李 雪

(重慶中法供水有限公司， 重慶 400020)

在現(xiàn)代城鎮(zhèn)供水水處理工藝中，液氯作為一種傳統(tǒng)的氯化法消毒劑，其目的在于去除水中致病微生物，控制水中微生物的繁殖，以防止通過飲用水傳播疾病。液氯作為已有百年歷史的自來水消毒劑，因成本低、工藝成熟、效果穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，一直被廣泛采用。但液氯作為具有強氧化性、強腐蝕性和刺激性氣味的劇毒危險化學品，在儲存、運輸、使用等環(huán)節(jié)都存在諸多的安全風險。根據(jù)《危險化學品重大危險源辨識》(GB 18218—2018)的規(guī)定，液氯臨界量為5 t，超出臨界量即為重大危險源，在管理措施上有更高的要求。次氯酸鈉作為液氯消毒的替代品，消毒效果基本相當，但在運輸和使用過程中較液氯更為安全[1]。隨著城市化進程的加快和人們安全環(huán)保意識的提高，次氯酸鈉在水廠升級改造或新建水廠中替代液氯消毒已經(jīng)成為一種趨勢[2]。筆者所在水廠于2020年著手進行次氯酸鈉消毒工藝改造。

1 項目背景

該水廠建立于1995年，采用混凝-沉淀-過濾-消毒常規(guī)水處理工藝，日均供水量約為36×104m3/d。液氯年均日用量為700 kg/d，最大液氯庫存量為12 t，屬于重大危險源。由于城市化建設進程加快，水廠南側新建居民區(qū)與氯庫建筑物直線距離不足50 m。根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》(GB 50016—2014)以及《危險化學品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》相關要求，存在安全隱患，亟待整改。

為消除該安全隱患，該水廠于2020年啟動將液氯工藝改造為次氯酸鈉工藝的可研評估，并在次年完成該項目的改造。筆者參與了此次工藝改造項目，現(xiàn)將改造設計要求、消毒效果、工藝運行等要點方面積累的經(jīng)驗進行介紹，以供分享。

2 次氯酸鈉消毒殺菌機理

3 次氯酸鈉消毒工藝改造的基本要求

此次改造的次氯酸鈉消毒系統(tǒng)包括了移藥、儲藥、投加和應急四個單元部分。

3.1 移藥單元

移藥單元采用槽車出料管與移液泵進口對接，再由移液泵提升到儲藥單元中。移液泵出液管設旁通接口，便于排氣；安裝有Y型過濾器，以去除藥液中的不溶物，防止管道堵塞。移液泵按1用1備配置，采用耐腐蝕自吸泵。設進藥井，提供罐車和進藥管的接口。

根據(jù)職業(yè)安全和環(huán)境要求，改造均考慮防噴濺和收集漏液的功能。在移液泵和連接管道的最低位置設置殘液箱，每次移液操作完成后可將泵內和管道內的殘余藥液放入到殘液箱中并連接至事故處理池。殘液箱材質選擇化學穩(wěn)定性好且能耐大多數(shù)酸堿腐蝕的PE材料 (聚乙烯)。

3.2 儲藥單元

3.2.1 儲量計算

儲藥單元是此次改造中的重點，而儲量的計算則是重中之重。次氯酸鈉儲量的確定需要根據(jù)構筑物面積、水廠水量、水質情況、藥劑濃度、藥劑供應距離以及當?shù)貧夂驐l件等諸多因素進行考慮。針對水廠實際情況，需著重考慮以下兩個方面的問題：第一，結合運輸情況、最高日出廠水流量及最大投加量的用量，確定最低保障量；第二，在合理時間周期內，現(xiàn)有儲存條件下次氯酸鈉濃度的衰減情況。

