次氯酸鈉消毒在大型水廠的優化與創新

王慶松 ， 宋淑芬 ， 柯丞東

（紹興市制水有限公司 ， 浙 江紹 興   3120000）

一、成品次氯酸鈉系統的概況

宋六陵水廠設計日供水70萬t（按80萬t校核），其中一期40萬t/d，二期30萬t/d（按40萬t/d校核）。原水為水庫水，采用常規工藝，因原水pH值較低投加石灰進行酸堿度調節。原液氯投加量為2.0 mg/L。

改造后采用10%商品次氯酸鈉溶液，經在線自來水稀釋至5%有效氯溶液并儲備在原料桶內，通過精確計量將次氯酸鈉輸送到水廠各工藝投加點，分別在沉前、濾前、濾后、出廠四點投加，共計有數字泵22臺，其中375 L/h流量12臺，60 L/h流量10臺。水廠次氯酸鈉儲備系統有30 t儲罐10只，最大儲備量300 t，可滿足高峰時期10 d的用量。

二、存在的問題

成品次氯酸鈉用于水廠消毒，主要存在以下問題：

（1）質量難控。次氯酸鈉的應用領域廣泛，在各領域中的成品品質要求各不相同。雖然成品次氯酸鈉生產工藝均采用燒堿和液氯反應制備，但由于一些生產廠家利用了化工廢酸廢堿作為生產原料，使市場中的成品質量參差不齊，產品價格也相差懸殊，對成品品質的有效保障帶來風險。

（2）副產物氯酸鹽偏高風險。目前國內沒有針對次氯酸鈉的氯酸鹽指標限值，而根據歐盟標準，次氯酸鈉氯酸鹽含量要低于有效氯的5.4%。調研及實驗證明，高濃度的次氯酸鈉溶液非常容易分解，25℃時每天損失0.15 mg/L左右，溫度越高、濃度越大則氯損失越多，主要是ClO—發生了歧化反應生成氯酸根。成品次氯酸鈉含有效氯濃度一般在10%以上，若出廠前儲備時間長則容易導致氯酸根含量超標,國內曾出現因投加高濃度成品次氯酸鈉導致出廠水副產物超標（氯酸鹽限值0.7 mg/L）的案例。為減少副產物產生，水廠目前采用成品到廠后進行對半稀釋至5%。

（3）成品質量檢測監控滯后。為保證產品質量，水廠對每批產品進行進廠檢測，但由于重金屬、副產物等指標部分水廠不具備檢測能力，均送外檢測，檢測報告的獲取往往滯后于成品在水廠中的使用，導致產品質量事實上無法有效監控。

（4）貨源難以有效保障。氯含量10%的次氯酸鈉溶液屬于危險品，運輸需要具有相關資質的專門危險品車輛，如遇重大會議活動等特殊期間，危險品禁運或者生產廠家停產，貨源難以有效保證。

（5）使用成本偏高。雖然水廠在使用次氯酸鈉后綜合成本變化不大，但如果僅考慮氯消毒劑成本，其使用成本偏高。

三、宋六陵水廠現場制備改造

宋六陵水廠次氯酸鈉系統的升級改造，在保留原有次氯酸鈉儲備、投加系統的基礎上，新增次氯酸鈉現場制備系統并配套投加泵。現場制備系統主要由鹽水系統、次鈉發生裝置、脫氫及中轉系統、酸洗系統、控制系統組成。

（1）鹽水系統

鹽水系統主要包含軟水器、溶鹽池（罐）組成。軟水器主要凈化去除水中鈣鎂硬度，依靠內置軟化樹脂，通過離子交換反應進行水質軟化，全自動運行，能夠反洗再生。再生時需排水，每3 d一次，每次1.5 h，排水2 m3。溶鹽池將食鹽溶解為飽和食鹽水，采用鋼筋混凝土結構，分兩格設置，上部為溶鹽區下部為飽和鹽區，設有過濾網和濾頭過濾。軟水器出水一路進入溶鹽池作為食鹽溶解水，一路作為飽和食鹽稀釋水。

