南方某五間水廠消毒系統(tǒng)改造總結(jié)

胡小芳 劉清華 張曉娜 巢 猛

（東莞市東江水務(wù)有限公司，廣東東莞 523000）

1.前言

南方某市五間自來(lái)水廠自成立以來(lái)一直采用氯氣消毒的方式，在重大危險(xiǎn)源備案、反恐資料報(bào)送、應(yīng)對(duì)安監(jiān)局與公安局例行檢查、漏氯搶險(xiǎn)演習(xí)、應(yīng)急設(shè)備與漏氯吸收裝置維護(hù)、更換液氯鋼瓶以及氯庫(kù)相關(guān)操作與維護(hù)等方面耗費(fèi)了大量人力和物力。各水廠儲(chǔ)存液氯鋼瓶的氯庫(kù)均為重大危險(xiǎn)源，隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，各水廠加氯間與居民區(qū)之間的距離也在逐步縮小，安全風(fēng)險(xiǎn)逐步提升，氯氣泄漏事故一旦發(fā)生，擴(kuò)散的氯氣可能對(duì)周邊居民及環(huán)境造成較大危害，導(dǎo)致的負(fù)面社會(huì)影響難以估量。

各水廠均采用D 江水作為原水，原水pH均值約6.8，總硬度均值約40mg/L，屬于弱酸性、低硬度水體。經(jīng)過水廠的混凝沉淀和砂濾工藝后水體pH 值進(jìn)一步降低。由于氯氣在水中溶解生成了次氯酸和鹽酸，氯氣消毒后水體pH 值還會(huì)再次有所降低（當(dāng)水體有氨氮、投氯量處于折點(diǎn)加氯曲線的峰點(diǎn)之后時(shí)，投加氯氣后水體pH 降低幅度增大）。為了提高出廠水pH、增強(qiáng)管網(wǎng)水化學(xué)穩(wěn)定性，各水廠均在消毒工藝后增設(shè)了投堿工藝，耗堿成本較高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，將出廠水pH 升至7.0～7.2，各水廠平均投堿量約5mg/L（以純氫氧化鈉計(jì)），投堿平均成本約0.03 元/噸水。

而次氯酸鈉消毒的成本雖然比液氯高，但次氯酸鈉溶液本身就是強(qiáng)堿性溶液，因此，投加次氯酸鈉可明顯降低各水廠投堿量。次氯酸鈉可與水以任意比例互溶，不存在跑氣泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，其投加設(shè)備比液氯簡(jiǎn)單，安全性明顯高于液氯投加，可有效降低水廠安全風(fēng)險(xiǎn)，并可省去液氯投加的換氯瓶、維護(hù)加氯機(jī)、漏氯搶險(xiǎn)演習(xí)等大量人力物力?；诖?，各水廠近年來(lái)陸續(xù)將原有的液氯投加系統(tǒng)改造成為次氯酸鈉投加系統(tǒng)，并取得了較好的運(yùn)行效果。本文擬對(duì)消毒系統(tǒng)改造方案、運(yùn)行效果、運(yùn)行過程中存在的問題和解決方法進(jìn)行總結(jié)，為全國(guó)其它水廠消毒系統(tǒng)改造提供技術(shù)參考。

2.次氯酸鈉投加系統(tǒng)改造方案

2.1 藥劑供應(yīng)方式

次氯酸鈉供應(yīng)可采用現(xiàn)場(chǎng)制備或購(gòu)買成品藥劑的方式。

現(xiàn)場(chǎng)制備方式是采用次氯酸鈉發(fā)生器電解生成次氯酸鈉，投入成本較高、運(yùn)行管理要求高。購(gòu)買成品則投加和運(yùn)行方式相對(duì)簡(jiǎn)單、維護(hù)成本低，但次氯酸鈉不宜遠(yuǎn)途購(gòu)買，若水廠所在區(qū)域就近貨源充足、并有多家供貨廠家能確保不斷供，才能滿足次氯酸鈉投加的需要。經(jīng)調(diào)研，水廠周邊地區(qū)成品次氯酸鈉溶液生產(chǎn)廠家產(chǎn)量、運(yùn)輸?shù)惹闆r見表1。

