水廠加氯系統(tǒng)改造與消毒效果評(píng)價(jià)

張志方, 潘旭峰

(新昌中法供水有限公司， 浙江 紹興 312500)

新昌龍山水廠位于浙江省紹興市新昌縣內(nèi)，自2002年建成并投入使用以來(lái)一直采用液氯消毒。氯氣是一種具有強(qiáng)氧化性、刺激性、高危險(xiǎn)性的有毒氣體，且液氯鋼瓶有1 MPa左右的高壓[1]。龍山水廠四周有大量村民居住，因此使用液氯消毒一直是水廠的一個(gè)重大安全隱患，水廠每年需要圍繞液氯開(kāi)展相關(guān)的備案、反恐資料報(bào)送、安全上崗證培訓(xùn)等工作，消耗大量的人力與物力。加氯系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，直接影響安全穩(wěn)定供水工作。

與液氯消毒相比，次氯酸鈉消毒工藝運(yùn)行方便，且兩種方法的基建費(fèi)用、直接運(yùn)行費(fèi)用(主要是藥費(fèi))和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用之和基本相當(dāng)。次氯酸鈉具有操作安全、使用方便、易于儲(chǔ)存、對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)很多水廠相繼將液氯消毒改造成次氯酸鈉消毒。

考慮到對(duì)液氯的安全管理越來(lái)越嚴(yán)格，且液氯在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用過(guò)程中確實(shí)存在著諸多安全隱患和管理不便，龍山水廠于2018年1月對(duì)加氯系統(tǒng)實(shí)施了升級(jí)改造，完成NaClO代替液氯消毒改造工程并投入使用。

1 項(xiàng)目概況

龍山水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為6×104m3/d，負(fù)責(zé)向新昌城區(qū)及嵊州部分地區(qū)供水。水廠采用常規(guī)處理工藝，投加石灰調(diào)節(jié)原水pH，混凝劑為液態(tài)PAC，助濾劑為活化硅酸，改造前的工藝流程如圖1所示。

改造前后其他工藝條件不變，但由于次氯酸鈉見(jiàn)光或環(huán)境溫度高于30℃時(shí)易分解，因此在清水池增設(shè)了補(bǔ)加氯工藝流程，見(jiàn)圖2。

圖1 使用液氯消毒的工藝流程Fig.1 The process flow of using liquid chlorine for disinfection

圖2 使用次氯酸鈉消毒的工藝流程Fig.2 The process flow of using sodium hypochlorite for disinfection

2 設(shè)備對(duì)比

2.1 液氯投加系統(tǒng)

液氯投加系統(tǒng)的主要設(shè)備包括自動(dòng)真空加氯系統(tǒng)與中和系統(tǒng)。

自動(dòng)真空加氯系統(tǒng)包括：吊裝橫車(chē)、液氯儲(chǔ)罐、加氯歧管、液氯捕集及過(guò)濾器、自動(dòng)切換裝置、減壓過(guò)濾裝置、真空調(diào)節(jié)器、自動(dòng)真空加氯機(jī)、水射器、漏氯報(bào)警儀、余氯儀和電子臺(tái)秤等主要部件。中和系統(tǒng)包括：中和泵、中和塔和中和池。

龍山水廠有8個(gè)液氯儲(chǔ)罐，每個(gè)儲(chǔ)罐容量為1 t，日常儲(chǔ)量不超過(guò)5 t。根據(jù)水質(zhì)和水量，液氯用量在60～100 kg/d，液氯儲(chǔ)量可以滿足約45 d的使用。

水廠配備3臺(tái)加氯機(jī)，2臺(tái)正常使用，負(fù)責(zé)前加氯和后加氯，1臺(tái)備用。正常使用的加氯機(jī)其設(shè)計(jì)最大流量為20 kg/h，最大投加濃度為8 mg/L；備用加氯機(jī)設(shè)計(jì)最大流量為10 kg/h，最大投加濃度為4 mg/L。中和塔直徑為1 600 mm，中和速度為1 000 kg/h,中和池直徑為1 600 mm，容積為10 m3。液氯投加系統(tǒng)設(shè)備繁多，發(fā)生故障的概率較高，維護(hù)成本很大。

2.2 次氯酸鈉投加系統(tǒng)設(shè)備

2.2.1次氯酸鈉卸料和自動(dòng)配比控制臺(tái)

該控制臺(tái)由次氯酸鈉卸料泵和自動(dòng)配比控制箱組成。卸料時(shí)，在控制臺(tái)設(shè)置好稀釋比例后，水從罐體底部加入儲(chǔ)藥罐，次氯酸鈉通過(guò)次氯酸鈉提升泵從頂部加入。由于密度不同，次氯酸鈉與罐體底部的水形成對(duì)流，同時(shí)自動(dòng)完成稀釋操作。卸料泵采用SMF-402HC5次氯酸鈉專(zhuān)用泵，揚(yáng)程為23 m，流速為460 L/min。

