水廠加氯消毒工藝改進，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，也影響到消毒副產物的產生。此外，消毒工藝所涉及的藥劑、設備等，也是水廠安全運行管理中心的重要部分，是各水廠關注的焦點。

水廠加氯消毒工藝改進實例

吳建江，李曉云，婁風

(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環(huán)節(jié)，也是保證水質的最后一關。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。隨著科學技術的發(fā)展，紫外線消毒、臭氧消毒等新方式逐漸進入人們的視線，然而，氯化消毒因其消毒效率高、效果持續(xù)穩(wěn)定、經濟成本可控等原因，仍然是水處理工藝中較為主流的消毒技術。

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)的主要產品，價格低廉，容易獲得，同時消毒效果明顯，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，氯氣作為劇毒危險化學品在運輸和儲存過程中具有安全隱患，受到公安、安監(jiān)部門嚴格監(jiān)管。同時在消毒過程中，氯氣分子與水中自然有機物發(fā)生反應，還會產生三氯甲烷等具有致癌性的消毒副產物；二氧化氯本身亦屬于危險品，且其反應副產物氯酸鹽含量較高。

上虞大三角水廠在尋找有效的氯氣替代工藝時，對比了二氧化氯和次氯酸鈉的工藝安全、消毒效率、維護成本等，選擇了更為安全、高效和經濟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)生器的使用三個過程，在摸索中獲得了一定的對比經驗，可用于后續(xù)數據分析，供其他水廠消毒工藝升級時參考。

上虞大三角水廠設計日處理水量為15萬t，投產時采用傳統(tǒng)氯氣消毒工藝。2013年，出于工藝安全以及消毒副產物控制的考慮，水廠決定升級消毒系統(tǒng)。當時在使用次氯酸鈉消毒時，行業(yè)內有次氯酸鈉發(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，利用計量泵加注至各投加點。因成品次氯酸鈉投加工藝工程量小，投產速度較快，前期投入小，大三角水廠選用采購10%次氯酸鈉成品運輸至現場稀釋到5%儲存并投加消毒，廢除了原加氯設備除余氯儀表外等全部設備，并增加了次氯酸鈉儲存投加設備，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，都是通過與水反應生成具有強氧化性的次氯酸，反應如式（1）和式（2），次氯酸會分解形成新生態(tài)氧，通過次氯酸和新生態(tài)氧所具備的強氧化性使菌體病毒上的蛋白變性，從而達到殺菌消毒的目的。含氯藥劑的有效殺菌能力可通過有效氯濃度體現，一般都可通過投加量的調節(jié)，實現有效殺菌。

CL2＋H2O＝HOCl＋Hˉ＋Clˉ（氯氣）（1）

NaOCl+H2O=HOCl+Na﹢+OHˉ（次氯酸鈉）（2）

應用次氯酸鈉消毒的優(yōu)勢主要體現在消毒副產物的產生量上。在消毒過程中，和氯氣或二氧化氯不同，次氯酸鈉不會在水中產生游離分子氯，避免了氯代化合反應，減少了消毒副產物的產生量【2】。同時，使用次氯酸鈉避免了氯氣與水反應時鹽酸的產生，取而代之生成氫氧化，對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，水質呈弱酸性，常年pH值在6.5-6.8，日常需通過投加熟石灰調節(jié)pH，改造后水廠石灰投加量明顯降低）。同時生成的附產物為略帶嗅味的氯胺化合物，該物質也是一種低效的消毒劑，不會造成安全問題【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生成，其原料不可控，成品品質不穩(wěn)定。工業(yè)制次氯酸鈉由于其反應機制，常帶有游離堿（成品次氯酸鈉因含有0.6%-1%游離堿，對pH的提高效果更明顯，在原水pH較高的河道水源水廠應用時需考慮這一情況）。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，可能會影響消毒效果，并影響出水pH值。由于高濃度儲存和高溫環(huán)境下的歧化反應，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物，在7kg/kt（最大）投加量下，一般不會超過0.7mg/L的國家標準限制【3】。但其儲存時間不宜過長，儲存溫度要盡量低，且需要避光儲存。

使用發(fā)生器現場制取的次氯酸鈉對比成品次氯酸鈉，其原料為食鹽和水，生產過程不引入氫氧化鈉，原料相對可控，沒有化工產品質量風險。現場制備時氯酸鹽產物極低，其中板式次氯酸鈉發(fā)生器氯酸鹽產物更低（表1）。

成品次氯酸鈉的安全隱患主要來自于藥劑運輸與儲存。為保證水廠連續(xù)運行，在使用成品次氯酸鈉時，大三角水廠設置了90t次氯酸鈉總儲量，如果按成品5%有效氯計算，總有效氯儲量達到4.5ｔ，而按次氯酸鈉發(fā)生器制備的有效氯為0.8%的次氯酸鈉溶液儲存時，總有效氯儲量為0.72t，泄漏風險大幅下降，水廠運行管理安全性得到提升。

次氯酸鈉現場制備的風險主要來源于脫氫系統(tǒng)，食鹽電解工藝經過多年的發(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，可在桶內將氫氣稀釋至１％（體積比）以下排放，遠遠低于爆炸極限（4%-76%），而且1%含量以下的氫氣排放屬于有序排放，不會增加環(huán)境負荷。同時，廠區(qū)安裝了氫氣探頭，氫氣稀釋裝置、風量報警等一系列自動監(jiān)測和控制系統(tǒng)，多重保障氫氣有序、安全排放，安全性得到了進一步保障。

在水廠的運行過程中，后期維護相關的經濟數據也是重要的參考依據。

大三角水廠在投人使用前的調研數據顯示，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）。然而對于后期運行費用來說，次氯酸鈉發(fā)生器的運行成本為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，通過對相關水廠不同加氯工藝進行成本核算，板式隔膜次氯酸鈉發(fā)生器的運行成本相對最低的，基本符合前期調研結果，具體數據如表1所示。

在技術因素之外，在實際生產過程中，有許多其他因素影響水廠對消毒工藝的選擇。水廠消毒是民生需求，必須具備安全連續(xù)穩(wěn)定的特點，對消毒藥劑供給有較高要求。成品藥劑交通運輸的不穩(wěn)定性及藥劑庫存的不安全性是選擇使用現場制備次氯酸鈉消毒工藝的重要原因。10%次氯酸鈉屬于危險品范疇，在國家重大活動期間其生產運輸將受到嚴格控制，在重大社會活動期間可能會出現藥劑供應廠家暫時停產的情況，導致藥劑的應急儲備急劇增加，從而影響水廠正常生產運行，對水廠藥劑庫存安全儲備和生產運行穩(wěn)定可靠可能帶來極大的考驗。

此外，在政策方面，我國《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）以及全國第一部飲用水水質地方標準—上海地方標準《生活飲用水衛(wèi)生標準》（DB31/T1091-2018）【4】中對消毒副產物有了明確的限定，這預示著水行業(yè)在發(fā)展過程中對消毒副產物的重點防治將是趨勢所向。因此，在大三角水廠進行消毒工藝的選擇時，對消毒副產物指標也進行了細致的對比，選擇了副產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：