表1 周邊地區(qū)成品次氯酸鈉溶液生產(chǎn)廠家情況

由于水廠周邊有多個(gè)廠家供應(yīng)自來(lái)水廠水處理劑級(jí)別的成品次氯酸鈉，且貨源充足，可保障各水廠的次氯酸鈉用量要求，故選擇購(gòu)買成品次氯酸鈉的供應(yīng)方式。

2.2 藥劑儲(chǔ)存方式

次氯酸鈉溶液穩(wěn)定性較差，存儲(chǔ)要求較高，若暴露在高溫、日照環(huán)境下，其有效氯含量會(huì)迅速衰減。故次氯酸鈉儲(chǔ)存容器應(yīng)盡可能密封以減少有效氯的衰減，同時(shí)宜放置在室內(nèi)低溫、避光環(huán)境下。水廠的次氯酸鈉儲(chǔ)存方式可采用10%原液儲(chǔ)存或者10%原液按一定比例稀釋后儲(chǔ)存的方式。

小試試驗(yàn)結(jié)果表明，將有效氯10%的次氯酸鈉溶液在室溫條件下（約30℃）避光儲(chǔ)存，10d內(nèi)次氯酸鈉有效氯的衰減率約0.3%～1.1%，對(duì)次氯酸鈉投加系統(tǒng)的影響較??；又考慮到各水廠消毒系統(tǒng)的占地限制，故采用次氯酸鈉10%原液儲(chǔ)存的方式，用耐強(qiáng)堿腐蝕的黑色PE 立罐密封避光儲(chǔ)存，各水廠儲(chǔ)藥罐總?cè)莘e均可滿足7～9 天次氯酸鈉用量。

2.3 投加系統(tǒng)

與液氯投加系統(tǒng)相比，次氯酸鈉投加系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，其主要流程為：

加藥間的儲(chǔ)藥罐設(shè)有通往室外的進(jìn)藥管，槽車通過此管道直接向儲(chǔ)藥罐灌藥，儲(chǔ)藥罐出藥管與次氯酸鈉加藥間連接。儲(chǔ)藥罐上還設(shè)置了溢流管、排空管等。

投加設(shè)備由計(jì)量泵、變頻器、流量計(jì)和電動(dòng)控制閥等組成。在投加工藝管線中設(shè)置Y 型過濾器、脈動(dòng)阻尼器、安全閥、排氣閥以及背壓閥等設(shè)備，保障整個(gè)投加系統(tǒng)運(yùn)行安全流暢。

次氯酸鈉投加系統(tǒng)立面圖見圖1。

圖1 次氯酸鈉投加系統(tǒng)立面圖

2.4 投加點(diǎn)

各水廠液氯投加系統(tǒng)自投產(chǎn)以來(lái)只設(shè)置了前加氯、主加氯投加點(diǎn)，主加氯采用單點(diǎn)投加方式。在此次消毒系統(tǒng)改造中，各水廠均在清水池后增設(shè)了補(bǔ)加氯投加點(diǎn)，主加氯采用兩點(diǎn)投加方式，可更好地保障出廠水余氯的穩(wěn)定性。

3.次氯酸鈉投加系統(tǒng)運(yùn)行效果

3.1 改造及運(yùn)行時(shí)間

五間水廠次氯酸鈉投加系統(tǒng)正式投入運(yùn)行的時(shí)間見表2。截至2020 年5 月，各水廠次氯酸鈉投加系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間約2 年至4.5 年；各水廠有設(shè)計(jì)供水規(guī)模18 萬(wàn)m3/d 天的小型水廠，有設(shè)計(jì)供水規(guī)模50～75 萬(wàn)m3/d 的中型水廠，也有設(shè)計(jì)供水規(guī)模110 萬(wàn)m3/d 的大型水廠，但其次氯酸鈉投加系統(tǒng)均保持了長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行效果，表明次氯酸鈉投加系統(tǒng)在大、中、小型水廠均有良好的適應(yīng)性。