2.2.2次氯酸鈉儲(chǔ)藥罐

將原液氯鋼瓶?jī)?chǔ)藏間改造后作為次氯酸鈉儲(chǔ)藥罐存放間，儲(chǔ)罐共3個(gè)，2用1備。單個(gè)儲(chǔ)罐容量為15 t，總儲(chǔ)量為45 t。儲(chǔ)藥罐用超聲波液位計(jì)核算儲(chǔ)量和用量，每個(gè)罐體側(cè)面設(shè)有旁通液位指示計(jì)，便于觀察。龍山水廠使用量為800～1000 kg/d,儲(chǔ)液罐裝滿后可保證45 d的使用。

2.2.3次氯酸鈉投加泵

采用DDI150-4型高精度計(jì)量泵，流量在0～150 L/h，投加泵出口壓力為1～4 bar，控制精度達(dá)到0.01 L/h。計(jì)量泵共4 臺(tái)，1臺(tái)用于前加氯，3臺(tái)用于后加氯(2用1備)。

2.2.4投加泵反沖洗裝置

采用定期自動(dòng)反沖洗系統(tǒng)維護(hù)，防止NaClO固體在泵體內(nèi)沉積堵塞。

2.2.5次氯酸鈉PLC柜

通常可在中控室電腦上操作次氯酸鈉的投加，電腦死機(jī)等特殊情況下，可在現(xiàn)場(chǎng)次氯酸鈉PLC柜調(diào)整投加參數(shù)。

3 消毒成本對(duì)比

3.1 前期投入

氯氣消毒系統(tǒng)前期投入包括液氯鋼瓶?jī)?chǔ)藏室、加氯機(jī)機(jī)房和漏氯中和設(shè)備房各1間。投加設(shè)備復(fù)雜且成本昂貴，其中漏氯檢測(cè)吸收裝置造價(jià)為25萬(wàn)元/套，加氯機(jī)造價(jià)為10萬(wàn)元/臺(tái)，需配備3臺(tái)。加氯機(jī)管路及個(gè)人防護(hù)用品(3套帶壓縮空氣呼吸裝置的保護(hù)工裝)約花費(fèi)10萬(wàn)元，且所有運(yùn)行人員需進(jìn)行?；飞蠉徟嘤?xùn)。

次氯酸鈉消毒系統(tǒng)前期投入包括次氯酸鈉儲(chǔ)罐存放室1間(只需原液氯鋼瓶?jī)?chǔ)藏室面積的一半)、加氯機(jī)機(jī)房1間。投加設(shè)備比較簡(jiǎn)單，整套投加設(shè)備(包括安裝)造價(jià)為40萬(wàn)元，不需要中和設(shè)備房，人員操作不需要危化品上崗培訓(xùn)，僅需要公司內(nèi)部培訓(xùn)。

從前期投入成本來(lái)看，次氯酸鈉消毒系統(tǒng)的投入資金大大少于氯氣消毒系統(tǒng)。

3.2 后期使用成本

改造前和改造后龍山水廠氯單耗平均值(不包括施工期)見(jiàn)表1。

次氯酸鈉和液氯的有效成分均以有效氯形式表示，因此兩者在生產(chǎn)上的有效氯的用量理論上應(yīng)相近。由表1可知，次氯酸鈉(有效氯10%)實(shí)際投加量平均值約為液氯的9倍，次氯酸鈉氯單耗平均值小于液氯氯單耗平均值。

水廠液氯成本為3 200元/t，次氯酸鈉成本為1 100元/t。按供水量6×104m3/d計(jì)，使用液氯消毒和次氯酸鈉的年使用成本分別約為114 400和355 600元，總使用成本見(jiàn)表2。

表1 改造前后的氯單耗平均值Tab.1 Average chlorine consumption before and after reconstrution mg·L-1

表2 次氯酸鈉和氯氣消毒年成本Tab.2 Annual cost of disinfection by sodium hypochlorite and chlorine 元·a-1

3.3 綜合成本

前期設(shè)備的投入成本方面，液氯消毒和次氯酸鈉消毒分別約為65和40萬(wàn)元，但次氯酸鈉消毒的土地和設(shè)備用房投入比液氯少100萬(wàn)元。后期使用成本方面，液氯消毒和次氯酸鈉消毒分別約為27和37萬(wàn)元/a。液氯投加設(shè)備和次氯酸鈉投加設(shè)備的設(shè)計(jì)年限都以15 a計(jì)算，在使用周期內(nèi)兩者的總成本基本相當(dāng)。

4 安全管理對(duì)比

4.1 液氯投加系統(tǒng)

