(chǎn)物生成情況見(jiàn)表2。

表2 改造前后消毒副產(chǎn)物生成情況Tab.2 Generation of disinfection by-products before and after renovation mg·L-1

由表2可知，2座水廠改造前后出廠水四氯化碳、三氯甲烷均滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求(四氯化碳≤0.002mg/L、三氯甲烷≤0.06mg/L)。與改造前相比，改造后出廠水的三氯甲烷平均值略有增加，但仍處于較安全水平，消毒副產(chǎn)物并無(wú)顯著上升趨勢(shì)。

2.2.2 管網(wǎng)水消毒副產(chǎn)物的變化

綜合2017年6月第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)出廠水、管網(wǎng)水、末梢水和用戶終端水的消毒副產(chǎn)物的全面檢測(cè)結(jié)果可知，采用次氯酸鈉消毒后，各種消毒副產(chǎn)物均可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，多數(shù)指標(biāo)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值，如表3所示。其中，三氯甲烷、三氯乙醛的生成水平與投加液氯時(shí)相當(dāng)，基本保持在標(biāo)準(zhǔn)限值的50%以下，但三氯乙醛偶爾接近限值的70%，應(yīng)當(dāng)予以關(guān)注。

表3 改造后出廠水、管網(wǎng)水與龍頭水的消毒副產(chǎn)物Tab.3 Disinfection by-products of treated water, pipe network water and tap water after renovation mg·L-1

三氯乙醛會(huì)隨投氯量、停留時(shí)間和水溫而變化[1]，投加量越大生成量越多，反應(yīng)停留時(shí)間約為24 h時(shí)的三氯乙醛濃度達(dá)到峰值，在繼續(xù)延長(zhǎng)停留時(shí)間后會(huì)略有下降。水溫升高對(duì)三氯乙醛的生成也有促進(jìn)作用，故三氯乙醛夏季含量高，冬季含量低。應(yīng)避免次氯酸鈉的過(guò)量投加，確保出廠水余氯處于較低水平，以利于三氯乙醛的有效控制。根據(jù)2018—2019年的水質(zhì)分析結(jié)果，三氯乙醛基本保持在0.001 mg/L左右的較低水平。

可見(jiàn)，采用次氯酸鈉消毒產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物與使用液氯時(shí)并無(wú)顯著差異，從出廠水到用戶終端均可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。但仍應(yīng)關(guān)注氯化消毒副產(chǎn)物的變化，控制好次氯酸鈉投加量，盡量減少反應(yīng)池前投加量，及時(shí)排放管網(wǎng)末梢水，多方面防范水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

3 次氯酸鈉原品帶入化學(xué)物風(fēng)險(xiǎn)分析

3.1 氯化物和鈉離子的影響

根據(jù)次氯酸鈉的制備工藝和容易發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，次氯酸鈉原品中除NaClO外，還會(huì)帶入NaCl、NaClO3、NaOH等化學(xué)物質(zhì)。因次氯酸鈉原品帶入氯化物和鈉的含量很小，與上年同期使用液氯時(shí)相比，改用次氯酸鈉消毒后出廠水氯化物含量、鈉含量變化不大，見(jiàn)表4。氯化物含量基本在20 mg/L以下，鈉含量始終在30 mg/L以下，均遠(yuǎn)小于Na≤200 mg/L、NaCl≤250 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

表4 出廠水鈉和氯化物含量Tab.4 Content of sodium and chloride in treated water mg·L-1

3.2 氯酸鹽的影響

根據(jù)第三方機(jī)構(gòu)的水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，從A、B水廠的出廠水到用戶終端，NaClO3含量均未超過(guò)0.07 mg/L，遠(yuǎn)小于0.7 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)限值。隨著水溫的升高和儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)，次氯酸鈉會(huì)逐漸分解，氯酸鹽升高[2]。在水溫達(dá)到35～50 ℃且儲(chǔ)存7 d后，氯酸鹽含量才會(huì)接近限值水平。管網(wǎng)水溫度通常在10～20 ℃且管網(wǎng)水每天更新，因此，管網(wǎng)水中的氯酸鹽均處于較低水平，次氯酸鈉原品帶入的氯酸鹽未對(duì)水質(zhì)造成影響。

