自来水厂次氯酸钠消毒工艺改造及效果分析

一、引言

目前，自来水厂在消毒工艺环节常见的方案有液氯消毒与次氯酸钠消毒。自来水厂生产用液氯是黄绿色的液体，储存于液化氯瓶中，常温常压下会气化成浓度含量大于98%的高纯氯气，高浓度氯气具有剧毒与很强的刺激性与腐蚀性，对人体危害极大。次氯酸钠能与水相互溶解，生产用10%次氯酸钠水溶液是一种微黄色透明液体，具有似氯气的气味，但其对人体的危害远低于氯气。

二、液氯消毒与次氯酸钠消毒工艺概况

以乌鲁木齐水业集团甘泉堡水厂为例，该水厂取用该地区500平原水库为源水，供水量设计规模为20万立方米/天，其处理工艺流程为混凝—沉淀—过滤—消毒，除常规处理工艺外。生产制水主要涉及的系统有混凝剂投加系统、消毒剂投加系统、自动化控制系统。该水厂规划建设时选用的是液氯消毒工艺，氯瓶中的液氯先通过蒸发器汽化成氯气，经由加氯机控制具体投加量，然后通过水射器投放到水体中。自2018年初起乌鲁木齐水业集团天源西城水厂将原有液氯消毒系统改造为次氯酸钠消毒工艺，将厂家配送的次氯酸钠溶液储存于PE罐中，以液位计监测其库存量，计量泵控制投加量，直接将其投放到水体中。投加点分为前投加、主投加、补投加。次氯酸钠在使用过程中因没有氯气泄漏的隐患，在安全性得到保证的同时可以撤除漏氯吸收装置、漏氯抢险小组、碱液池等配置，大大降低了维护的成本与难度。

三、分析内容与方法介绍

3.1分析内容

对实际生产中的次氯酸钠进行周期取样分析测定其有效氯，分析有效氯在不同温度条件下的衰减速度，绘制衰减曲线。选取该水厂生产中砂滤后水、炭滤后水混合水样，梯度投加次氯酸钠溶液，利用实验搅拌器模拟自来水厂实际生产中主投加过程，对比分析水样投加前后的余氯与pH值。结合生产实际，分析该水厂使用次氯酸钠消毒出厂水水质情况，对比工艺改造前后的药耗与电耗，分析其制水成本。

3.2分析方法

有效氯测定依据《GB19106-2013次氯酸钠》；余氯、氨氮、亚硝酸盐氮、耗氧量、菌落总数的测定分别依据《GB/T5750-2006生活饮用水标准检验方法》中的3，3’，5，5’-四甲基联苯比色法、水盐酸盐分光光度法、重氮偶合分光光度法、酸性高锰酸钾滴定法、平皿计数法；实验3.2中pH测定使用雷磁PHB-4便携式pH计。

四、次氯酸钠消毒在自来水厂中的应用

4.1次氯酸钠的消毒机理

次氯酸钠是一种强氧化剂，溶入水中会迅速发生水解反应，生成次氯酸和氢氧化钠，次氯酸可进一步分解形成新生态氧[O]。次氯酸是很小的中性分子，不带电荷，会很快吸附于细菌、病毒外壳，并可渗透细胞壁进入到细胞内部，通过氧化作用与蛋白、核酸、酶等发生反应，从而起到杀菌和消毒作用。新生态氧[O]具有极强的氧化性，可使细菌和病毒的蛋白质变性，起到杀菌和消毒的作用。

