余艦波，皮家悅

（中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

液氯是化工業(yè)的主要化工產(chǎn)品，具有生產(chǎn)成本低，工藝技術(shù)成熟、殺菌效果穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，在城市污水處理廠消毒中廣泛應(yīng)用。然而，液氯具有強(qiáng)氧化性、強(qiáng)腐蝕性、高劇毒性。按照《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》（GB 18218—2018）相關(guān)規(guī)定，液氯量超過臨界容量5t 則是重大風(fēng)險(xiǎn)源，面臨著儲(chǔ)運(yùn)困難、泄漏風(fēng)險(xiǎn)大等重大安全問題。隨著城市化進(jìn)程的加快，尋求更加安全的消毒方式取代液氯消毒已成為一種趨勢(shì)。本工程擬對(duì)重慶市某污水處理廠液氯消毒方式進(jìn)行改造，改造廠區(qū)生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)境。

1 項(xiàng)目背景

該污水處理廠建立于2010 年，現(xiàn)狀處理規(guī)模為10萬m3/d，采用格柵沉砂池-A2O 生物池-V 型濾池-接觸消毒池常規(guī)處理工藝。目前廠區(qū)內(nèi)采用液氯消毒，實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行加氯量為1.9～2.5 mg/L。由于液氯為重點(diǎn)監(jiān)管的?；罚诘缆愤\(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)，長節(jié)假日和重要活動(dòng)時(shí)可能出現(xiàn)藥劑斷供。此外，污水處理廠氯庫建筑物距離東側(cè)居民區(qū)直線距離較近，存在泄露的安全風(fēng)險(xiǎn)，亟須對(duì)廠區(qū)內(nèi)消毒系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 消毒方式選擇

目前污水處理廠常用的消毒方式有二氧化氯消毒、次氯酸鈉消毒、紫外線消毒、臭氧消毒等[1]。本工程對(duì)成品次氯酸鈉原液、現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉，以及二氧化氯消毒三種氯消毒方式進(jìn)行比較分析來確定消毒系統(tǒng)改造工藝。

2.1 成品次氯酸鈉原液消毒

次氯酸鈉（NaClO）溶液為淺黃色透明液體，有類似氯氣的刺激性氣味，是一種強(qiáng)氧化劑。NaClO 在水中水解可形成次氯酸（HClO）和氫氧化鈉，其中HClO為消毒劑的有效成分。HClO 在水中會(huì)進(jìn)一步離解生成新生態(tài)氧［O］，能夠使菌體和病毒的蛋白質(zhì)變性，從而殺死病原微生物。由于次氯酸分子很小，可迅速擴(kuò)散至細(xì)菌表面，穿過細(xì)胞壁到達(dá)內(nèi)部，與病原體蛋白、核酸和酶等發(fā)生氧化反應(yīng)起到消毒作用[2]。

成品次氯酸鈉消毒采用在污水中直接投加10%～12%的成品次氯酸鈉原液消毒。消毒系統(tǒng)主要包括藥劑儲(chǔ)存單元、投加單元、應(yīng)急處理單元等。該工藝的改造方案可利用現(xiàn)狀氯庫作為次氯酸鈉儲(chǔ)存間，現(xiàn)狀投加間更換計(jì)量泵來實(shí)施。該方案改造簡單、運(yùn)行相對(duì)安全、消毒效果良好穩(wěn)定。通常情況下，當(dāng)成品次氯酸鈉溶液就近貨源充足且保證率高時(shí)，宜首選成品次氯酸鈉溶液進(jìn)行消毒。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉消毒