表2 各水廠次氯酸鈉投加系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)間

3.2 改造后的消毒效果及水質(zhì)情況

各水廠將液氯投加系統(tǒng)改造成為次氯酸鈉投加系統(tǒng)以來(lái)，消毒效果和水質(zhì)情況長(zhǎng)期保持著穩(wěn)定良好的狀態(tài)。本文統(tǒng)計(jì)了2018 年7 月至2020 年4 月（共22 個(gè)月）的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)果如下。

3.2.1 出廠水和管網(wǎng)水余氯

3.2.2 出廠水和管網(wǎng)水微生物指標(biāo)

表4 2018 年7 月至2020 年4 月出廠水和管網(wǎng)水微生物指標(biāo)

3.2.3 出廠水和管網(wǎng)水消毒副產(chǎn)物指標(biāo)

由表3～表5 可知，各水廠將液氯投加系統(tǒng)改造成為次氯酸鈉投加系統(tǒng)后，從2018年7 月至2020 年4 月的22 個(gè)月內(nèi)，出廠水和管網(wǎng)水余氯范圍分別為0.60～1.30mg/L 和0.10～1.10mg/L，出廠水和管網(wǎng)水的余氯、微生物指標(biāo)、消毒副產(chǎn)物指標(biāo)均符合國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求，表明次氯酸鈉投加系統(tǒng)保持了長(zhǎng)期穩(wěn)定的消毒效果，可保障相關(guān)供水水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

表3 2018 年7 月至2020 年4 月出廠水和管網(wǎng)水余氯

表5 2018 年7 月至2020 年4 月出廠水和管網(wǎng)水消毒副產(chǎn)物指標(biāo)

4.消毒系統(tǒng)改造前后的藥劑用量和運(yùn)行成本核算

各水廠消毒系統(tǒng)改造前和改造后兩年內(nèi)投氯和投堿的藥劑用量和成本（C 水廠的數(shù)據(jù)為改造前后22 個(gè)月內(nèi)）見表6，其中藥耗成本以液氯單價(jià)3500 元/噸、次氯酸鈉單價(jià)800 元/噸、氫氧化鈉單價(jià)1860 元/噸（質(zhì)量濃度為32%）計(jì)。

由表6 可知，將液氯投加系統(tǒng)改造成為次氯酸鈉投加系統(tǒng)后，各水廠氫氧化鈉耗量明顯下降，其單位耗量由3.50～5.94mg/L（均值為4.88mg/L）降至1.01～1.79mg/L（均值為1.27mg/L）；各水廠投氯投堿藥耗成本明顯下降，五個(gè)水廠節(jié)省的藥耗成本總和為714.42 萬(wàn)元/年。

按表6 中的藥劑單位耗量數(shù)據(jù)和有效氯投加量約2.0mg/L 計(jì)，次氯酸鈉投加系統(tǒng)改造前后的單位水量藥耗成本見表7。由表7 可知，改造前后的投氯投堿總藥耗成本分別為0.0354元/噸水、0.0234 元/噸水，將液氯投加系統(tǒng)改造為次氯酸鈉投加系統(tǒng)后，節(jié)省的藥耗成本約0.012 元/噸水。

表6 各水廠消毒系統(tǒng)改造前后兩年內(nèi)的投氯和投堿藥劑用量和成本

表7 次氯酸鈉投加系統(tǒng)改造前后的單位水量藥耗成本

5.次氯酸鈉投加系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)注意的問題

5.1 儲(chǔ)藥設(shè)備的微滲漏問題

由于次氯酸鈉具有強(qiáng)腐蝕性，次氯酸鈉儲(chǔ)藥設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中存在微滲漏甚至明顯滲漏問題。某些水廠部分次氯酸鈉儲(chǔ)藥罐的出液口、閥門、焊接法蘭處等部位隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)出現(xiàn)了微滲漏現(xiàn)象，甚至有個(gè)別儲(chǔ)藥罐出現(xiàn)了明顯滲漏現(xiàn)象。故應(yīng)定期檢查次氯酸鈉儲(chǔ)藥設(shè)備是否運(yùn)行正常，對(duì)導(dǎo)致微滲漏的設(shè)備或配件進(jìn)行及時(shí)維修或更換老化配件，防止和減少儲(chǔ)藥設(shè)備微滲漏現(xiàn)象。次氯酸鈉儲(chǔ)藥間四周宜設(shè)置一定高度的防泄漏墻防止藥液外流，儲(chǔ)藥間與加藥間應(yīng)嚴(yán)格分開以防止儲(chǔ)藥設(shè)備發(fā)生泄漏時(shí)損壞次氯酸鈉投加設(shè)備；次氯酸鈉儲(chǔ)藥間宜設(shè)置集水溝和集水坑收集滲漏及放空溢流的液體，收集液可經(jīng)充分稀釋后排入室外雨水系統(tǒng)。

