謝艷 盧利利

摘要：對(duì)現(xiàn)有水務(wù)行業(yè)的自來(lái)水廠的不同消毒方法及其對(duì)應(yīng)的投加系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，同時(shí)形成一種現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉投加系統(tǒng)的技術(shù)方案，通過(guò)在自來(lái)水的實(shí)際應(yīng)用情況分析進(jìn)行驗(yàn)證。

Abstract： This paper analyzes and researches the different disinfection methods and corresponding dosing systems of the existing waterworks， and at the same time forms a technical solution for the on-site preparation of sodium hypochlorite dosing system， which is carried out by analyzing the actual application of tap water verification.

關(guān)鍵詞：自來(lái)水;消毒;次氯酸鈉;投加系統(tǒng)

Key words： water;disinfection;sodium hypochlorite;dosing system

中圖分類(lèi)號(hào)：TU991.25 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）30-0203-02

0 ?引言

消毒處理在給水處理中是保證生活飲用水的安全重要且必不可少的工藝環(huán)節(jié)，能消除水中有害微生物對(duì)人的致病作用以防止傳播疾病。因?yàn)橄咎幚聿⒉荒軌驅(qū)⑺械乃形⑸锶繗?，所以消毒處理是在達(dá)到飲用水水質(zhì)微生物學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的條件之下，將飲用水所導(dǎo)致的水介傳染病的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，并達(dá)到可接受的水平。當(dāng)前最為常用的是采用液氯消毒。

雖液氯消毒是采用氯消毒中最經(jīng)濟(jì)的選擇也最為廣泛應(yīng)用，氯氣是一種強(qiáng)擴(kuò)散性和強(qiáng)刺激性的有毒氣體，在我國(guó)其泄漏的安全事故時(shí)有發(fā)生，其運(yùn)輸、管理和存管的安全性問(wèn)題不可忽視。例如2005年京滬高速路一輛載有幾十噸液氯罐車(chē)發(fā)生交通事故導(dǎo)致液氯大面積泄漏，造成多人死亡、百人中毒入院。當(dāng)前許多居民區(qū)離自來(lái)水廠越來(lái)越近，居民的生命財(cái)產(chǎn)安全受到威脅的可能性越來(lái)越大。此外，氣體同水體的溶解性相比溶液而言較低，氯瓶氣壓不斷變化導(dǎo)致其投加計(jì)量不精確;氯消毒結(jié)合有機(jī)物可能會(huì)產(chǎn)生對(duì)人健康有害的消毒副產(chǎn)物（三鹵甲烷等）。在國(guó)外美國(guó)、日本、德國(guó)等對(duì)其使用有嚴(yán)格的限制，主要將其應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域。隨著人們對(duì)水質(zhì)要求的不斷提高，對(duì)消毒方式有了更高要求：過(guò)程中盡可能減少副產(chǎn)物產(chǎn)生;符合最新頒布的安全及環(huán)保規(guī)程;系統(tǒng)具有更強(qiáng)的安全可靠性。綜上所述：取消液氯主張?jiān)絹?lái)越多，積極尋找更安全更優(yōu)越的消毒方法和消毒劑，已成為水務(wù)工作者的重要任務(wù)之一。

1 ?消毒方法分析

1.1 消毒技術(shù)比較與成本分析

自來(lái)水廠常用的消毒技術(shù)（氯氣、臭氧和紫外線、次氯酸鈉等）：就消毒效果而言，上述幾種方式除紫外線（會(huì)出現(xiàn)重復(fù)污染）一般外其余都很好;產(chǎn)生副產(chǎn)物的方式有液氯、臭氧;運(yùn)行管理存在安全風(fēng)險(xiǎn)的有二氧化氯、液氯、臭氧，其中二氧化氯、液氯方式的原材料又屬于化學(xué)危險(xiǎn)品;無(wú)持續(xù)消毒作用的只有紫外線。根據(jù)調(diào)研并進(jìn)行相關(guān)分析可知各消毒方式原材料運(yùn)行成本從低到高為液氯、現(xiàn)場(chǎng)制備1%次氯酸鈉溶液、10%次氯酸鈉成品、二氧化氯，其中現(xiàn)場(chǎng)制備1%次氯酸鈉溶液方式略小于液氯。

綜上分析：從消毒設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)看，需選擇一種更好的無(wú)毒無(wú)污染的方式。從消毒效果臭氧和次氯酸鈉都很好，臭氧滅菌快速性更好，但次氯酸鈉在水中具有更強(qiáng)穩(wěn)定性能充分保障水質(zhì)達(dá)標(biāo)。在設(shè)備所占面積方面兩者相差無(wú)幾。從投資到運(yùn)維方面，次氯酸鈉的投資成本少得多，設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定，相對(duì)耗電少、管理維修更方便。綜合來(lái)看次氯酸鈉更有優(yōu)勢(shì)，用其來(lái)代替液氯越來(lái)越得到行業(yè)的認(rèn)可。

