次氯酸鈉替代液氯消毒在自來水廠的應用與安全性分析研究

＊馬耀杰

（中鐵水務集團有限公司 陜西 710000）

消毒是確保飲用水安全的關鍵步驟。國內最為常用的一種自來水消毒方式便是自來水加氯，這是因為此技術成本低廉，使用起來操作便利，而且能夠取得理想的消毒效果，同時，加氯消毒法持續(xù)時間比較長，因此，很多自來水廠都把加氯消毒法作為首選消毒方案。

目前，我國自來水氯消毒工藝中主要使用的消毒劑類型有液氯、二氧化氯及次氯酸鈉。在傳統(tǒng)的飲用水消毒工藝中，液氯是較為常用的一種消毒劑，包含多方面的優(yōu)點，如消毒效果優(yōu)秀、經濟效益高、使用起來較為便利，因此在各地廣泛應用。然而，液氯的使用也存在一些安全隱患。其具有劇烈的刺激作用，會對操作人員造成傷害，還具有腐蝕性，也對設備和管道造成損壞。液氯屬于第二類危險化學品，具有劇毒性，需要特殊的儲存和處理措施，以防止事故發(fā)生。另外，液氯的溶解度較低，因此在消毒過程中需要過量投加。這樣一來，當液氯與水中的有機物反應時，會生成致癌的三鹵代物，給人體健康帶來潛在風險。二氧化氯本身有著較強的氧化性能，消毒期間形成的有機鹵化物比較少，而且消毒效果穩(wěn)定可靠，余氯較為持久，所以也成為眾多自來水廠的消毒選擇。不過此種消毒劑有明顯的安全風險，二氧化氯易爆，在對其進行生產制備時，需要使用氯酸鈉與鹽酸，這兩種材料都有較強的氧化性與腐蝕性，使用二氧化氯作為自來水消毒劑，不論是生產、運輸還是儲存方面都有較高的安全風險，導致生產管理難度較大。次氯酸鈉具有與液氯、二氧化氯相當的消毒效果，但其制取時所需用到的材料只有食鹽，采購、儲運都比較安全便利，而且腐蝕性較弱，在其制取現場，有效氯含量僅為0.8%左右，原材料濃度較低不會對操作人員帶來安全威脅，也不容易發(fā)生分解，用于消毒之后，自來水中殘余的副產物較少。由于次氯酸鈉的安全性較高，用其進行水處理已經成為當前的重要發(fā)展趨勢，且漸漸替代了液氯的位置。

銀川市某自來水廠過去采用的是液氯消毒工藝，每日儲存和使用量較大，如果出現泄露問題，不僅會對當地環(huán)境帶來污染，也會讓水廠面臨嚴重的經濟、市場聲譽的損失，因此，需要承受嚴峻的管理壓力與經營風險。尋找液氯消毒的替代產品，從根源上解決液氯使用造成的安全風險極為必要。考慮到次氯酸鈉消毒效果較佳，而且使用安全性更高，該水廠進行了次氯酸鈉消毒工藝的改造。

1.液氯與次氯酸鈉的化學特性對比

液態(tài)氯是一種呈黃綠色的液體，具有極強的刺激性和腐蝕性。氯元素表現出極高的活性，可與絕大多數元素或化合物發(fā)生化學反應。氯氣易在水中散失，難以達到所需的存留標準。雖然液態(tài)氯本身并不會燃燒，但它具有助燃性，能夠促進易燃物質在其周圍的燃燒。此外，大多數易燃物質能夠在氯氣中燃燒，易燃氣體或蒸汽也能與氯氣形成具有爆炸性的混合物。氯氣的擴散會對環(huán)境構成毒害作用，因其高活性，游離氯易于形成潛在的致癌物質。氯氣具有刺激性，會對眼睛和呼吸系統(tǒng)粘膜產生刺激作用。直接接觸氯氣可能引發(fā)神經興奮，甚至導致反射性心跳驟停[1]。氯氣泄露是一種潛在的危險，可能導致急性中毒。中毒程度分為輕、中和重三個級別，其影響從粘膜刺激開始，引起眼紅、流淚和咳嗽等癥狀。在中度中毒情況下，病人可能出現支氣管（肺）炎的癥狀，伴隨著胸悶、頭痛、惡心及嚴重的干咳、呼吸加快和脈搏加速等。而在重度中毒情況下，病人可能發(fā)生肺水腫，嚴重時甚至會昏迷、休克[2]。此外，氯氣泄露還可能引起喉頭痙攣與水腫，導致窒息。更嚴重的情況下，氯氣泄露還可能引發(fā)反射性呼吸抑制，使呼吸停止導致死亡。此外，長時間接觸低濃度氯氣也可能造成慢性中毒[3]。

與氯氣泄露相比，次氯酸鈉是一種強力滅菌和消滅病毒藥劑，具有明顯的優(yōu)勢，其被廣泛認可為高效且安全的消毒劑，并且與水有較好的親和性，可以在任意比例下與水混溶。相比于其他藥劑，次氯酸鈉安全性更強。此外，次氯酸鈉投加準確、操作便利，且易于存放。最重要的是，次氯酸鈉的消毒效果被公認與氯氣相當。次氯酸鈉在使用過程中對環(huán)境無毒害，而且不存在跑氣泄漏等安全隱患，這進一步增加了其應用的便利性和可靠性[4]。

