王琦

（山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院工程設(shè)計(jì)中心 山西省太原市 030000）

0 前言

目前，國內(nèi)大部分自來水廠采用液氯進(jìn)行消毒，液氯作為傳統(tǒng)消毒劑具有消毒效果好、運(yùn)行成本低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。但液氯有劇烈刺激作用、腐蝕性和劇毒，屬于第二類危險(xiǎn)化學(xué)品，在運(yùn)輸和使用過程中存在諸多安全隱患。次氯酸鈉（下文簡稱“次鈉”）與液氯消毒效果相當(dāng)，但在運(yùn)輸及使用過程中較液氯更為安全。而10%“次鈉”溶液由于其持續(xù)消毒效果好、投加設(shè)備簡單，極大降低全過程風(fēng)險(xiǎn)，因此正逐步替代液氯消毒。我國某自來水廠自2019年開始升級(jí)改造“次鈉”投加替代液氯消毒。本文結(jié)合應(yīng)用實(shí)踐、“次鈉”工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、施工安裝調(diào)試的應(yīng)用與大家進(jìn)行探討和交流。

1 “次鈉”溶液的物理及化學(xué)性質(zhì)

“次鈉”溶液為微黃色液體，是一種強(qiáng)堿弱酸鹽，有似氯氣的氣味，具有強(qiáng)腐蝕性、強(qiáng)氧化性、強(qiáng)刺激性等，屬于第八類危險(xiǎn)化學(xué)品，無爆炸風(fēng)險(xiǎn)，接觸本品需采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。“次鈉”溶液的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，在受光受熱條件下均易分解?！按吴c”在水解時(shí)產(chǎn)生的次氯酸也會(huì)發(fā)生分解，分解產(chǎn)生的鹽酸還會(huì)和次氯酸發(fā)生反應(yīng)，生成氯氣。氯氣會(huì)與液體混合在一起進(jìn)入消毒投加系統(tǒng)，當(dāng)氣體積聚到一定量后會(huì)導(dǎo)致氣阻，造成投加系統(tǒng)不穩(wěn)定以及出廠水質(zhì)參數(shù)受到影響。在15℃以下時(shí)，“次鈉”溶液相對比較穩(wěn)定，溫度稍高即發(fā)生分解。當(dāng)溫度升高到70℃以上時(shí)，“次鈉”溶液分解強(qiáng)烈，甚至可能發(fā)生爆炸。自來水廠使用成品“次鈉”溶液中的有效氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般大于等于10%，且游離堿、鐵、砷、重金屬等指標(biāo)均應(yīng)滿足技術(shù)要求。當(dāng)“次鈉”溶液有效率為10%時(shí)，可保存5-7d，保存時(shí)間越長，它的有效率越低。當(dāng)“次鈉”溶液有效率為3%～5%時(shí)，可保存10-15d，且其熱穩(wěn)定性也有所提高。

2 “次鈉”的投加設(shè)計(jì)

2.1 水廠工藝投加點(diǎn)改造

在我國某自來水廠中，原來的消毒投加點(diǎn)分別在：原水前加氯、濾后至清水池進(jìn)水管處加氯和清水池進(jìn)水口處加氯，兩個(gè)后加氯點(diǎn)互為備用，加氯是提高混凝沉淀效果充分殺菌、殺滅清水池細(xì)菌、保證管網(wǎng)水質(zhì)消除細(xì)菌和大腸桿菌等，本項(xiàng)目改造目的是使用“次鈉”投加替代原來的液氯投加，投加點(diǎn)還是保留老系統(tǒng)的投加點(diǎn)。儲(chǔ)液池采用土建密封，管路設(shè)計(jì)利用該地區(qū)的地勢高差，新建儲(chǔ)液池到清水池地上部分管路匯聚到老系統(tǒng)投加管路上，采用重力投加原理。

2.2 “次鈉”投加系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目“次鈉”投加系統(tǒng)由儲(chǔ)液池、調(diào)節(jié)閥，流量計(jì)，投加PLC系統(tǒng)和投加管路組成。

2.3 管路排氣設(shè)計(jì)

流量計(jì)進(jìn)口管路排氣采用連通立管排氣方式，該方式投入??；流量計(jì)出口管路采用“人”型管路安裝并加裝自動(dòng)排氣閥，保證流量計(jì)蠻管以外，次鈉原液中混雜的氣體會(huì)向上移動(dòng)會(huì)經(jīng)過排氣管路自動(dòng)排氣，減少氣體對流量計(jì)測量準(zhǔn)確度的影響，同時(shí)減少投加液體中氣體的含量。