結合當?shù)貧夂蚝铜h(huán)境條件，次氯酸鈉濃度的衰減數(shù)據(jù)對存儲量關系密切。隨著儲存時間的增加，次氯酸鈉的有效氯成分會不斷降低，要到達相同的消毒效果，必然造成單位水量的投加量增大，因此需要進行衰減試驗以及濃度檢測予以確認。以該水廠目前使用的市售A-Ⅱ型的次氯酸鈉(≥10%有效氯)為例，將3種不同濃度的次氯酸鈉溶液在室溫(25±2℃)避光保存條件下進行有效氯濃度衰減試驗，定期檢測剩余濃度，有效氯濃度衰減見圖1。

圖1 有效氯濃度衰減情況

3種溶液共放置30 d，從圖1可以看出，7 d內次氯酸鈉衰減速率最快，平均日衰減速率達到約0.11%～0.15%；放置至7～21 d，日衰減速率放緩至約0.05%～0.08%。所有測試樣品均滿足《次氯酸鈉》(GB 19106—2013)[5]貯存相關規(guī)定要求。考慮到次氯酸鈉的衰減速度與原液濃度、溫度、儲存環(huán)境等因素密切相關，建議次氯酸鈉生產儲量在7～14 d為宜。

以該水廠為例，查閱歷史運行數(shù)據(jù)得出近年來最高日出廠水流量約為45×104m3/d，液氯最大投加量約為3.5 mg/L。按有效氯10%的次氯酸鈉溶液(液氯有效氯按100%)計算，則日最大投加量為15 750 kg/d，約為16 m3?？紤]到場地情況、生產需要、運輸距離以及次氯酸鈉本身濃度衰減的問題，儲存周期按7 d流轉，則次氯酸鈉用量約需110 m3?？紤]10%左右余量，設計按120 m3設計。

3.2.2 儲存方式確定

水廠現(xiàn)運行的液氯庫分為A、B兩庫，將其中一個占地面積約為135 m2的氯庫升級改造成為儲藥間，目前較為成熟的次氯酸鈉藥液儲存方式有儲藥罐和儲藥池這兩種?？紤]到生產運行情況以及工程可實施性，均設計為地上布置。經(jīng)兩種方案(表1)比選，最終選擇儲藥池的儲藥方式。

表1 儲存方式比選要素

3.3 投加單元

投加部分主要包括投加撬裝、流量測定系統(tǒng)、投加管線三個部分。投加撬裝需包含安全閥、脈沖阻尼器、背壓閥、Y型過濾器以及校準柱。用于準確加藥并實時監(jiān)控。同時，應配備相應的自控系統(tǒng)，實現(xiàn)閉環(huán)控制。投加管線應盡量減少接頭和彎管，管線的敷設需考慮在合適位置安裝管卡，防止管道異常抖動帶來運行風險。注料閥設置在投加管道末端，且距離液面有一定位置，以防止水汽進入加藥管道，同時便于觀察和檢修。該水廠為原液投加并配有帶有流反饋的數(shù)字泵，因此可利用原有設備及系統(tǒng)，僅對投加撬裝和管線兩個部分進行升級改造。

3.3.1 投加點的選擇及建議

該水廠取用江河水作為原水，考慮到原水水質特性以及突發(fā)應急處理，預留前加氯和后加氯兩類投加點。為了強化混凝、提高預氧化及整個配水系統(tǒng)消毒效果，前加氯設置在深井提升泵之后、混凝工藝之前，后加氯設置在濾池出水端。此外值得注意的是，次氯酸鈉的水解物易與原水(特別是硬度較高的原水)中的鈣鎂離子發(fā)生反應，生成碳酸鈣鎂或者氫氧化鈣鎂沉淀而堵塞管道?；谏鲜銮闆r，改造時將投加管道的末端距離水面約30 cm，一是便于后期運行觀察，二是可避免與水面直接接觸防止結垢。水廠次氯酸鈉投加點示意見圖2。

圖2 水廠次氯酸鈉投加點示意

3.3.2 投加泵流量的確定

次氯酸鈉的有效成分和液氯的有效成分都是以有效氯形式表示，因此按有效氯投加量計，兩者投氯的生產用量相近。以該水廠為例，歷史數(shù)據(jù)表明出廠水流量約為(30～45)×104m3/d，有效氯最大投加量約為3.5 mg/L(前加氯量1.0 mg/L，后加氯2.5 mg/L)。投加泵選擇見表2。