5.2 加藥間的防腐等問題

次氯酸鈉加藥間的防腐要求較高，可在加藥間地面、內(nèi)墻（柱、梁）一定高度（儲(chǔ)藥罐容積高度）及以下采用乙烯基樹脂涂料、儲(chǔ)藥罐容積高度以上采用乳膠漆的方式進(jìn)行防腐處理。

隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，次氯酸鈉溶液可能會(huì)腐蝕投加管道上的Y 型過濾器、雙活接球閥、計(jì)量泵泵頭單向閥的密封圈等，應(yīng)定期檢查投加泵、投加管道情況并及時(shí)更換腐蝕或老化的配件。

5.3 投加管道的排氣問題

次氯酸鈉在儲(chǔ)存過程中易分解產(chǎn)生氧氣等氣體并積聚于投加管道中形成氣囊，導(dǎo)致計(jì)量泵停用一段時(shí)間后再開啟時(shí)（如切換備用泵時(shí)）無(wú)法正常投藥。因此宜在次氯酸鈉投加管道安裝排氣閥和流量計(jì)，用排氣閥定期排除管道內(nèi)的氣體，用流量計(jì)監(jiān)控投加泵流量是否正常，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理異常情況。

5.4 原水pH 升高的問題

次氯酸鈉溶液為強(qiáng)堿性溶液，投加次氯酸鈉會(huì)使水體pH 升高。對(duì)于原水呈弱酸性、出廠前投堿提高出廠水pH 的水廠，投加次氯酸鈉與投加液氯相比，可大大節(jié)省投堿量，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但水廠原水pH 明顯升高時(shí)（如原水藻類升高時(shí)，其pH 和DO 明顯上升），投加次氯酸鈉后水體pH 會(huì)進(jìn)一步升高，故采用聚氯化鋁等鋁鹽混凝劑的水廠應(yīng)及時(shí)監(jiān)測(cè)濾后水和出廠水鋁含量，必要時(shí)及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝（如通過供水調(diào)度降低水廠制水量、延長(zhǎng)水處理工藝停留時(shí)間，適度降低聚氯化鋁投加量，投加高錳酸鉀、粉末活性炭等預(yù)處理劑強(qiáng)化藻類去除效果和混凝效果等），以避免出廠水鋁超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)；若原水pH 過高（如原水pH 在8.5 甚至9.0 以上），必要時(shí)可換用硫酸鋁作為混凝劑，以降低出廠水pH 值和鋁含量。

6.結(jié)論

南方某五間自來(lái)水廠將液氯投加系統(tǒng)改造成為次氯酸鈉投加系統(tǒng)后，保持著長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行效果，出廠水和管網(wǎng)水余氯、微生物、消毒副產(chǎn)物等水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

各水廠將液氯投加系統(tǒng)改造成為次氯酸鈉投加系統(tǒng)后，氫氧化鈉單位耗量均值由4.88mg/L 降至1.27mg/L，節(jié)省的投氯投堿藥耗成本總和為714.42 萬(wàn)元/年，單位水量藥耗成本降低了約0.012 元/噸水，除此之外還可省去液氯投加的換氯瓶、維護(hù)加氯機(jī)、漏氯搶險(xiǎn)演習(xí)等大量人力物力，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

次氯酸鈉投加系統(tǒng)不存在跑氣泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，可有效降低水廠及其周邊區(qū)域的安全風(fēng)險(xiǎn)，具有良好的社會(huì)效益。

次氯酸鈉投加系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，應(yīng)注意儲(chǔ)藥設(shè)備的微滲漏、加藥間的防腐、投加管道的排氣、原水pH 升高等問題。