水廠加氯消毒工藝改進(jìn)，看看紹興市上虞區(qū)水司是怎么做的！

消毒是保障飲用水微生物安全的重要環(huán)節(jié)，但消毒工藝控制水平的優(yōu)劣，除直接影響消毒效果外，也影響到消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生。此外，消毒工藝所涉及的藥劑、設(shè)備等，也是水廠安全運(yùn)行管理中心的重要部分，是各水廠關(guān)注的焦點(diǎn)。

水廠加氯消毒工藝改進(jìn)實(shí)例

吳建江，李曉云，婁風(fēng)

(紹興市上虞區(qū)供水有限公司，浙江紹興，312300)

為防止飲用水傳播疾病，保障百姓的身體健康，在自來水廠中消毒是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是保證水質(zhì)的最后一關(guān)。含氯消毒劑用于飲用水消毒最早可追溯到1903年［1］，是歷史最為悠久的飲用水消毒方式，在水處理消毒行業(yè)中擁有重要地位。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紫外線消毒、臭氧消毒等新方式逐漸進(jìn)入人們的視線，然而，氯化消毒因其消毒效率高、效果持續(xù)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)成本可控等原因，仍然是水處理工藝中較為主流的消毒技術(shù)。

含氯消毒劑主要有氯氣、二氧化氯、次氯酸鈉三種。氯氣是化工業(yè)的主要產(chǎn)品，價(jià)格低廉，容易獲得，同時(shí)消毒效果明顯，因而早期自來水廠多選擇使用氯氣作為消毒制劑。隨著城市發(fā)展，原先處于城市邊緣的自來水廠、污水廠逐漸處于城市中心地段，生產(chǎn)管理的安全問題越來越受到監(jiān)管部門重視，氯氣作為劇毒危險(xiǎn)化學(xué)品在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中具有安全隱患，受到公安、安監(jiān)部門嚴(yán)格監(jiān)管。同時(shí)在消毒過程中，氯氣分子與水中自然有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，還會(huì)產(chǎn)生三氯甲烷等具有致癌性的消毒副產(chǎn)物；二氧化氯本身亦屬于危險(xiǎn)品，且其反應(yīng)副產(chǎn)物氯酸鹽含量較高。

上虞大三角水廠在尋找有效的氯氣替代工藝時(shí)，對(duì)比了二氧化氯和次氯酸鈉的工藝安全、消毒效率、維護(hù)成本等，選擇了更為安全、高效和經(jīng)濟(jì)的次氯酸鈉作為消毒藥劑。水廠在消毒工藝的迭代過程中經(jīng)歷了成品次氯酸鈉投加，管式次氯酸鈉發(fā)生器的試用以及板式次氯酸鈉發(fā)生器的使用三個(gè)過程，在摸索中獲得了一定的對(duì)比經(jīng)驗(yàn)，可用于后續(xù)數(shù)據(jù)分析，供其他水廠消毒工藝升級(jí)時(shí)參考。

上虞大三角水廠設(shè)計(jì)日處理水量為15萬t，投產(chǎn)時(shí)采用傳統(tǒng)氯氣消毒工藝。2013年，出于工藝安全以及消毒副產(chǎn)物控制的考慮，水廠決定升級(jí)消毒系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)在使用次氯酸鈉消毒時(shí)，行業(yè)內(nèi)有次氯酸鈉發(fā)生器和次氯酸鈉成品兩種選擇方案，可分別通過次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場制備有效氯濃度0.8%的次氯酸鈉溶液，或采購10%的成品次氯酸鈉溶液，利用計(jì)量泵加注至各投加點(diǎn)。因成品次氯酸鈉投加工藝工程量小，投產(chǎn)速度較快，前期投入小，大三角水廠選用采購10%次氯酸鈉成品運(yùn)輸至現(xiàn)場稀釋到5%儲(chǔ)存并投加消毒，廢除了原加氯設(shè)備除余氯儀表外等全部設(shè)備，并增加了次氯酸鈉儲(chǔ)存投加設(shè)備，大大提高了加氯工藝的安全性，投用效果良好。