現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉溶液為利用次氯酸鈉發(fā)生器，通過電解氯化鈉溶液，在電解槽中發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，生成有效氯約0.8%的次氯酸鈉溶液消毒。次氯酸鈉消毒系統(tǒng)主要包括原料制備、原料進(jìn)料、產(chǎn)品制備、產(chǎn)品儲(chǔ)存、產(chǎn)品投加等多個(gè)單元[3]。該工藝的改造方案可利用現(xiàn)狀氯庫作為次氯酸鈉現(xiàn)場(chǎng)制備間，但次氯酸鈉發(fā)生器所在建筑的屋頂不得有吊頂、梁頂無通氣孔的下翻梁要求，需對(duì)現(xiàn)狀房間建筑及土建進(jìn)行改造。該方案制備原料為食鹽，運(yùn)行成本低，但由于產(chǎn)生氫氣，設(shè)備運(yùn)行具有一定的危險(xiǎn)性，且涉及土建改造，改造時(shí)間較長。

2.3 二氧化氯復(fù)合法消毒

二氧化氯常溫下為白色粉末，具有很強(qiáng)的氧化作用。二氧化氯復(fù)合法消毒利用二氧化氯發(fā)生器，通過氯酸鈉與鹽酸兩種原料的復(fù)合反應(yīng)生成二氧化氯進(jìn)行消毒[4]。二氧化氯消毒系統(tǒng)一般包括原料調(diào)制供應(yīng)、二氧化氯發(fā)生及投加的成套設(shè)備。

為避免制備二氧化氯的原料氯酸鈉、和鹽酸、氯氣等接觸發(fā)生爆炸，各原料庫房與設(shè)備間均應(yīng)互相隔開，互不連通，且均應(yīng)可直接通向外部。根據(jù)現(xiàn)狀消毒系統(tǒng)房間布置情況，可將原氯庫作為鹽酸儲(chǔ)存間，漏氯吸收間作為氯酸鈉儲(chǔ)存間。該方案消毒效果較好，但其原料為濃鹽酸及氯酸鈉，其中濃鹽酸為危險(xiǎn)藥品，運(yùn)輸儲(chǔ)存風(fēng)險(xiǎn)大，氯酸鈉為易爆物質(zhì)，安全性差，需對(duì)原房間進(jìn)行土建改造。

2.4 方案比較

對(duì)以上三種改造方案的實(shí)施內(nèi)容、改造時(shí)間、工程費(fèi)用、運(yùn)行成本等方面綜合比較，比較結(jié)果如表1。

表1 消毒方式比選

綜上所述，成品次氯酸鈉原液消毒工程投資最低，改造速度最快，運(yùn)行管理簡單，因此，本工程采用成品次氯酸鈉原液消毒。

3 成品次氯酸鈉原液消毒設(shè)計(jì)

3.1 儲(chǔ)存單元

成品次氯酸鈉原液儲(chǔ)存需綜合考慮運(yùn)行水量、藥劑特性以及氣候條件等諸多因素。此外，10%次氯酸鈉原液存在衰減情況，需結(jié)合運(yùn)輸條件及儲(chǔ)存環(huán)境合理考慮儲(chǔ)存周期及儲(chǔ)存量。

本工程設(shè)計(jì)規(guī)模為10 萬噸/天，采用10%成品次氯酸鈉原液消毒，設(shè)計(jì)投加量按最大50mg/L（有效氯含量5mg/L）考慮。次氯酸鈉儲(chǔ)存量按照7d 設(shè)計(jì)，考慮春節(jié)藥劑運(yùn)輸困難、高峰時(shí)段污水量增大以及次氯酸鈉衰減等因素，考慮變化系數(shù)1.5。則10%次氯酸鈉原液最高日投加量為7500kg/d，日用量約7.5m3，7 天用量約52.5m3，按60m3設(shè)計(jì)。

根據(jù)現(xiàn)狀氯庫情況，儲(chǔ)存單元采用PE 儲(chǔ)液罐形式儲(chǔ)存次氯酸鈉原液，共配置3 座有效容積為20m3 的儲(chǔ)液罐。

