無隔膜次氯酸鈉發(fā)生器消毒設備對比研究

李曉琴++李心橋3

摘 要：本文通過鹽水濃度、電流密度、鹽水流量三因素試驗，對無隔膜次氯酸鈉發(fā)生器消毒設備進行了對比研究，并總結了發(fā)生器運行中的操作要點和運行維護要點。結果表明雙極性電極次氯酸鈉發(fā)生器運行效果明顯好于單極性電極，建議水廠消毒盡可能采用雙極性電極次氯酸鈉發(fā)生器。

關鍵詞：次氯酸鈉發(fā)生器；運行效果；運行維護

生活飲用水必須消毒，每個水廠都應該有消毒設施，以滅活水中的致病微生物，控制介水傳染病的爆發(fā)和傳播。《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）以強制性條文規(guī)定“生活飲用水中不得含有病原微生物”，“生活飲用水應經消毒處理”。《室外給水設計規(guī)范》（GB50013-2006）以強制性條文規(guī)定“生活飲用水必須消毒”。消毒是生活飲用水處理工藝中不可缺少的組成部分，是保障農村飲用水安全必須的措施。

氯消毒是國內外研究最成熟的消毒技術，飲用水的氯消毒能夠防止水傳播疾病危害，被譽為“20世紀最成功的公共安全措施”[1]，具有價格低、投加簡單、操作管理簡便等優(yōu)點。次氯酸鈉屬于氯消毒的一種，是一種高效、廣譜、安全的強力滅菌、殺病毒藥劑[2]。次氯酸鈉發(fā)生器具有原料便宜、采購與使用方便，可以在任意環(huán)境工作狀況下投加，適宜在農村中小型供水工程中推廣的優(yōu)點。然而，目前市場上的發(fā)生器由于電極類型、材料、設備規(guī)格、發(fā)生工藝等不同，設備性能參差不齊。為了研究無隔膜次氯酸鈉發(fā)生器消毒設備的現狀，本文選擇了市場上具有一定生產規(guī)模和技術實力的生產廠家，對其次氯酸鈉發(fā)生器運行狀況進行驗證性和對比研究。

一、無隔膜次氯酸鈉發(fā)生器

無隔膜次氯酸鈉發(fā)生器根據使用用途分為衛(wèi)生消毒和環(huán)境保護兩大類。衛(wèi)生消毒可以用于環(huán)境保護，環(huán)境保護不得用于衛(wèi)生消毒。衛(wèi)生消毒類指用于飲水消毒，衛(wèi)生器具及餐具消毒，蔬菜、水果、食品消毒等與人體健康直接有關的次氯酸鈉發(fā)生器。環(huán)境保護類指用于工業(yè)廢水處理，醫(yī)院污水處理以及其他一切使用次氯酸鈉溶液的工業(yè)部門等與人體健康無直接關系的次氯酸鈉發(fā)生器[3]。

次氯酸鈉發(fā)生器由四個基本部分組成：鹽水調配裝置、電解槽、電解電源、儲液箱[4-6]。鹽水調配裝置是供給電解槽所需要的一定濃度食鹽水的裝置。電解槽是次氯酸鈉發(fā)生器的關鍵設備，生成次氯酸鈉溶液的電解反應和溶液反應均在其內完成，電解槽一般由槽體、陽極、陰極三部分組成。按電解槽的形狀可分為管狀電解槽和板狀電解槽兩大類。管狀電解槽截面一般為圓形，使用圓管狀陽極和陰極，該方式結構簡單，加工方便，但單槽產量低；板狀電解槽，一般槽體為長方體，平板狀陽極和陰極平行放置[4]。電極是電解過程中，電流進入或離開電解液的導體，電解過程就是在電極相界面上發(fā)生氧化還原反應，電極分為陽極和陰極。電解槽按極板聯接電源方式分單極性和雙極性兩種，目前國外大型次氯酸鈉發(fā)生器的電極結構多為雙極性電極，如意大利DENORA PERMELEC的SEACLOR電解海水制氯系統[7]。按運行方式分為連續(xù)式和間歇式兩大類。電解電源是給電解槽提供直流電流和直流電壓的裝置。儲液箱用來存儲成品次氯酸鈉溶液[8]。

