次氯酸鈉在水廠應(yīng)用中出現(xiàn)的問題與解決方法

姜建偉

(天津中法芥園水務(wù)有限公司，天津 300121)

與液氯相比，次氯酸鈉用于水廠消毒具有操作安全、使用方便、易于儲(chǔ)存、對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，在供水行業(yè)逐步被推廣使用。

1 次氯酸鈉消毒的原理及特性

次氯酸鈉的消毒原理與液氯基本相同，在水溶液中次氯酸鈉水解成次氯酸。次氯酸是很小的中性分子，可以很快擴(kuò)散到帶負(fù)電的細(xì)菌表面，并穿過細(xì)菌細(xì)胞壁到達(dá)內(nèi)部，氧化破壞細(xì)菌的酶系統(tǒng)，從而滅活細(xì)菌。

次氯酸鈉溶液(含有效氯>5%)屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，不燃，具腐蝕性，可致人體灼傷，且具致敏性。同時(shí)，次氯酸鈉受高熱分解會(huì)產(chǎn)生有毒的腐蝕性煙氣，使其在水廠生產(chǎn)運(yùn)行中也存在不安全、不穩(wěn)定因素。

2 運(yùn)行中的常見問題與解決方法

在消毒接觸時(shí)間和消毒劑余量滿足目標(biāo)CT 值一致的情況下，次氯酸鈉與液氯的消毒效果基本相同。《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。

2015年后，次氯酸鈉完全替代液氯應(yīng)用于天津某水廠消毒工藝中，并采用儲(chǔ)罐加隔膜計(jì)量泵投加方式，流程見圖1。按區(qū)域劃分，整個(gè)次氯酸鈉系統(tǒng)可分為卸料區(qū)、儲(chǔ)存區(qū)、設(shè)備投送區(qū)、投加區(qū)、中和排放區(qū)等。在生產(chǎn)運(yùn)行中，由于次氯酸鈉產(chǎn)品的不穩(wěn)定性和自身特性，常出現(xiàn)藥劑雜質(zhì)堵塞、藥劑產(chǎn)氣、夾氣、藥劑密閉不嚴(yán)、漏液以及藥劑濃度衰減等異常情況。同時(shí)，藥劑的自動(dòng)投加控制也是影響消毒效果的因素。

2.1 藥劑雜質(zhì)堵塞

2.1.1 產(chǎn)生的原因

水廠使用的次氯酸鈉產(chǎn)品應(yīng)滿足《次氯酸鈉溶液》(GB 19106—2013)、《次氯酸鈉溶液包裝要求》(GB 19107—2003)的要求。另外，生活飲用水中的消毒劑殘留物、由原料和工藝過程中帶入的雜質(zhì)以及消毒過程中產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物濃度，均應(yīng)滿足現(xiàn)行《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)的限值要求。

在生產(chǎn)運(yùn)行中，次氯酸鈉在投加過程中會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶、結(jié)垢等堵塞現(xiàn)象。堵塞通常有兩個(gè)主要原因，一是由于產(chǎn)品本身中雜質(zhì)堵塞投加系統(tǒng)中的設(shè)備及附件；二是在投加次氯酸鈉過程中形成的雜質(zhì)堵塞了投加管道和投注點(diǎn)，造成結(jié)垢堵塞。由于次氯酸鈉呈堿性狀態(tài)，水的硬度、堿度偏高，會(huì)生成碳酸鈣或氫氧化鈣沉積，導(dǎo)致結(jié)垢，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)使沿線管道和投加點(diǎn)堵塞。

該水廠次氯酸鈉系統(tǒng)中的堵塞主要出現(xiàn)在投加泵前過濾器、泵頭、泵后背壓閥、流量計(jì)、投加點(diǎn)等處，一般為投加系統(tǒng)中局部水頭變化加大的區(qū)域。一旦發(fā)生堵塞，會(huì)出現(xiàn)投加量不足、投加系統(tǒng)中管道壓力上升、管道振動(dòng)較大等現(xiàn)象。