1.2 次氯酸鈉溶液消毒方式分析研究

次氯酸鈉溶液溶于水，穩(wěn)定性差于氯氣。其強(qiáng)氧化性幾乎和氯氣相同，有輕微腐蝕性，與氯氣的消毒機(jī)理完全一致，即NaClO+H2O→HClO+NaOH。主要通過(guò)很小的中性分子次氯酸易擴(kuò)散到帶負(fù)電細(xì)菌表面，通過(guò)細(xì)菌壁進(jìn)入菌內(nèi)部，再通過(guò)氧化作用破壞細(xì)菌的酶系統(tǒng)，從而使細(xì)菌死亡。

其國(guó)內(nèi)外使用現(xiàn)狀：美國(guó)大多數(shù)水廠消毒方式由氯氣轉(zhuǎn)化為次氯酸鈉溶液。采用現(xiàn)場(chǎng)制備方式的主要有俄羅斯、德國(guó)、法國(guó)、新加坡、日本等;在國(guó)內(nèi)也有部分規(guī)模應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)次氯酸鈉溶液來(lái)源主要有：成品和采用電解方式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)制備。①成品：從生產(chǎn)廠商如氯堿廠購(gòu)買(mǎi)，一般濃度約為10%;②現(xiàn)場(chǎng)制備：利用水、電、鹽配比形成低濃度鹽水進(jìn)而再通過(guò)電解方式分解以實(shí)現(xiàn)其現(xiàn)場(chǎng)制備，一般有效氯為0.7～1%左右。

成品溶液特點(diǎn)：有工業(yè)和食品級(jí)，給水行業(yè)要求使用的是食品級(jí)10%溶液。生產(chǎn)、制取工藝要求高;對(duì)運(yùn)輸衛(wèi)生要求很高;由于具有腐蝕性在操作時(shí)需注意安全并按指導(dǎo)手冊(cè)執(zhí)行。其濃度越高越易受pH、溫度及光照因素影響進(jìn)而導(dǎo)致濃度衰減越快，使其不可長(zhǎng)期貯存，不能精確控制投藥量。同時(shí)，在《危險(xiǎn)化學(xué)品名目錄》中規(guī)定次氯酸鈉溶液[含有效氯>5%]為危險(xiǎn)化學(xué)品;在《危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理?xiàng)l例》、《工作場(chǎng)所安全使用化學(xué)品規(guī)定》等相關(guān)規(guī)定要求，針對(duì)它的安全使用生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸裝卸等方面均作了相應(yīng)規(guī)定，增加相應(yīng)費(fèi)用。

現(xiàn)場(chǎng)制備溶液主要是利用水、食鹽溶解配比形成低濃度鹽水后再通過(guò)次氯酸鈉發(fā)生裝置電解后生成0.7～1%的溶液，最后通過(guò)計(jì)量泵將其投加。其特點(diǎn)：根據(jù)相關(guān)規(guī)定可知采用現(xiàn)場(chǎng)制備的溶液是安全品;其制備原料采用水與食鹽，并結(jié)合電解方法，保證了其純度、副產(chǎn)物極少;相對(duì)于成品方式，其設(shè)備一次性投入成本稍高與運(yùn)行成本低;不易衰減可長(zhǎng)期保存;相對(duì)于成品其濃度更低且穩(wěn)定性高更便于實(shí)現(xiàn)精確投加;其制備工藝安全簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理方便。

由上述可知：相對(duì)于成品溶液而言，采用現(xiàn)場(chǎng)制備方式消毒的劣勢(shì)在于設(shè)備一次性投資成本高，但投資成本收回在2～3年通過(guò)其大大減少的運(yùn)行費(fèi)用，故綜合考慮選擇現(xiàn)場(chǎng)制備方式更為合理。

2 ?現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉投加系統(tǒng)技術(shù)

2.1 現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉投加系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)主要有幾部分組成，詳見(jiàn)圖1：其中換熱部分根據(jù)實(shí)際情況和次氯酸鈉發(fā)生器規(guī)格配置。其流程如下：水進(jìn)入軟水制備部分，以降低水硬度和減少電極結(jié)垢;軟化水進(jìn)入儲(chǔ)物體溶解精制鹽，成為飽和鹽水經(jīng)計(jì)量泵與水精確配比混合使其濃度為3%，進(jìn)入次氯發(fā)生器部分電解槽;隨后溶液在直流電作用下被電解生成有效氯含量0.7～1%的次氯酸鈉溶液;將生成溶液儲(chǔ)存;通過(guò)計(jì)量投加泵與PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量投加。同時(shí)將該過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣安全地排放到大氣中。