從氯氣到成品次氯酸鈉到現(xiàn)場制備的次氯酸鈉，含氯制劑的消毒原理大同小異，都是通過與水反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性的次氯酸，反應(yīng)如式（1）和式（2），次氯酸會(huì)分解形成新生態(tài)氧，通過次氯酸和新生態(tài)氧所具備的強(qiáng)氧化性使菌體病毒上的蛋白變性，從而達(dá)到殺菌消毒的目的。含氯藥劑的有效殺菌能力可通過有效氯濃度體現(xiàn)，一般都可通過投加量的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)有效殺菌。

CL2＋H2O＝HOCl＋Hˉ＋Clˉ（氯氣）（1）

NaOCl+H2O=HOCl+Na﹢+OHˉ（次氯酸鈉）（2）

應(yīng)用次氯酸鈉消毒的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生量上。在消毒過程中，和氯氣或二氧化氯不同，次氯酸鈉不會(huì)在水中產(chǎn)生游離分子氯，避免了氯代化合反應(yīng)，減少了消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生量【2】。同時(shí)，使用次氯酸鈉避免了氯氣與水反應(yīng)時(shí)鹽酸的產(chǎn)生，取而代之生成氫氧化，對(duì)于原水為弱酸性水庫水的水廠尤為適用。（大三角水廠原水取自上虞湯浦水庫，水質(zhì)呈弱酸性，常年pH值在6.5-6.8，日常需通過投加熟石灰調(diào)節(jié)pH，改造后水廠石灰投加量明顯降低）。同時(shí)生成的附產(chǎn)物為略帶嗅味的氯胺化合物，該物質(zhì)也是一種低效的消毒劑，不會(huì)造成安全問題【2】。

大三角水廠最先選用10%次氯酸鈉成品用于消毒使用，有效解決了氯氣管理的安全性問題。但成品次氯酸鈉多由電化廠通過氯氣和氫氧化鈉的中和反應(yīng)生成，其原料不可控，成品品質(zhì)不穩(wěn)定。工業(yè)制次氯酸鈉由于其反應(yīng)機(jī)制，常帶有游離堿（成品次氯酸鈉因含有0.6%-1%游離堿，對(duì)pH的提高效果更明顯，在原水pH較高的河道水源水廠應(yīng)用時(shí)需考慮這一情況）。次氯酸鈉在pH值小于7.5的環(huán)境下殺菌效果最好，選用游離堿含量較高的成品次氯酸鈉消毒，可能會(huì)影響消毒效果，并影響出水pH值。由于高濃度儲(chǔ)存和高溫環(huán)境下的歧化反應(yīng)，如式（3），高溫下NaClO不穩(wěn)定，易分解為NaClO3和NaCl。

3NaClO=NaClO3+2NaCl（3）

成品次氯酸鈉常含有少量氯酸鹽副產(chǎn)物，在7kg/kt（最大）投加量下，一般不會(huì)超過0.7mg/L的國家標(biāo)準(zhǔn)限制【3】。但其儲(chǔ)存時(shí)間不宜過長，儲(chǔ)存溫度要盡量低，且需要避光儲(chǔ)存。

使用發(fā)生器現(xiàn)場制取的次氯酸鈉對(duì)比成品次氯酸鈉，其原料為食鹽和水，生產(chǎn)過程不引入氫氧化鈉，原料相對(duì)可控，沒有化工產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)場制備時(shí)氯酸鹽產(chǎn)物極低，其中板式次氯酸鈉發(fā)生器氯酸鹽產(chǎn)物更低（表1）。

成品次氯酸鈉的安全隱患主要來自于藥劑運(yùn)輸與儲(chǔ)存。為保證水廠連續(xù)運(yùn)行，在使用成品次氯酸鈉時(shí)，大三角水廠設(shè)置了90t次氯酸鈉總儲(chǔ)量，如果按成品5%有效氯計(jì)算，總有效氯儲(chǔ)量達(dá)到4.5ｔ，而按次氯酸鈉發(fā)生器制備的有效氯為0.8%的次氯酸鈉溶液儲(chǔ)存時(shí)，總有效氯儲(chǔ)量為0.72t，泄漏風(fēng)險(xiǎn)大幅下降，水廠運(yùn)行管理安全性得到提升。