2.安全可行性分析研究

(1)研究背景

銀川市某自來水廠是一家以黃河水為水源的水廠，為當地居民每天提供50萬立方米的供水量。為了確保水質的安全和衛(wèi)生，該水廠采用了一系列處理工藝，包括混凝、沉淀、過濾和消毒，并引入了臭氧和紫外線消毒深度處理工藝。在過去，該水廠采用了電解鹽消毒工藝來進行水處理。這種工藝通過電解設備將氯化鈉分解成氫氣和氯氣，并將其投加到水體中，以達到消毒的目的。然而，在不斷追求更高安全性的背景下，該水廠進行了改造，將消毒工藝轉變?yōu)榇温人徕c消毒。在變更后的工藝中，自來水廠使用質量分數為10%的次氯酸鈉作為消毒劑，直接將其投放至水體內[5]。為了確保消毒效果，投加點包括了前投加、主投加和補投加，以適應不同階段對水質的處理需求。此次改造不僅有效保證了水質的安全性，還帶來了一系列顯著的好處。首先，撤銷了原先必要的漏氯吸收系統(tǒng)與搶險班組、堿液池等，顯著降低了維護工作量。其次，通過采用次氯酸鈉消毒工藝，消除了氯氣和氫氣泄漏的隱患，提高了處理過程的安全性。

(2)分析方法介紹

①根據《GB 19106—2013次氯酸鈉》中的相關要求進行有效氯的檢測。

②對于消毒處理后水體中殘余氯、氨氮、亞硝酸鹽氮及需要消耗的氧量、水體中的菌落數量，依照《GB/T 5750—2006生活飲用水標準檢驗方法》中的有關要求予以檢測。

③實驗過程中的酸堿值應用雷磁PHB-4便攜式pH計進行檢測。

(3)結果與討論分析

①次氯酸鈉衰減性分析

于2023年的2月、7月對此水廠用于消毒的次氯酸鈉加以取樣，并檢測有效氯，根據檢測結果繪制出相應的衰減曲線見圖1。

圖1 有效氯衰減曲線

分析圖1可以了解到，次氯酸鈉有效氯在高溫環(huán)境下衰減速度更快。由于有效氯比例直接決定了水廠中消毒劑的投加量，在為期一周的衰減期中，高溫與低溫條件下的最高衰減率分別達到7.9%與2.7%，相較于廠商配送的質量分數為10%的次氯酸鈉，衰減程度不太明顯，尚具有可控性，此水廠選擇每周購置1～2次氯酸鈉，可以充分控制有效氯含量降低而對自來水生產質量帶來的影響。

②次氯酸鈉投加實驗分析

表1 次氯酸鈉投加實驗

用燒杯實驗模擬自來水生產流程中添加次氯酸鈉的操作，經過取砂、炭濾以后，對水混合水樣模擬投加位置的水樣，按照不同梯度依次投入次氯酸鈉，且在每次投加以后都對水樣勻速攪拌半分鐘，再進行余氯和酸堿值的測定，測量結果，見表1。

表2 出廠水水質對比

表3 藥耗電耗對比

分析表1中數據可以了解到，伴隨次氯酸鈉添加量的增多，實驗水樣中的余氯、酸堿值都會同步提高，其中，余氯量在0.73～1.19mg/L，酸堿值增量則在0.59～1.6之間。由此可見，次氯酸鈉的使用可以對水體中的余氯含量進行調節(jié)，同時由于次氯酸鈉在水解期間形成了氫氧根離子，不僅可以起到消毒的作用，還能實現對水體酸堿值的適當調節(jié)。

盡管使用次氯酸鈉作為消毒劑可以在一定程度上調節(jié)水體的酸堿值，然而，因為此水廠進水酸堿值偏低，處于6.91～7.05之間，同時，砂濾池、炭濾池出水酸堿值也比較低。經測量得知水廠2023年砂濾后水的酸堿均值在7.4～7.9之間，炭濾后水酸堿均值是7.8，由此可見次氯酸鈉在調節(jié)水體酸堿值方面作用突出，滿足此水廠出水酸堿值7～8.5的要求，還能有效緩解供水管道的腐蝕問題。

③運行情況分析

A.出廠水質量分析

基于水廠化驗室每日化驗結果，分析改用次氯酸鈉進行自來水消毒前后的出廠水水質指標（具體見表2）可知，兩種消毒工藝對于水質的影響區(qū)別不大，各水質指標都符合《GB 5749—2006生活飲用水衛(wèi)生標準》要求。而且，采用次氯酸鈉消毒后，水中氯味降低，口感更佳。

B.藥耗電耗分析

基于水廠生產數據，分析其消毒工藝改造前后的藥耗與電耗（具體見表3）。根據表3信息可知，為了滿足水廠的內部控制要求，將出水余氯與酸堿值分別控制在0.4～0.6mg/L與7.5～8，次氯酸鈉消毒劑用量相較于液氯而言更低，而且兩種消毒工藝下的電耗總量較為接近。

3.結束語

次氯酸鈉消毒工藝相較于液氯消毒而言效果接近，而且前者可減少消毒副產物的產生，獲得更佳的水質。次氯酸鈉揮發(fā)性低、腐蝕性弱，不論是采購還是轉運、存儲都比較便利，用其對飲用水消毒，可使水廠消毒系統(tǒng)安全水平得到提升，獲得更大的社會效益。因此，需要更換安全性高、易操作的次氯酸鈉溶液投加系統(tǒng)作為新的消毒方式。