2.2 設(shè)計(jì)依據(jù)

每個(gè)NaClO分子與Cl2分子所發(fā)生的電荷轉(zhuǎn)移數(shù)相同，由于NaClO的分子量約是Cl2的1.05倍，則1gCl2相當(dāng)于1.05gNaClO。

設(shè)定：水廠投氯量為A（單位mg/L，一般為1～3）;其水量為B（單位：萬(wàn)噸/天）;次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場(chǎng)制備的NaClO溶液濃度約為N（一般為0.7～1%）。

則：NaClO投加量X（單位kg/h）=A*B*10000/1000/24*1.05=0.4375AB;根據(jù)X選擇相應(yīng)氯產(chǎn)量的次氯酸鈉發(fā)生器。

則NaClO溶液的投加量Y（單位為L(zhǎng)/h）為：Y=X÷N，根據(jù)Y選擇相應(yīng)量程的投加計(jì)量泵。

由于其溶液濃度較低，電解過(guò)程耗水量可忽略，次氯酸鈉溶液投加量約可等同于軟水使用量，可根據(jù)Y值，預(yù)留一定余量，選擇相應(yīng)的軟水器和儲(chǔ)存裝置。

根據(jù)次氯酸鈉發(fā)生器調(diào)研情況，生成1kg有效氯約需要4kg食鹽，根據(jù)以上公式可知：NaClO的投加量X=0.4375AB，則所需的鹽量約為：1.75AB，單位都為kg/h。根據(jù)次氯酸鈉發(fā)生器工藝流程，電解3%的鹽水得到最后的NaClO溶液，而3%的鹽水是由飽和鹽水和軟化水配比;則所需飽和鹽水量約為：5.84AB，所需軟化水量約為：52.5AB，單位都為kg/h;根據(jù)這兩個(gè)值可選擇相應(yīng)量程的濃鹽水和軟水計(jì)量泵。

2.3 存儲(chǔ)方式比較

主要闡述整個(gè)系統(tǒng)需存儲(chǔ)的物質(zhì)是采用罐體或者修建池體儲(chǔ)存的可行性分析。

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中需存儲(chǔ)的物質(zhì)的相應(yīng)特性分析和結(jié)合《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB19106-2013次氯酸鈉》可知：

①軟化水和飽和鹽水存儲(chǔ)方式選擇：采用罐體和修建池體都可行，選擇方案主要考慮場(chǎng)地面積、標(biāo)高及投資費(fèi)用等，不需考慮防腐措施等。

②次氯酸鈉溶液的存儲(chǔ)方式選擇：采用罐體和修建池體都可行，選擇方案時(shí)主要需考慮場(chǎng)地面積、標(biāo)高、防腐密閉措施及投資費(fèi)用等。罐體可采取防腐材質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，可選的防腐材質(zhì)主要有PE、PVDF等;修建池體則需在內(nèi)表面加對(duì)水質(zhì)無(wú)影響防腐材質(zhì)。

3 ?結(jié)論

根據(jù)上述進(jìn)行設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉投加系統(tǒng)應(yīng)用于某水廠。在該水廠的設(shè)備投資成本：氯投加量2mg/L，水廠規(guī)模為3萬(wàn)噸/天，產(chǎn)氯量3kg/h（一用一備）的投資成本大約為100萬(wàn)，產(chǎn)氯量1kg/h的投資成本約為33萬(wàn)。在該水廠的此系統(tǒng)運(yùn)行成本：濃度0.8%溶液以折合成有效氯計(jì)算;根據(jù)該水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)即鹽價(jià)格為0.55元/kg、電費(fèi)為0.66元/kWh、水費(fèi)2元/m3，每kgcl的鹽耗4kg、電耗5kWh、水耗0.11m3，則運(yùn)行成本為0.55*4+0.66*5+0.11*2=5.72（單位：元/kgcl，即1kg有效氯的運(yùn)行成本）。

綜上采用現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉投加系統(tǒng)是運(yùn)行、消毒效果良好和經(jīng)濟(jì)可行的。

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作者簡(jiǎn)介：謝艷（1988-），女，重慶人，碩士研究生，電氣工程師，研究方向?yàn)殡姎饧白詣?dòng)化、儀器儀表、機(jī)電等。