（2）次鈉發生裝置

次鈉發生裝置包括鹽水泵、整流器、電解發生器等設備。鹽水泵設2臺，分別將飽和食鹽水和稀釋水按比例配制成濃度為3%的鹽水打入次鈉發生器進行電解。電解槽2用1備共配置3臺，每臺內有復合電極若干塊，按外形分有管式和板式兩種，因效能高本項目采用板式。次鈉發生裝置主要技術參數有：單臺有效氯產量(以Cl2) ≥20 kg/h （次氯酸鈉濃度：≥0.8%；結構形式：板式或管式；鹽耗：≤3.5 kg/ kgCl2；交流電耗：≤3.5 kWh/ kgCl2）；進水溫度范圍：0~32 ℃；陽極材質：采用純鈦作為基材制作，陽極表面涂稀土金屬氧化物涂層；陰極材質：鈦；電極壽命：＞5年；酸洗間隔時間：累積工作時間超過4000 h。每臺發生器配整流器1臺，每臺額定功率80 kW，運行功率68 kW。

采用水冷方式，長期排水。單臺排放量0.5m3/h。

（3）脫氫及中轉系統

發生器在電解的過程會產生很少量的氫氣副產物，氫氣是易燃易爆物質，國家標準空間氫氣濃度必須達到3%以下，為了更加安全可靠的運行本系統，控制要求氫氣濃度低于1%，以達到零氫氣及零氣殘留，實時對氫氣進行強制稀釋并排放，脫氫系統主要包含排氫桶或排氫管、排氫風機、藥劑中轉罐。本系統采用二級排放方式：次氯酸鈉與氫氣的混合物流經輸出管道，首先進行一次汽液分離（氫氣比液體輕），然后液體進入存儲槽，在進入存儲槽之前再次進行汽液分離，同時使用強排風機往存儲槽內打入空氣，由于強排打入的空氣壓力大，存儲槽內殘留的氫氣及次氯酸鈉溶液分解出的微量氣必將通過排氫管道排出，存儲槽內只能剩下空氣，微量氣及氫氣被稀釋并強排進入空氣，然后安全排放。排氫系統電氣部分均采用防爆產品，確保氫氣排放徹底、安全。

（4）酸洗系統

由于自來水中含有鈣鎂離子，設備運行一段時間后，水中硬度可能會導致電解槽電壓升高，電流達不到額定值，電解陽極和陰極之間因結垢而發生擊穿，有效氯產量達不到額定值，設備因電極結垢無法正常運轉等現象，因此需要對電解槽電極定期進行酸洗。本項目酸清洗裝置主要由支架、酸洗泵、文丘里管（射流器）、配酸電動閥、酸洗罐（200L PE桶）、液位傳感器、Y型過濾器等組成。酸洗液為5%的檸檬酸，酸洗設計成自動運行。具體酸洗周期因鹽水硬度差異而不同，1~2年酸洗一次，每次酸洗時長1 h。

（5）配電及控制系統

控制系統主要包括配電箱、PLC柜、水溫計、氫氣濃度探測儀、氯濃度儀等。系統運行總功率210kW。配電柜需具備雙回路自動切換功能。次氯酸鈉制備系統從食鹽溶解到投加均可實現PLC全自動控制和遠程實時監控管理。為保證安全，在室內高點設置氫氣探測儀及時探測氫氣濃度，一旦檢測有氫氣泄漏立即報警并及時抽風排氣，保證車間安全。

（6）系統布置

利用液氯替代后空置的原一、二期蒸發器間，原泄氯回收間、小維修車間進行重新系統布置，具體布置如下：

二期低配增設抽屜式開關2只，鋪設電纜2路至次鈉間，次鈉間增設自動切換配電柜1組；現有30t次鈉儲罐2只，更改為中轉桶（含有風機及提升泵），應急情況下可做儲罐使用；原一、二期蒸發器間作為投加泵放置位置，共新設投加泵8臺；原泄氯回收間作為配電柜、整流器、發生器放置位置，共設配電柜1組、整流器3臺、發生器3臺，并配脫氫管；現小維修車間作為軟水器、溶鹽池放置位置，共設軟水器1組、溶鹽池2只。

四、結論與建議

（1）次氯酸鈉替代液氯的消毒方式，解決了液氯的重大安全隱患，大大提高生產運行的安全性。

（2）現場制備次氯酸鈉具有較好的投資收益，以宋六陵水廠為例，消毒成本每年可節約100萬元以上，6.5年即可收回投資成本。且隨著危險品運輸費越來越高的趨勢，現場制備次氯酸鈉越來越具有較好的投資價值。

（3）相比成品次氯酸鈉，現場制備次氯酸鈉運行安全性更高，運行管理更加安全。

（4）現場制備次氯酸鈉技術已成熟，可以推廣應用。為降低投資風險，建議在大型水廠中可以穩妥推進，采用分階段實施的方式，第一階段先租賃現場制備設備，待各方面條件成熟后再購回設備投資。