4.2次氯酸钠消毒副产物

作为氯消毒的一种，次氯酸钠消毒不可避免地产生消毒副产物。在对比研究中发现，次氯酸钠消毒出水中的三氯甲烷和卤乙酸含量比液氯消毒出水中略低，四氯化碳含量基本相同。在其研究中发现，次氯酸钠的稳定性及消毒效果均略好于液氯，且消毒副产物三氯甲烷和三卤甲烷的生成量较小。研究结果表明，次氯酸钠消毒出水中三氯甲烷和卤乙酸含量均比液氯消毒低，采用次氯酸钠替代液氯消毒，在保证消毒效果的前提下，能够降低出水中消毒副产物的产生量，取得更好的出水水质。分别对采用液氯和次氯酸钠消毒后的自来水进行了检测，结果表明，采用次氯酸钠消毒生成的消毒副产物更低。选择三卤甲烷作为考察指标，对比了采用液氯和次氯酸钠消毒产生的消毒副产物情况，结果表明，在保证出厂水余氯基本相同的条件下，采用次氯酸钠消毒能够减少水中消毒副产物的产生。研究成果表明，自来水厂中采用次氯酸钠消毒替代液氯消毒，可以在保证消毒效果的前提下，降低出水中消毒副产物的生成量，可有效降低水厂生产安全风险。液氯溶于水后会产生大量游离态分子氯，其性质活泼，极易与水中的有机物发生卤代反应，生成消毒副产物；而次氯酸钠溶于水后在水中产生的游离态分子氯很低，在消毒过程中一般难以发生因存在分子氯而引发的氯代化合反应，所以采用次氯酸钠消毒有利于减少消毒副产物的生成。

4.3次氯酸钠消毒运行成本

对次氯酸钠与液氯2种消毒方式的运行成本进行比较分析。其中次氯酸钠消毒分为现场制备次氯酸钠和成品次氯酸钠。可以看出，大多数自来水厂采用次氯酸钠消毒要比采用液氯消毒的成本要高，但采用次氯酸钠消毒安全系数高，设备故障率低，持续消毒效果良好，出水水质更加稳定，可节约大量压力水和用电，同时药剂存储安全可靠。乌鲁木齐水业集团管辖5个地表水源水厂和2个地下水源水厂共7个水厂，对7个水厂采用液氯、成品次氯酸钠两种消毒方式的运行成本（未计算人工成本）进行比较，得出结论：推荐大型自来水厂（规模大于或等于10万立方米／天）使用成品次氯酸钠消毒。

五、次氯酸钠消毒效果的影响因素分析

5.1pH值对次氯酸钠消毒效果的影响

在消毒时，pH值对消毒效果的影响最为主要。这是因为次氯酸钠在消毒中起主要作用的是次氯酸。如果水体偏碱性，则次氯酸水解为次氯酸根，对细菌的杀灭效果减弱，使消毒效果大大下降。如果废水的水质稍碱性，则必须增加次氯酸钠的用量，以确保消毒后微生物数量足够低，满足自来水的标准。

5.2温度对次氯酸钠消毒效果的影响

温度对最终消毒效果的影响比较小，但对于达到最佳消毒效果的时间影响显著。在低温下消毒过程被延迟，并且消毒速率也低于常温，导致低温条件下消毒的接触时间较长。在室温下，次氯酸钠可在约15分钟内完成细菌消毒，而在低温下，次氯酸钠和原水可在25-30分钟后完全消毒。与常温环境相比，低氧环境对次氯酸盐中大肠菌群的灭活具有滞后效应。在低温条件下，次氯酸钠使大肠菌群失活滞后，延长了消毒剂的接触时间。

5.3氨氮浓度对次氯酸钠消毒效果的影响

氨氮对次氯酸钠消毒效果影响不大。次氯酸钠在低氨氮浓度下进行消毒作用时，由铵态氮作用产生的次氯酸钠及其结合的残余氯足以灭活水中的大肠杆菌。当次氯酸钠的用量相对较低时，高浓度的铵态氮与次氯酸钠作用，残留氯结合量增加，降低了消毒的效果。随着氨浓度的增加，剩余菌数增加。但总体而言，氨氮浓度对次氯酸钠消毒效果影响不大。当次氯酸钠用量大于3mg/L时，不同浓度的氨氮对原水消毒效果不明显。在氨氮浓度下，次氯酸钠用量小于3mg/L时，消毒效果略有下降。

六、结语

虽然采用次氯酸钠消毒替代液氯消毒在运行成本上会有一定上升，但能从源头上消除液氯消毒所带来的安全隐患，保障周边居民生命财产安全，提高供水可靠性，使用更为安全的次氯酸钠作为自来水厂的消毒剂已经成为一种趋势。

参考文献：

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