2.4 管道的選擇

由于“次鈉”原液的流速相對較慢，還有管道中水解反應(yīng)生成的NaOH，由于NaOH密度較大，且有一定的粘稠度，流速較慢。因此很容易附著在管道表面，會(huì)在管道內(nèi)結(jié)晶或結(jié)垢，因?yàn)镹aOH在低溫下容易形成過飽和導(dǎo)致晶體析出，所以在低溫環(huán)境下容易導(dǎo)致管道堵塞。因此在管道設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)考慮大一號(hào)的管道口徑，這樣可以延緩結(jié)垢。同時(shí)項(xiàng)目在流量計(jì)后端增加水射器，這樣做有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①利用廠內(nèi)自用水，壓力保持0.5MPa，既可以稀釋原液濃度，也可以降低高溫下次鈉分解導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)，還可以降低管道因結(jié)晶堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。②提高液體在管道內(nèi)的流速，減少次鈉到達(dá)投加點(diǎn)時(shí)間，還可以將液體中混雜的氣體及時(shí)帶走，不停留在管道內(nèi)形成氣阻。設(shè)計(jì)沖洗管路，當(dāng)管道內(nèi)有結(jié)垢，可以通過廠內(nèi)自用水（壓力可調(diào)整）對管路進(jìn)行沖刷。

2.5 “次鈉”的投加控制

為實(shí)現(xiàn)加氯投加量的在線實(shí)時(shí)控制，達(dá)到消毒效果的最佳投加，目前主要采用PLC閉環(huán)控制，通過人機(jī)界面或上位機(jī)界面設(shè)定對應(yīng)參數(shù)，投即可自動(dòng)完成加氯。

2.6 分析運(yùn)行情況

2.6.1 分析出廠水質(zhì)量

據(jù)實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，結(jié)合每天化驗(yàn)自來水廠的結(jié)果，對自來水廠每月在改造次氯酸鈉消毒工藝的前后指標(biāo)均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)?？梢姡c液氨消毒相比，將次氯酸鈉消毒工藝應(yīng)用在自來水廠后，其水質(zhì)較為穩(wěn)定，同期增值差異不大。根據(jù)我國《GB 5749—2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，亞硝酸鹽氮、氨氮、菌落總數(shù)、耗氧量指標(biāo)均符合要求。采用次氯酸鈉消毒，就現(xiàn)階段運(yùn)行情況而言，自來水廠出水的口感更好，氯味更低。

2.6.2 分析藥耗電耗

據(jù)實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，結(jié)合自來水廠月報(bào)表數(shù)據(jù)，對應(yīng)用次氯酸鈉消毒工藝改造前后的設(shè)備電耗與藥耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。為了保證該自來水廠的內(nèi)控指標(biāo)更加的符合，需要控制自來水廠出水的pH值7.0～7.3，余氯0.70～0.90mg/L，其中與液氯投加量相比，次氯酸鈉的消毒劑要更大，但卻明顯減少了氫氧化鈉的投加量，與去年同期相比，明顯減少了53.1%，而在電耗方面與液氯消毒系統(tǒng)相比，次氯酸鈉與其相近。

2.6.3 制水成本分析

據(jù)實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，根據(jù)現(xiàn)階段自來水廠實(shí)際生產(chǎn)采購單價(jià)，32%氫氧化鈉約每噸1645元，10%次氯酸鈉約每噸795元，液氯約每噸3000元，與去年同期相比，對其六個(gè)月內(nèi)運(yùn)行的制水成本進(jìn)行分析，與液氯消毒相比，次氯酸鈉消毒劑的劇本要大，但在自來水廠使用次氯酸鈉后，能對后續(xù)氫氧化鈉的投加量進(jìn)行明顯減少，大大降低了氫氧化鈉的制水成本。因此，在藥耗方面，通過綜合性分析，與去年同期相比，整體制水成本下降了約為每立方米0.0075元。

3 結(jié)束語

綜上所述，次氯酸鈉具有便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸、采購及腐蝕性小、揮發(fā)性低的優(yōu)點(diǎn)，采用次氯酸鈉消毒，可以提高水廠消毒系統(tǒng)的安全性，基本消除了液氯消毒系統(tǒng)在消毒劑運(yùn)輸以及使用時(shí)對水廠本身及周邊環(huán)境造成的安全隱患，具有良好的社會(huì)效益。在次氯酸鈉投用之后，我們將繼續(xù)探索余氯控制與進(jìn)水量、出水量、清水池液位以及其他因素的關(guān)系，學(xué)習(xí)研究利用更先進(jìn)的控制方式：例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等，減小余氯的波動(dòng)范圍，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的投加量和更精準(zhǔn)的余氯控制值。