次氯酸鈉消毒在大型水廠的優(yōu)化與創(chuàng)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(tǒng)的概況

宋六陵水廠設(shè)計(jì)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(guī)工藝，因原水pH值較低投加石灰進(jìn)行酸堿度調(diào)節(jié)。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(jīng)在線自來水稀釋至5%有效氯溶液并儲(chǔ)備在原料桶內(nèi)，通過精確計(jì)量將次氯酸鈉輸送到水廠各工藝投加點(diǎn)，分別在沉前、濾前、濾后、出廠四點(diǎn)投加，共計(jì)有數(shù)字泵22臺(tái)，其中375 L/h流量12臺(tái)，60 L/h流量10臺(tái)。水廠次氯酸鈉儲(chǔ)備系統(tǒng)有30 t儲(chǔ)罐10只，最大儲(chǔ)備量300 t，可滿足高峰時(shí)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(zhì)量難控。次氯酸鈉的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，在各領(lǐng)域中的成品品質(zhì)要求各不相同。雖然成品次氯酸鈉生產(chǎn)工藝均采用燒堿和液氯反應(yīng)制備，但由于一些生產(chǎn)廠家利用了化工廢酸廢堿作為生產(chǎn)原料，使市場(chǎng)中的成品質(zhì)量參差不齊，產(chǎn)品價(jià)格也相差懸殊，對(duì)成品品質(zhì)的有效保障帶來風(fēng)險(xiǎn)。

（2）副產(chǎn)物氯酸鹽偏高風(fēng)險(xiǎn)。目前國內(nèi)沒有針對(duì)次氯酸鈉的氯酸鹽指標(biāo)限值，而根據(jù)歐盟標(biāo)準(zhǔn)，次氯酸鈉氯酸鹽含量要低于有效氯的5.4%。調(diào)研及實(shí)驗(yàn)證明，高濃度的次氯酸鈉溶液非常容易分解，25℃時(shí)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(fā)生了歧化反應(yīng)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(chǔ)備時(shí)間長則容易導(dǎo)致氯酸根含量超標(biāo),國內(nèi)曾出現(xiàn)因投加高濃度成品次氯酸鈉導(dǎo)致出廠水副產(chǎn)物超標(biāo)（氯酸鹽限值0.7 mg/L）的案例。為減少副產(chǎn)物產(chǎn)生，水廠目前采用成品到廠后進(jìn)行對(duì)半稀釋至5%。

（3）成品質(zhì)量檢測(cè)監(jiān)控滯后。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，水廠對(duì)每批產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)廠檢測(cè)，但由于重金屬、副產(chǎn)物等指標(biāo)部分水廠不具備檢測(cè)能力，均送外檢測(cè)，檢測(cè)報(bào)告的獲取往往滯后于成品在水廠中的使用，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量事實(shí)上無法有效監(jiān)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(xiǎn)品，運(yùn)輸需要具有相關(guān)資質(zhì)的專門危險(xiǎn)品車輛，如遇重大會(huì)議活動(dòng)等特殊期間，危險(xiǎn)品禁運(yùn)或者生產(chǎn)廠家停產(chǎn)，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(xiàn)場(chǎng)制備改造

宋六陵水廠次氯酸鈉系統(tǒng)的升級(jí)改造，在保留原有次氯酸鈉儲(chǔ)備、投加系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，新增次氯酸鈉現(xiàn)場(chǎng)制備系統(tǒng)并配套投加泵。現(xiàn)場(chǎng)制備系統(tǒng)主要由鹽水系統(tǒng)、次鈉發(fā)生裝置、脫氫及中轉(zhuǎn)系統(tǒng)、酸洗系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。

（1）鹽水系統(tǒng)

鹽水系統(tǒng)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(nèi)置軟化樹脂，通過離子交換反應(yīng)進(jìn)行水質(zhì)軟化，全自動(dòng)運(yùn)行，能夠反洗再生。再生時(shí)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(jié)構(gòu)，分兩格設(shè)置，上部為溶鹽區(qū)下部為飽和鹽區(qū)，設(shè)有過濾網(wǎng)和濾頭過濾。軟水器出水一路進(jìn)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(fā)生裝置

次鈉發(fā)生裝置包括鹽水泵、整流器、電解發(fā)生器等設(shè)備。鹽水泵設(shè)2臺(tái)，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(fā)生器進(jìn)行電解。電解槽2用1備共配置3臺(tái)，每臺(tái)內(nèi)有復(fù)合電極若干塊，按外形分有管式和板式兩種，因效能高本項(xiàng)目采用板式。次鈉發(fā)生裝置主要技術(shù)參數(shù)有：?jiǎn)闻_(tái)有效氯產(chǎn)量(以Cl2) ≥20 kg/h （次氯酸鈉濃度：≥0.8%；結(jié)構(gòu)形式：板式或管式；鹽耗：≤3.5 kg/ kgCl2；交流電耗：≤3.5 kWh/ kgCl2）；進(jìn)水溫度范圍：0~32 ℃；陽極材質(zhì)：采用純鈦?zhàn)鳛榛闹谱鳎枠O表面涂稀土金屬氧化物涂層；陰極材質(zhì)：鈦；電極壽命：＞5年；酸洗間隔時(shí)間：累積工作時(shí)間超過4000 h。每臺(tái)發(fā)生器配整流器1臺(tái)，每臺(tái)額定功率80 kW，運(yùn)行功率68 kW。