3.2 投加單元

投加單元主要包括加氯設(shè)備、投加管道及管件等。加氯設(shè)備除數(shù)字計(jì)量泵外，還包括配套相應(yīng)的背壓閥、安全閥、阻尼器、Y 型過濾器、壓力表、自來水沖洗系統(tǒng)等附件。同時(shí)，需配備對(duì)應(yīng)的自控系統(tǒng)以控制精準(zhǔn)加氯。注料閥設(shè)置在投加管道末端，且距離液面有一定高度，以防止水汽進(jìn)入加藥管道，同時(shí)便于觀察和檢修。同時(shí)需在合理位置安裝放空閥及沖洗閥，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行放空及防止管道結(jié)垢沉積堵塞。

投加量是投加單元的關(guān)鍵參數(shù)，根據(jù)污水廠預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定投加量按有效氯5mg/L 設(shè)計(jì)，能夠可靠地達(dá)到出水要求。投加點(diǎn)考慮為兩點(diǎn)投加，分別為接觸消毒池前后投加，共設(shè)置4 臺(tái)數(shù)字計(jì)量泵，兩用兩備，泵參數(shù)為Q=200L/h，H=4bar，P=0.75kW。根據(jù)原藥劑投加間情況，將4 臺(tái)計(jì)量泵及其附件集成于一套撬裝柜中，每兩臺(tái)泵間隔距離不小于50cm，同時(shí)應(yīng)保留設(shè)備檢修空間。

3.3 應(yīng)急單元

氯庫內(nèi)的儲(chǔ)藥罐長期存放大量藥劑，應(yīng)考慮極端情況下藥劑滲漏的處置問題。

本工程在室內(nèi)儲(chǔ)藥區(qū)域四周設(shè)置一圈排水溝，藥劑泄露后順坡度匯集至排水溝內(nèi)集水坑。同時(shí)，沿排水溝外四周砌有一定高度圍堰，將滲漏的藥液與外界隔開。

為避免廢液泄露造成危害，另設(shè)置專門的事故池或事故罐收集泄露的廢液。本工程專門設(shè)置一座20m3的廢液回收罐，收集泄露的廢液。廢液通過室內(nèi)排水溝匯集至集水坑，由耐腐蝕廢液泵提升至廢液回收罐內(nèi)。此外，若藥劑儲(chǔ)存量不足時(shí)，可使用廢液回收罐內(nèi)藥劑進(jìn)行應(yīng)急消毒處理。

3.4 通風(fēng)設(shè)計(jì)

由于次氯酸鈉溶液具有刺激性氣味，存在次氯酸鈉的房間內(nèi)不可避免有揮發(fā)氣體逸出，為改善室內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量，應(yīng)在次氯酸鈉儲(chǔ)存間及投加間設(shè)置機(jī)械通風(fēng)設(shè)施。目前，廠區(qū)現(xiàn)狀氯庫內(nèi)有10臺(tái)墻壁軸流風(fēng)機(jī)，加氯間內(nèi)有3 臺(tái)屋頂軸流風(fēng)機(jī)，參數(shù)均為Q=2500m3/h，220～280Pa，對(duì)其進(jìn)行通風(fēng)核算，軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)量能對(duì)房間進(jìn)行8～12 次/h 的換氣，達(dá)到規(guī)范通風(fēng)要求。

3.5 防腐設(shè)計(jì)

10%次氯酸鈉溶液為堿性，此外次氯酸鈉分解產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì)。根據(jù)次氯酸鈉溶液特性，儲(chǔ)存間及投加間內(nèi)與次氯酸鈉可能直接接觸的墻面與地面均需設(shè)置防腐措施。