2.1.2 解決措施

① 槽罐車卸藥進(jìn)入卸藥箱前增設(shè)一級過濾裝置，并定期清理。

② 泵前過濾器設(shè)置雙過濾器，并列運(yùn)行，并定期清理。

③ 按投加系統(tǒng)所需的正常壓力，在壓力表上標(biāo)明正常運(yùn)行的壓力范圍，運(yùn)行巡視中嚴(yán)格控制壓力波動(dòng)。

④ 定期清理次氯酸鈉投加點(diǎn)或酸洗，該水廠每6個(gè)月對投點(diǎn)進(jìn)行一次清理。

2.2 藥劑運(yùn)行中產(chǎn)氣、夾氣

2.2.1 產(chǎn)生的原因

次氯酸鈉在常溫下也會(huì)不穩(wěn)定，溫度40 ℃以上反應(yīng)更加劇烈，貯存時(shí)間過長易分解，也會(huì)發(fā)生副反應(yīng)生成氯酸鈉。因此，受光照、溫度等因素影響，整個(gè)次氯酸鈉投加過程都會(huì)伴有氣體產(chǎn)生，例如氧氣、氯氣等。從次氯酸鈉儲(chǔ)罐到投加點(diǎn)，均可能出現(xiàn)產(chǎn)氣、夾氣現(xiàn)象。

在實(shí)際運(yùn)行中，由于該水廠原設(shè)計(jì)多采用UPVC管道，在管道彎頭處或管道沿程高點(diǎn)處易產(chǎn)生氣囊，管道中出現(xiàn)存氣現(xiàn)象。表現(xiàn)為投加流量不穩(wěn)定，閥門開啟困難且管道內(nèi)壓力異常高，容易造成管道破裂或氣阻流量不暢等現(xiàn)象。

2.2.2 解決措施

① 適當(dāng)提高次氯酸鈉的投加流速。適當(dāng)降低投加泵后管道的直徑，改用HDPE材質(zhì)柔性管道，減少彎頭數(shù)量，以減少氣體在管道的聚集。

② 在投加系統(tǒng)中分別設(shè)置三級放氣裝置。

③ 泵前主吸程管道設(shè)置放氣管，并將管道回流到儲(chǔ)藥罐頂部內(nèi)。

④ 在泵出口投加管沿程適當(dāng)設(shè)置排氣管或放氣閥，通往室外。

⑤ 投加點(diǎn)前設(shè)置排氣管道。

采取上述措施后，次氯酸鈉系統(tǒng)運(yùn)行正常，基本未再發(fā)生產(chǎn)氣。條件允許時(shí)，次氯酸鈉排氣管可通向室外，并采用閥門控制定期排放。

2.3 藥劑密閉不嚴(yán)、漏液

2.3.1 產(chǎn)生的原因

由于次氯酸鈉運(yùn)行中產(chǎn)氣、夾氣，管道在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，且由于次氯酸鈉有較強(qiáng)腐蝕性，因此，次氯酸鈉投加系統(tǒng)中的管道連接處易出現(xiàn)密閉不嚴(yán)、沉積結(jié)晶甚至漏液等現(xiàn)象。

2.3.2 解決措施

① 在次氯酸鈉管道連接處，采用EPDM膠圈、膠板進(jìn)行密封，尤其在管道絲扣連接和法蘭連接處，應(yīng)定期巡檢、維護(hù)。

② 由于次氯酸鈉對銅、鐵等金屬均具有腐蝕性，若其需要與一般金屬類接觸，必須采取玻璃鋼防腐等防腐措施。

③ 為防止藥液噴濺，次氯酸鈉的投加泵和投加管道，以及化學(xué)品操作平臺(tái)和卸料處應(yīng)設(shè)置防護(hù)簾、防護(hù)隔板等(見圖2)。為了方便維護(hù)檢修，也可使用移動(dòng)式防護(hù)設(shè)施。

圖2 防噴濺隔板

④ 設(shè)置泄漏處置和中和排放單元

儲(chǔ)存區(qū)的儲(chǔ)藥罐長期有大量藥液存在，應(yīng)考慮極端情況下儲(chǔ)藥罐泄漏的處置問題。整個(gè)儲(chǔ)存區(qū)域的設(shè)計(jì)要求如下：地面四周砌圍堰，地面和圍堰組成的可用收集容積滿足最大泄漏量要求(至少應(yīng)滿足1個(gè)儲(chǔ)罐的最大儲(chǔ)存量)；地面要有一定的坡度，設(shè)集坑，便于保持清潔和事故時(shí)的藥液收集；集坑底設(shè)地漏，地漏以外用管道引出，通向中和池。