采用水冷方式，長期排水。單臺(tái)排放量0.5m3/h。

（3）脫氫及中轉(zhuǎn)系統(tǒng)

發(fā)生器在電解的過程會(huì)產(chǎn)生很少量的氫氣副產(chǎn)物，氫氣是易燃易爆物質(zhì)，國家標(biāo)準(zhǔn)空間氫氣濃度必須達(dá)到3%以下，為了更加安全可靠的運(yùn)行本系統(tǒng)，控制要求氫氣濃度低于1%，以達(dá)到零氫氣及零氣殘留，實(shí)時(shí)對(duì)氫氣進(jìn)行強(qiáng)制稀釋并排放，脫氫系統(tǒng)主要包含排氫桶或排氫管、排氫風(fēng)機(jī)、藥劑中轉(zhuǎn)罐。本系統(tǒng)采用二級(jí)排放方式：次氯酸鈉與氫氣的混合物流經(jīng)輸出管道，首先進(jìn)行一次汽液分離（氫氣比液體輕），然后液體進(jìn)入存儲(chǔ)槽，在進(jìn)入存儲(chǔ)槽之前再次進(jìn)行汽液分離，同時(shí)使用強(qiáng)排風(fēng)機(jī)往存儲(chǔ)槽內(nèi)打入空氣，由于強(qiáng)排打入的空氣壓力大，存儲(chǔ)槽內(nèi)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(chǔ)槽內(nèi)只能剩下空氣，微量氣及氫氣被稀釋并強(qiáng)排進(jìn)入空氣，然后安全排放。排氫系統(tǒng)電氣部分均采用防爆產(chǎn)品，確保氫氣排放徹底、安全。

（4）酸洗系統(tǒng)

由于自來水中含有鈣鎂離子，設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，水中硬度可能會(huì)導(dǎo)致電解槽電壓升高，電流達(dá)不到額定值，電解陽極和陰極之間因結(jié)垢而發(fā)生擊穿，有效氯產(chǎn)量達(dá)不到額定值，設(shè)備因電極結(jié)垢無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，因此需要對(duì)電解槽電極定期進(jìn)行酸洗。本項(xiàng)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(dòng)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(shè)計(jì)成自動(dòng)運(yùn)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(shí)長1 h。

（5）配電及控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要包括配電箱、PLC柜、水溫計(jì)、氫氣濃度探測(cè)儀、氯濃度儀等。系統(tǒng)運(yùn)行總功率210kW。配電柜需具備雙回路自動(dòng)切換功能。次氯酸鈉制備系統(tǒng)從食鹽溶解到投加均可實(shí)現(xiàn)PLC全自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。為保證安全，在室內(nèi)高點(diǎn)設(shè)置氫氣探測(cè)儀及時(shí)探測(cè)氫氣濃度，一旦檢測(cè)有氫氣泄漏立即報(bào)警并及時(shí)抽風(fēng)排氣，保證車間安全。

（6）系統(tǒng)布置

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

二期低配增設(shè)抽屜式開關(guān)2只，鋪設(shè)電纜2路至次鈉間，次鈉間增設(shè)自動(dòng)切換配電柜1組；現(xiàn)有30t次鈉儲(chǔ)罐2只，更改為中轉(zhuǎn)桶（含有風(fēng)機(jī)及提升泵），應(yīng)急情況下可做儲(chǔ)罐使用；原一、二期蒸發(fā)器間作為投加泵放置位置，共新設(shè)投加泵8臺(tái)；原泄氯回收間作為配電柜、整流器、發(fā)生器放置位置，共設(shè)配電柜1組、整流器3臺(tái)、發(fā)生器3臺(tái)，并配脫氫管；現(xiàn)小維修車間作為軟水器、溶鹽池放置位置，共設(shè)軟水器1組、溶鹽池2只。

四、結(jié)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(chǎn)運(yùn)行的安全性。

（2）現(xiàn)場(chǎng)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(jié)約100萬元以上，6.5年即可收回投資成本。且隨著危險(xiǎn)品運(yùn)輸費(fèi)越來越高的趨勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉越來越具有較好的投資價(jià)值。

（3）相比成品次氯酸鈉，現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉運(yùn)行安全性更高，運(yùn)行管理更加安全。

（4）現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉技術(shù)已成熟，可以推廣應(yīng)用。為降低投資風(fēng)險(xiǎn)，建議在大型水廠中可以穩(wěn)妥推進(jìn)，采用分階段實(shí)施的方式，第一階段先租賃現(xiàn)場(chǎng)制備設(shè)備，待各方面條件成熟后再購回設(shè)備投資。