二、試驗裝置與方法

（一）試驗裝置

Cq1-4.2，陽極為管式單極性電極，直徑為21.6mm，長330mm；陰極材料為不銹鋼，內徑為30mm；陰陽極間距為4.2mm；冷卻方式是陰極外部自來水循環(huán)冷卻。

Tjb-7.5，陽極為板式單極性電極，長70mm，寬30mm；陰極為不銹鋼材料；陰陽極間距為7.5mm；冷卻方式是陰極外部自來水循環(huán)冷卻。

Bb-3.0和Bt-3.0，發(fā)生器陰極分別采用管式不銹鋼和鈦材料，設備陽極材料、設備結構、陰陽極間距等其他因素均相同。發(fā)生器陽極為管式單極性電極，鈦材料涂覆釕金屬涂層，直徑36mm，長361mm；陰極內徑為42mm，長300mm；陰陽極間距為3.0mm；冷卻方式是陽極內部和陰極外部雙重自來水循環(huán)冷卻。

Sh-0.8，發(fā)生器陽極和陰極均為鈦材料，陽極為板式雙極性電極，鈦材料涂覆釕金屬涂層；陰陽極間距為0.8mm；無冷卻方式。

（二）試驗方法

試驗因素為電流密度、鹽水濃度、鹽水流量，因素水平的選擇主要依據設備的實際運行工況和以往次氯酸鈉發(fā)生器理論研究基礎確定，試驗指標包括有效氯濃度、交流電耗、鹽耗和運行成本。試驗方案見表。

（三）指標測定與計算方法

電解次氯酸鈉發(fā)生器的技術經濟指標包括交流電耗、鹽耗、運行成本、電流效率、直流電耗等，運行成本是交流電耗和鹽耗的綜合經濟指標。交流電耗、鹽耗按照《次氯酸鈉發(fā)生器》（GB12176-1990）中的指標計算方法計算。運行成本根據北京當地電費和鹽價錢進行計算，單位為元/kg。

有效氯濃度采用英國百靈達公司的便攜式快速測氯儀器測定（0-10mg/L），鹽水濃度采用波美計測定（0-100g/L）。

三、結果與分析

在試驗結果中，選取設備的最佳運行狀況指標進行分析，包括有效氯濃度最高、交流電耗最低、鹽耗最低和運行成本最低。按照《次氯酸鈉發(fā)生器》（GB12176-90）中技術經濟指標及質量分等表的規(guī)定對發(fā)生器進行評價。技術經濟指標及質量分等如表所示[3]。設備實際運行和試驗過程中，交流電耗與鹽耗這兩項指標技術經濟指標不容易滿足質量等級表中的規(guī)定，而其他幾個指標基本能滿足質量等級表中的規(guī)定，因此本文主要考察交流電耗和鹽耗指標。

由表3-2，對照《次氯酸鈉發(fā)生器》（GB12176）標準，當運行狀況指標交流電耗最低時，各設備均能達到合格品（C級）的要求，即交流電耗≤10kW·h/kg，鹽耗≤6.5kg/kg；當運行狀況指標鹽耗最低時，交流電耗比較高，設備大多不能滿足合格品要求（交流電耗>10kW·h/kg）；當運行狀況指標運行成本最低時，設備卻不一定能達到合格品的要求（交流電耗>10kW·h/kg）。本文建議在確定設備最佳電解參數時，要綜合考慮運行成本和標準中規(guī)定的質量等級條件來確定。

運行成本最低時，有效氯濃度最高10.26g/L，最低6.10g/L，平均7.15g/L；交流電耗最高12.64kW·h/kg，最低6.78kW·h/kg，平均9.74kW·h/kg；鹽耗最高4.10kg/kg，最低2.88kg/kg，平均3.63kg/kg；運行成本最高10.55元/kg，最低6.90元/kg，平均9.35元/kg。若按照每方水投加1g有效氯計算，水廠消毒運行成本最高為0.01元/m3，最低為0.007元/m3，平均為0.009元/m3。