次氯酸鈉現(xiàn)場制備的風(fēng)險(xiǎn)主要來源于脫氫系統(tǒng)，食鹽電解工藝經(jīng)過多年的發(fā)展，已具備成熟的脫氫工藝。大三角水廠選用的次氯酸鈉發(fā)生裝置不論管式還是板式都裝備有氫氣脫氫桶，可在桶內(nèi)將氫氣稀釋至１％（體積比）以下排放，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于爆炸極限（4%-76%），而且1%含量以下的氫氣排放屬于有序排放，不會(huì)增加環(huán)境負(fù)荷。同時(shí)，廠區(qū)安裝了氫氣探頭，氫氣稀釋裝置、風(fēng)量報(bào)警等一系列自動(dòng)監(jiān)測和控制系統(tǒng)，多重保障氫氣有序、安全排放，安全性得到了進(jìn)一步保障。

在水廠的運(yùn)行過程中，后期維護(hù)相關(guān)的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)也是重要的參考依據(jù)。

大三角水廠在投人使用前的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，成品氯氣及成品次氯酸鈉前期投入成本較小，而次氯酸鈉發(fā)生器前期投入約是氯氣的2倍，是成品次氯酸鈉的3倍（表2）。然而對(duì)于后期運(yùn)行費(fèi)用來說，次氯酸鈉發(fā)生器的運(yùn)行成本為8.1元/kt，僅為成品次氯酸鈉的0.6倍，氯氣的1.6倍。其中，板式次氯酸鈉發(fā)生器由于其電效率得到了有效的提高，電耗最低，使用效率最高。在后期使用中，通過對(duì)相關(guān)水廠不同加氯工藝進(jìn)行成本核算，板式隔膜次氯酸鈉發(fā)生器的運(yùn)行成本相對(duì)最低的，基本符合前期調(diào)研結(jié)果，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

在技術(shù)因素之外，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，有許多其他因素影響水廠對(duì)消毒工藝的選擇。水廠消毒是民生需求，必須具備安全連續(xù)穩(wěn)定的特點(diǎn)，對(duì)消毒藥劑供給有較高要求。成品藥劑交通運(yùn)輸?shù)牟环€(wěn)定性及藥劑庫存的不安全性是選擇使用現(xiàn)場制備次氯酸鈉消毒工藝的重要原因。10%次氯酸鈉屬于危險(xiǎn)品范疇，在國家重大活動(dòng)期間其生產(chǎn)運(yùn)輸將受到嚴(yán)格控制，在重大社會(huì)活動(dòng)期間可能會(huì)出現(xiàn)藥劑供應(yīng)廠家暫時(shí)停產(chǎn)的情況，導(dǎo)致藥劑的應(yīng)急儲(chǔ)備急劇增加，從而影響水廠正常生產(chǎn)運(yùn)行，對(duì)水廠藥劑庫存安全儲(chǔ)備和生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定可靠可能帶來極大的考驗(yàn)。

此外，在政策方面，我國《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）以及全國第一部飲用水水質(zhì)地方標(biāo)準(zhǔn)—上海地方標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（DB31/T1091-2018）【4】中對(duì)消毒副產(chǎn)物有了明確的限定，這預(yù)示著水行業(yè)在發(fā)展過程中對(duì)消毒副產(chǎn)物的重點(diǎn)防治將是趨勢所向。因此，在大三角水廠進(jìn)行消毒工藝的選擇時(shí)，對(duì)消毒副產(chǎn)物指標(biāo)也進(jìn)行了細(xì)致的對(duì)比，選擇了副產(chǎn)物濃度更小的板式隔膜發(fā)生器，使該水廠在健康、安全消毒工藝的發(fā)展上走在了同行前列。

參考文獻(xiàn)：