2.4 藥劑濃度衰減

2.4.1 產(chǎn)生的原因

開展次氯酸鈉的衰減試驗(yàn)，對起始濃度為10%有效氯，定期檢測剩余濃度，結(jié)果見表1。次氯酸鈉濃度的衰減與溫度和光照有關(guān)，最初的衰減速度約為每天0.1%有效氯。因此，在設(shè)計(jì)次氯酸鈉儲(chǔ)量時(shí)應(yīng)考慮藥劑濃度衰減的問題。

表1 次氯酸鈉溶液濃度的衰減

2.4.2 解決措施

對于次氯酸鈉儲(chǔ)存間、投加間，采取避光、降溫措施，例如加裝空調(diào)、水循環(huán)降溫。

此外，建議藥液室內(nèi)儲(chǔ)存時(shí)的溫度不大于30 ℃，避免光照。藥液在7～10 d內(nèi)用完，以確保有效成分的衰減不會(huì)對生產(chǎn)造成顯著影響。

2.5 藥劑的自動(dòng)投加

次氯酸鈉投加可采用流量比例控制，即藥劑投加流量與待處理水的流量成正比例。例如，若沒有余氯信號調(diào)節(jié)控制投加量q，控制方式為開環(huán)控制，如圖3所示。

q=Q×D/ρ/c

(1)

式中q——藥劑原液投加量，L/h；

Q——待處理水的流量，103m3/h；

D——藥劑純質(zhì)目標(biāo)投加劑量，mg/L；

ρ——比重，約1.10 kg/L；

c——濃度，%。

圖3 開環(huán)自動(dòng)加氯

若有余氯信號，例如濾后加氯消毒，可采用閉環(huán)控制調(diào)節(jié)控制投加量，如圖4所示。

q=Q×(D-D1)D/ρ/c

(2)

式中D——藥劑純質(zhì)目標(biāo)投加劑量，mg/L；

D1——待處理水中的實(shí)際余氯值，mg/L。

D-D1需大于最小投加劑量(死區(qū)值)，此外，由于藥劑濃度存在衰減，需及時(shí)對濃度c進(jìn)行修正。在實(shí)際運(yùn)行中，水廠在濾后加氯點(diǎn)的前后各設(shè)置1臺(tái)在線余氯儀。加氯點(diǎn)前的余氯分析儀數(shù)據(jù)參與加氯控制，可根據(jù)加氯點(diǎn)后的余氯分析儀進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測、人工修正濾后加氯投加量。采用這種控制方式后，出廠水余氯得到了有效、穩(wěn)定的控制。

圖4 閉環(huán)自動(dòng)加氯

改用次氯酸鈉消毒，會(huì)對混凝環(huán)節(jié)產(chǎn)生一定的影響。由于次氯酸鈉是強(qiáng)堿弱酸鹽，投加到水體中將會(huì)使pH值有所升高。在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)針對具體原因解決，尤其在投加鋁鹽混凝劑的水廠，以有效控制出廠水余鋁。

3 安全與職業(yè)健康

① 操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，才能開展運(yùn)行工作。操作人員應(yīng)佩戴直接式防毒面具(半面罩)，戴化學(xué)安全防護(hù)眼鏡，穿防腐工作服，戴橡膠手套。

② 標(biāo)志和警示：在現(xiàn)場處張貼化學(xué)品安全技術(shù)說明書(MSDS)，設(shè)置如圖5所示的警示標(biāo)識(shí)以及次氯酸鈉用設(shè)備和管道標(biāo)識(shí)。車間應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備、器材和材料。

圖5 警示標(biāo)識(shí)

③ 在次氯酸鈉投加間離工作點(diǎn)盡可能近的位置(與作業(yè)點(diǎn)不大于10 m，中間無障礙物)，設(shè)置洗眼器、噴淋裝置。設(shè)置個(gè)人防護(hù)用品箱，存放個(gè)人防護(hù)用品，例如防護(hù)手套和防護(hù)眼鏡、呼吸器。

4 結(jié)論

針對次氯酸鈉穩(wěn)定性較差等物理、化學(xué)特點(diǎn)，在運(yùn)行操作中，應(yīng)加強(qiáng)安全與職業(yè)健康的培訓(xùn)和管理。在生產(chǎn)運(yùn)行中，使用次氯酸鈉時(shí)應(yīng)對常見問題進(jìn)行日常巡檢、記錄，并加強(qiáng)日常設(shè)備設(shè)施的維護(hù)保養(yǎng)，避免小問題擴(kuò)大成故障，影響整體生產(chǎn)運(yùn)行和出水水質(zhì)。