表2 投加泵的選擇

注：1.表格內投加量數(shù)據(jù)為液氯(原)投加量；2.投加泵流量為計算后投加10%次氯酸鈉的量。

結合投加點的流量范圍、投加和備用條件，所在水廠A、B、C、D投加點分別選擇了250，150，150和250 L/h流量的泵。值得注意的是，為了便于設備維修不影響生產，需要考慮一定的備用率因素。

3.4 應急單元

該單元包括泄漏收集單元和收集處置單元兩個部分。

3.4.1 泄漏收集單元

儲存區(qū)的儲藥池長期有大量藥液存在，應考慮極端情況下儲藥池滲漏的處置問題。整個儲藥區(qū)域地面四周砌有坡度的圍堰，將滲漏的藥液進入收集或處置單元。

室外槽車停放區(qū)做一圈排水溝，與收集或處置單元連接。管道上安裝切換閥門，正常運行時停車場雨水、清潔廢水排向雨水管，發(fā)生泄漏時排放至收集或處置單元。對于排水溝蓋板，其強度需要考慮進藥罐車的荷載重量。

3.4.2 收集處置單元

收集單元應考慮極端情況下儲藥池滲漏的收集問題，因此該水廠設有單口儲液池容積大小的事故收集池。單側設集水坑，事故時由移液泵移液收集。若滲漏量較少，可通過稀釋或酸堿中和的方式進行處理。若滲漏量較大，可聯(lián)系有資質的專業(yè)第三方處理單位進行廢液處置。

此外，若水廠有污泥處理系統(tǒng)，可將滲液廢液通過重力流或中和井的形式流入污泥均衡池，進行后續(xù)處理，實現(xiàn)零排放。

4 安全要求與配套條件設施

遠離火種、熱源，無與其他化學品混儲現(xiàn)象；也無不相關活動和操作。儲藥單元內不應設置陽光直射的窗戶，滿足每小時可換氣8～12次[4]，室溫控制在0～30℃。儲藥池頂部設通氣管，聯(lián)通后統(tǒng)一排出房間。

各單元需考慮泄漏收集和防噴濺裝置，應備有泄漏應急處理設備、器材和材料。設置洗眼器、噴淋裝置，并設置個人防護用品箱。

現(xiàn)場處張貼化學品安全技術說明書(MSDS)，設置警示標識以及次氯酸鈉用設備和管道標識。

每座儲藥池均可獨立運行，且設液位計及透明液位柱，便于觀察、監(jiān)控、檢修。

操作人員必須經(jīng)過專門培訓，嚴格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴直接式防毒面具(半面罩)，戴化學安全防護眼鏡，穿防腐工作服，戴橡膠手套。

5 次氯酸鈉的質控基本要求與建議

5.1 質檢要求

建議按規(guī)定[5]對每批次進貨進行檢驗，并要求廠家提供該批次的檢驗報告以及涉水許可等相關資料。

5.2 衛(wèi)生安全要求[6]

生活飲用水化學處理劑帶入飲用水中的有害物質是《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)[7]中規(guī)定的物質時，則該物質的容許限值為相應規(guī)定限值的10%。

生活飲用水化學處理劑帶入飲用水中的有害物質在《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)[7]中未做規(guī)定，可參考國內外相關標準判定，其容許限值為該容許濃度的10%。

帶入飲用水中的有害物質沒有可供參考的相關標準時，應按毒理學安全性評價程序進行試驗以確定物質在飲用水中的最高容許濃度。該有害物質增加量不應超過最高容許濃度值的10%。

6 結語

隨著城市化進程的加快和人們安全環(huán)保意識的提高，無論是從生產安全、水質提升方面，還是社會效益考慮，次氯酸鈉替代液氯消毒工藝將會越來越普及。通過此次工藝改造，在各個改造環(huán)節(jié)積累的經(jīng)驗對類似水廠的改造項目的設計和優(yōu)化方面都具有借鑒和參考意義。