本工程在次氯酸鈉儲(chǔ)存間內(nèi)排水溝及圍堰內(nèi)外均貼耐酸耐堿磚，同時(shí)排水溝蓋板采用高分子耐腐蝕材料。

3.6 電氣自控

電氣自控需完成污水廠內(nèi)整個(gè)加氯系統(tǒng)的全自動(dòng)化運(yùn)行。本次次氯酸鈉采用原液投加，共設(shè)計(jì)四臺(tái)計(jì)量泵（兩用兩備），兩臺(tái)卸料泵（一用一備），一臺(tái)廢液泵，用電負(fù)荷約7.0kW?，F(xiàn)狀加藥間配電系統(tǒng)滿足本次改造用電負(fù)荷要求。新增次氯酸鈉投加系統(tǒng)自帶PLC 控制系統(tǒng)，通過工業(yè)以太網(wǎng)接入污水廠現(xiàn)狀自控系統(tǒng)，信號(hào)上傳至中控室，與污水廠自控系統(tǒng)融合。此外，計(jì)量泵需實(shí)現(xiàn)就地控制和遠(yuǎn)程PLC 控制。

4 運(yùn)輸及運(yùn)行安全

4.1 藥劑運(yùn)輸與貯存

為保證運(yùn)輸及運(yùn)行安全，必須選用合規(guī)的次氯酸鈉藥劑，同時(shí)需根據(jù)《次氯酸鈉溶液包裝要求》GB19107-2003 相關(guān)要求對(duì)藥劑進(jìn)行包裝。此外，次氯酸鈉應(yīng)采用防腐的裝運(yùn)容器進(jìn)行密閉運(yùn)輸，且不能與還原性物品混運(yùn)。

次氯酸鈉溶液性質(zhì)與溫度、濃度及pH 值等因素相關(guān)。次氯酸鈉水溶液在15℃以下時(shí)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，而在氣溫較高情況下則容易出現(xiàn)分解現(xiàn)象。濃度為10%次氯酸鈉溶液時(shí)，可貯存5d～7d，而濃度為3%～5%的次氯酸鈉溶液可儲(chǔ)存10d～15d 或更長時(shí)間，且具有更高的熱穩(wěn)定性。此外，次氯酸鈉溶液在中性和強(qiáng)酸條件下性質(zhì)都不穩(wěn)定，而在堿性條件下則相對(duì)穩(wěn)定。

根據(jù)藥劑特性，次氯酸鈉原液應(yīng)存放在陰涼且通風(fēng)的倉庫，避免陽光照射，且遠(yuǎn)離火種、熱源，庫溫不宜超過30℃，并禁止與其他還原劑、酸類、易燃可燃物等可能發(fā)生危險(xiǎn)反應(yīng)的貨物一起存放，宜采用避光、密封（留一出氣口）、耐腐蝕的罐體存儲(chǔ)。

4.2 安全設(shè)施設(shè)置

根據(jù)《化學(xué)品分類和危險(xiǎn)性公示通則》（GB13690-2009）及化學(xué)品分類，次氯酸鈉溶液可引起嚴(yán)重的皮膚灼傷和眼睛損傷，一次接觸可能導(dǎo)致消化系統(tǒng)危害?？紤]次氯酸鈉的腐蝕性[5]，需對(duì)加氯間配備防護(hù)用具、消防器材、搶救設(shè)施和搶修工具箱。本工程根據(jù)廠區(qū)作業(yè)人數(shù)，同時(shí)考慮備用，設(shè)置過濾式防毒面具、正壓式空氣呼吸器、壓縮空氣充氣泵、自來水緊急沖淋洗眼器、聚乙烯類材料防護(hù)套裝、防爆強(qiáng)光電筒及滅火器等以保證工作人員健康安全。

5 結(jié)語

1.液氯消毒系統(tǒng)改造為成品次氯酸鈉原液消毒等運(yùn)輸及運(yùn)營更為安全的消毒工藝是消毒處理轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。

2.本工程針對(duì)三種氯消毒方式的實(shí)施內(nèi)容、工程費(fèi)用、運(yùn)行成本等進(jìn)行綜合比較分析，選用綜合成本最低，改造速度最快的成品次氯酸鈉原液消毒方式。

3.本工程對(duì)成品次氯酸鈉原液消毒系統(tǒng)儲(chǔ)存、投加、應(yīng)急單元設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述，對(duì)類似污水處理廠消毒系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)具有參考和借鑒意義。