氯氣作為危險(xiǎn)物品，在采購(gòu)、運(yùn)輸、裝卸、使用和維護(hù)等流程中都有嚴(yán)格的管理要求及法律監(jiān)管。采購(gòu)前需報(bào)批；裝卸時(shí)操作人員需使用專(zhuān)用工具，穿戴正壓式空氣呼吸器和全身式防護(hù)服；使用中需經(jīng)常檢測(cè)氯氣是否泄漏；維護(hù)檢查時(shí)，也需使用專(zhuān)用工具，穿戴個(gè)人防護(hù)用品。水廠所有涉及氯氣作業(yè)的人員必須取得?；纷鳂I(yè)上崗證并每年復(fù)審、培訓(xùn)。

同時(shí)液氯鋼瓶作為重大危險(xiǎn)源，水廠必須編制危機(jī)演練方案并接受的安全檢查。依據(jù)的相關(guān)法律主要包括：《中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法》、《危險(xiǎn)化學(xué)品管理?xiàng)l例》、《氯氣安全規(guī)程》(GB 11984—2008)、《建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50016—2014)、《生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位安全生產(chǎn)事故應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則》(GB/T 29639—2013)、《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》(GB 18218—2009)、《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》(國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第40號(hào))、《液氯使用安全技術(shù)要求》(AQ 3014—2008)。

4.2 次氯酸鈉投加系統(tǒng)

次氯酸鈉的主要風(fēng)險(xiǎn)為腐蝕性。采購(gòu)前，不需要報(bào)批；裝卸時(shí)，操作人員佩戴直接式防毒面具(半面罩)和化學(xué)安全防護(hù)眼鏡，穿防腐工作服，戴橡膠手套；使用和維護(hù)檢查時(shí)，穿戴個(gè)人防護(hù)用品；水廠所有涉及次氯酸鈉作業(yè)的人員不需要?；纷鳂I(yè)上崗證。依據(jù)的相關(guān)法律主要包括：《次氯酸鈉溶液》(GB 19106—2013)、《次氯酸鈉溶液包裝要求》(GB 19107—2003)。

5 消毒效果對(duì)比

5.1 消毒CT值和消毒副產(chǎn)物

次氯酸鈉消毒原理與氯氣消毒原理相同。消毒接觸時(shí)間和消毒劑余量應(yīng)滿足目標(biāo)CT值的要求。《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)規(guī)定了氯消毒的基本要求：與水接觸時(shí)間大于30 min，出廠水余氯值大于0.3 mg/L。龍山水廠加氯系統(tǒng)由氯氣投加改造為次氯酸鈉投加，并未改變?cè)都狱c(diǎn)，只是在清水池增加了1個(gè)投加點(diǎn)，因此在水廠制水工藝不變的情況下，次氯酸鈉與水的接觸時(shí)間滿足要求。

次氯酸鈉消毒系統(tǒng)投入使用后的檢測(cè)結(jié)果表明，龍山水廠出廠水消毒劑殘留濃度和消毒副產(chǎn)物都符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 余氯

由表3所示，加氯系統(tǒng)改造前(2017年)和改造后(2018年)，原水同期的平均濁度和平均氨氮基本不變，在投加氯單耗平均值基本相同的情況下，余氯平均值相同。說(shuō)明次氯酸鈉的消毒損耗與液氯消毒損耗接近。

表3 改造前后同期平均余氯 Tab.3 Average residual chlorine before and after reconstruction

5.3 菌落總數(shù)和總大腸桿菌

加氯系統(tǒng)改造前后，原水的菌落總數(shù)和總大腸菌群數(shù)雖然有差異，在基本相同的氯單耗投加下，出廠水的菌落總數(shù)和總大腸菌群數(shù)都能做到未檢出，見(jiàn)表4。

因此，生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)表明次氯酸鈉消毒與液氯消毒能達(dá)到同等效果，滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)中的微生物指標(biāo)要求。

表4 改造前后同期微生物指標(biāo)平均值Tab.4 Average value of microbial index before and after reconstruction

6 結(jié)論

① 次氯酸鈉投加系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單、操作安全、維護(hù)簡(jiǎn)單、占地少，解決了液氯投加系統(tǒng)存在的重大安全隱患，減少了操作人員更換氯瓶等工作量。

② 使用次氯酸鈉藥劑成本雖然較使用液氯成本提高，但包括前期投入和后期使用維護(hù)等在內(nèi)的總成本接近。

③ 安全管理上，液氯作為危險(xiǎn)品，有嚴(yán)格的安全管理要求和規(guī)定。使用次氯酸鈉的安全管理則相對(duì)簡(jiǎn)單，省時(shí)省力。

④ 通過(guò)比較改造前后同時(shí)期的余氯、菌落總數(shù)和總大腸桿菌3個(gè)指標(biāo)，結(jié)果表明用次氯酸鈉消毒與液氯消毒能達(dá)到同等效果。

⑤ 龍山水廠加氯系統(tǒng)的成功改造運(yùn)行說(shuō)明，次氯酸鈉替代液氯作為消毒劑是可行的，也為類(lèi)似水廠消毒系統(tǒng)的建設(shè)提供了參考依據(jù)。