3.3 游離堿(NaOH)的影響

根據(jù)次氯酸鈉制備工藝可知，次氯酸鈉原品中會(huì)殘留少量NaOH，導(dǎo)致出廠水pH值升高。根據(jù)對(duì)次氯酸鈉供貨產(chǎn)品的連續(xù)檢測(cè)結(jié)果，游離堿含量一般為0.3%～0.6%，控制在國(guó)標(biāo)0.1%～1%范圍內(nèi)。

2個(gè)水廠的原水pH值通常為6.6～6.9，采用次氯酸鈉消毒的出廠水pH值基本穩(wěn)定在7.1～7.2，與使用液氯消毒時(shí)處于同一水平。次氯酸鈉消毒不會(huì)引起pH值過(guò)高的現(xiàn)象，帶入的少量游離堿還有利于節(jié)省石灰或燒堿的投加量。

4 次氯酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量與供貨保障

4.1 產(chǎn)品質(zhì)量

每批次次氯酸鈉送到水廠后，卸貨前水廠均進(jìn)行抽樣檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果顯示，次氯酸鈉原品中鐵、重金屬和砷均小于檢測(cè)限，有效氯含量基本能達(dá)到10%的要求。

由于次氯酸鈉穩(wěn)定性不強(qiáng)，隨著時(shí)間推移、氣溫變化、運(yùn)輸與儲(chǔ)存條件改變等，有效氯會(huì)出現(xiàn)不同程度的衰減。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，次氯酸鈉的有效氯含量每天自然衰減約為0.1%～0.2%，滿足《次氯酸鈉》(GB 19106—2013)關(guān)于儲(chǔ)存衰減的規(guī)定。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知，從入庫(kù)、儲(chǔ)存、管道輸送到投加點(diǎn)的過(guò)程中，亦會(huì)出現(xiàn)類似情況。只要衰減幅度不大，并不影響正常投加使用，也不會(huì)對(duì)水質(zhì)造成影響。

因此，次氯酸鈉供貨產(chǎn)品質(zhì)量總體上比較穩(wěn)定，不存在重金屬等有害物質(zhì)超標(biāo)問(wèn)題。對(duì)于有效氯衰減問(wèn)題，可通過(guò)縮短供貨周期并加強(qiáng)儲(chǔ)存環(huán)境遮光與溫度控制等措施來(lái)降低。

4.2 供貨保障

通過(guò)調(diào)研可知，在廣東省范圍內(nèi)有多家次氯酸鈉生產(chǎn)廠家，年生產(chǎn)能力均達(dá)到數(shù)十萬(wàn)噸，且運(yùn)輸距離在1～2 h內(nèi)，可有效保障水廠的生產(chǎn)需要。

5 運(yùn)行管理與安全風(fēng)險(xiǎn)分析

5.1 運(yùn)行管理

液氯卸貨及儲(chǔ)存條件較高，需要起吊設(shè)備，操作人員必須取得特種設(shè)備操作資格證，且操作程序嚴(yán)格，流程較復(fù)雜。改為次氯酸鈉后，設(shè)備和操作比較簡(jiǎn)單，維護(hù)管理相對(duì)較容易。次氯酸鈉卸貨時(shí)，直接通過(guò)管道和泵轉(zhuǎn)入儲(chǔ)罐即可，對(duì)操作人員沒(méi)有特殊資格要求。次氯酸鈉仍采用自動(dòng)化投加，無(wú)需增加操作人員。主要設(shè)備為計(jì)量泵，比采用液氯時(shí)的投氯機(jī)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，維修與操作較容易，維護(hù)與更換成本較低，工作及時(shí)性更強(qiáng)。