同時由試驗可知，Sh-0.8設備運行運行成本均低于其他設備的運行成本，且有效氯濃度比較高，因此，雙極性電極性能好于單極性電極。

四、無隔膜次氯酸鈉發(fā)生器使用注意事項

無隔膜次氯酸鈉發(fā)生器性能固然重要，然而實際運行中的適當操作與運行維護對于發(fā)生器的使用至關重要，直接影響消毒效果和出廠水水質合格率。通過對發(fā)生器的以上試驗與研究，筆者在次氯酸鈉發(fā)生器技術研究與使用該裝置過程中，總結了發(fā)生器使用注意事項，可供運行操作時參考。

（一）開啟電解次氯酸鈉消毒裝置時，應首先打開進鹽泵，待電解槽裝滿鹽水后，再打開電解電源。

（二）每次打開電解電源時，應將調壓器從低電流慢慢調節(jié)至工作電流，進行電解，避免突然過高電流造成短路現象。

（三）陰極材料為不銹鋼的電解次氯酸鈉發(fā)生器，次氯酸鈉溶液儲液箱應設置放空口，每次發(fā)生器停機后均應打開放空閥，放空次氯酸鈉溶液，最好用自來水或鹽水再進行沖洗。次氯酸鈉溶液應在10min內全部排除。

（四）電解過程中有少量氫氣和氯氣逸出，為保證安全，應加排風扇，保持室內通風，用戶須經常檢查氫氣排放管道是否暢通。

（五）電解過程中，如發(fā)現電壓突然升高或者進鹽水流量突然下降當調節(jié)不起作用時，應盡快清洗電解槽。

（六）在維修拆卸時，電解直流電壓的正負極千萬不要接反，否則損壞電極，次氯酸鈉溶液為黑色。應陽極接正，陰極接負。

（七）經常察看儲液池（罐、桶）的液位，以及計量泵的工作狀況。

（八）電解時，冷卻水不能中斷，一旦冷卻水中斷會使電解槽溫度升高而影響NaClO的產率，甚至影響電極壽命。

（九）陽極失效后，可保留鈦基體，送回原生產廠家重新涂覆再用。

五、結論

次氯酸鈉發(fā)生器具有原料易得、運行維護方便、運行成本低等優(yōu)點，適宜在中小型農村供水工程中使用。目前，市場上無隔膜電解次氯酸鈉發(fā)生器性能參次不齊，使用中最好選擇雙極性電極的次氯酸鈉發(fā)生器。

參考文獻：

[1]Lim M Y， Kim J M， Ko G. Disinfection kinetics of murine norovirus using chlorine and chlorine dioxide[J]. Water Research， 2010， 44（10）： 3243-3251.

[2]Lebedev A T， ShaydullinaG M， Sinikova N A，et al. GC-MScomparison of the behavior of chlorine and sodium hypochloritetowards organic compounds dissolved inwater[J]. Water Research， 2004， 38（17）：3713-3718.

[3]GB12176-90. 次氯酸鈉發(fā)生器[S].

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[5]董克忠. 應用次氯酸鈉發(fā)生器對醫(yī)療污水的消毒處理[J]. 山西建筑，2003，29（6）： 141-142.

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[7]常愛國. 大型電解海水次氯酸鈉裝置在火力發(fā)電廠中的應用[J]. 東北電力技術， 2002，（9）： 32-35.

[8]邵黎歌， 陳卿. 次氯酸鈉的分解特性及提高其穩(wěn)定性能的途徑[J]. 氯堿工業(yè)， 1997，（4）： 21-24.

基金項目：青海省重大科技專項“農村牧區(qū)供水鞏固提升關鍵技術集成推廣”。

作者簡介：

李曉琴（1982-），女，中國水利水電科學研究院水利所工程師，從事村鎮(zhèn)飲水消毒、信息化集成技術研究。