5.2 安全風(fēng)險(xiǎn)分析

濃度大于5%的次氯酸鈉屬于一般危化品，常溫常壓儲(chǔ)存，性能較穩(wěn)定，安全性高于液氯，可以在一般環(huán)境工作條件下投加。雖然次氯酸鈉也具有一定的揮發(fā)性，當(dāng)溫度略高時(shí)，會(huì)從水中自然釋放，散逸出極微量的氯氣味道，但濃度很低，泄漏后的擴(kuò)散范圍很小，不易構(gòu)成安全威脅。需要注意的是，次氯酸鈉也屬于危化品，具有較強(qiáng)的腐蝕性，在運(yùn)輸、保存和使用過(guò)程中必須做好相應(yīng)的防護(hù)措施。

6 運(yùn)行成本分析

改為次氯酸鈉消毒會(huì)影響水的pH值，并使投加設(shè)備發(fā)生變化，運(yùn)行成本的分析綜合考慮了液氯、次氯酸鈉、石灰、燒堿、投加耗水量和用電量。由于次氯酸鈉濃度只有10%，投加量遠(yuǎn)高于液氯，但石灰和燒堿的投加量有所降低，可節(jié)省部分自用水量和用電量。根據(jù)2個(gè)水廠改造前后綜合投加量的變化，估算運(yùn)行成本的變化如表5所示。表中成本均以2017年原材料單價(jià)計(jì)算，電費(fèi)以0.7元/kW·h計(jì)，用水成本按水資源費(fèi)和自來(lái)水單價(jià)合計(jì)。

表5 液氯與次氯酸鈉投加成本對(duì)比Tab.5 Comparison of cost between dosing liquid chlorine and sodium hypochlorite 元·m-3

單從液氯與次氯酸鈉原材料的成本分析，次氯酸鈉比液氯增加約0.016元/m3。但綜合其他成本的變化情況，次氯酸鈉的消毒成本只是略有增加，僅為0.001元/m3左右。因此，采用次氯酸鈉替代液氯消毒的運(yùn)行成本并未顯著增加。

7 結(jié)語(yǔ)

① 采用次氯酸鈉替代液氯消毒工藝改造實(shí)施后，在消毒效果、消毒副產(chǎn)物控制、安全管理、運(yùn)行成本等方面均取得了良好的效果，出廠水106項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

② 2年多來(lái)的運(yùn)行結(jié)果表明，改造前后的消毒效果相當(dāng)，無(wú)顯著性差異。出廠水余氯可穩(wěn)定保持在原有水平，基本在0.8～1.2 mg/L之間，出廠水、管網(wǎng)水和末梢水的余氯、微生物指標(biāo)均可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，菌落總數(shù)平均保持在5 CFU/mL以下，總大腸菌群、耐熱大腸菌群、大腸埃希氏菌均未檢出，微生物安全性可以得到保障。三氯甲烷、三氯乙醛的含量基本控制在標(biāo)準(zhǔn)限值的50%以下，各種消毒副產(chǎn)物均可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。次氯酸鈉原品帶入的NaCl、NaClO3、NaOH含量均較低，對(duì)供水水質(zhì)影響甚微。

③ 次氯酸鈉(濃度﹥5%)屬于一般?；?，常溫常壓儲(chǔ)存，性能較穩(wěn)定，安全性比液氯高；裝卸、投加設(shè)備及流程簡(jiǎn)單，設(shè)備造價(jià)和維護(hù)管理成本較低，并且從根本上消除了液氯這一重大危險(xiǎn)源。次氯酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量較好，不存在重金屬等有害物質(zhì)超標(biāo)問(wèn)題，且貨源充足，便于運(yùn)輸，可有效保障供貨的安全性。有效氯隨儲(chǔ)存時(shí)間及溫度變化的自然衰減對(duì)水質(zhì)無(wú)影響，可通過(guò)加強(qiáng)遮光和溫控措施、先檢后用以及縮短送貨周期等措施，保障供貨質(zhì)量和投加控制的安全穩(wěn)定。

④ 從原材料消耗來(lái)看，液氯、次氯酸鈉的原材料成本平均分別為0.009和0.025元/m3。改為次氯酸鈉消毒后，原材料成本增加約0.016元/m3，但節(jié)約了自用水量和電耗，降低了石灰和燒堿的投加量，噸水總運(yùn)行成本僅提高約0.001元/m3。