一種自動排氣裝置在自來水廠次氯酸鈉投加管線中的應用

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0 引言

隨著飲用水安全標準持續升級，次氯酸鈉憑借消毒性能穩定、副產物可控等顯著優勢，在自來水廠消毒工藝中得到廣泛應用，成為保障公共用水安全的核心技術手段。然而，大規模的應用導致次氯酸鈉投加系統的運行問題逐漸暴露，其中管線氣體積聚已成為制約工藝效能的關鍵因素。氣體不僅干擾計量設備正常運行，導致投加量失準，嚴重影響消毒效果，威脅供水安全，還會引發氣蝕現象，加速投加泵等設備損耗，大幅增加運維成本，甚至干擾水廠連續穩定生產。因此，解決排氣技術難題，對保障次氯酸鈉投加系統穩定運行與供水安全具有重要意義。

現有次氯酸鈉投加管線排氣技術存在明顯局限性，普遍面臨排氣效率低、工況適應性差等問題，難以滿足不同水廠在復雜運行環境下的精準控制需求。針對這一現狀，本研究結合新建及改造水廠的工程實踐，深入剖析現有技術瓶頸，提出一種次氯酸鈉投加管線排氣裝置。通過優化排氣裝置設計與智能控制策略，實現氣體的高效快速排出，為提升水廠運行效能、保障供水安全提供切實可行的技術解決方案。

1水廠中次氯酸鈉的應用

傳統的自來水廠大多采用氯氣消毒方式，但氯氣是劇毒危化品，對運輸、存儲和使用均有嚴格要求，使用方需耗費大量的人力、物力，完成重大危險源的建檔、應對監管單位的例行巡檢、開展泄漏氯氣的搶險演練和維護吸收氯氣裝置等工作[1]。

近年來，為提高城市供水行業生產安全，降低水廠運維成本，次氯酸鈉因消毒效果突出、具有易于存儲、安全風險小等特點，被廣泛應用于各大水廠[2]。

1.1 次氯酸鈉的特性

次氯酸鈉具有刺激性氣味，易溶于水，溶液為無色或淡黃色液體，俗稱漂白水，溶液具有強氧化性，會對人體皮膚造成傷害。 10% 的次氯酸鈉溶液不穩定，在光照和高溫的作用下會迅速分解，有效氯濃度會隨著溫度的升高而降低，一般稀釋至 5% 以下存儲。

1.2 消毒原理

次氯酸鈉和氯氣具有相同的消毒原理，均是與水混合后發生化學反應，形成次氯酸[3]。其中部分次氯酸水解后還會進一步分解，形成鹽酸和氧氣，化學方程式分別為：

NaClO+H₂O=HClO+NaOH

2HClO=2HCl+O₂↑

次氯酸鈉具有強氧化性，能使細菌和病毒的蛋白質變性，從而殺死水中的細菌、病毒等微生物，確保自來水的微生物指標符合國家飲用水衛生標準，保障飲用水安全。

在自來水的輸送過程中，次氯酸鈉分解產生的次氯酸等物質能夠持續存在于水中，對可能滋生的細菌等微生物起到持續的抑制和殺滅作用，防止自來水在管網輸送過程中受到二次污染。

2 次氯酸鈉投加系統

2.1 投加系統工藝

次氯酸鈉的投加系統由配藥系統和投加系統兩部分組成。配藥系統一般由軟水系統、卸料泵、液位計、電動閥等設備組成，主要負責稀釋次氯酸鈉溶液。投加系統由磁力泵組、閥流模組等設備組成，主要負責將制備好的溶液準確地投至投加點。

自來水廠規模、工藝、參數等存在差異，投加點的組成會存在區別。投加系統如圖1所示。

圖1次氯酸鈉投加系統示意圖

2.2 存在的問題

通過對諸多新建及技術改造水廠項目的維保回訪，發現消毒系統投人運行初期，設備運行穩定，出水水質達標。但隨著運行時間的增加，投加管道及設備均會出現不同程度的腐蝕滲漏、結晶堵塞、氣阻卡滯等故障，給生產帶來安全隱患。圖2為次氯酸鈉管道結垢情況。

圖2次氯酸鈉管道結垢

2.3 原因分析

結晶及結垢的產生主要和次氯酸鈉的化學特性相關。在實際場景中，水廠處理的源水、空氣中的水蒸氣會與次氯酸鈉發生一系列復雜化學反應，具體反應過程如下：

首先，次氯酸鈉（NaCIO）與水（ H₂O ）反應生成次氯酸（HCIO）和氫氧化鈉（NaOH），化學方程式如式（1）。其次，次氯酸鈉會發生分解反應，生成氯化鈉（NaC1）和氧氣（ （O₂） ），化學方程式為：

2NaClO?2NaCl+O₂↑

另外，式（1）反應生成的 ΔNaOH 會與空氣中的二氧化碳（ CO₂ ）反應，生成碳酸鈉（ Na₂CO₃ ）和水（ H₂O ），化學方程式為：

2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O

源水中含有 Ca²⁺，Mg²⁺ ，會與消毒系統投加管線中的碳酸根離子發生化學反應，化學方程式為：

Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃

Mg²⁺+CO₃^2-=MgCO₃

根據以上化學反應可以得出，設備連接處因滲漏產生的結晶，主要是由次氯酸鈉自身分解形成的，其主要成分是NaCl。而管道內壁及加注口產生的結垢，主要是由次氯酸鈉發生水解形成的，其主要成分是 CaCO₃ 和 MgCO₃ 。

氣阻的產生主要和次氯酸鈉的物理特性相關，因為次氯酸鈉受光照和溫度的影響會發生分解。其溶液濃度和存儲條件決定了次氯酸鈉分解的速度，當溶液濃度高且存儲條件為高溫、低壓時，其分解速度快，反之則較慢[4]。次氯酸鈉水解形成的次氯酸，還會再次分解形成鹽酸和氧氣，化學方程式如式（1）、式（2）所示。

最后，水解產生的次氯酸還會與分解產生的鹽酸發生反應，從而產生氯氣，化學方程式如下所示：

HClO+HCl=H₂O+Cl₂↑

次氯酸鈉經各種復雜反應產生的氣體，在投加過程中隨藥劑進入投加管道。管道中聚集過多氣體，將導致設備穩定性降低甚至出現故障，直接影響系統的正常運行。

3 解決措施

結合多年對水廠智能加藥消毒系統的維保經驗，針對水廠投加次氯酸鈉而產生結垢、排氣、腐蝕等問題，從材料的選擇、自動排氣裝置兩方面提出改進措施。

3.1 材料的選擇

次氯酸鈉是一種堿性強氧化劑，根據化工手冊及施工現場運行情況可知，三元乙丙橡膠 （EPDM）材質的密封件能有效地抵抗對次氯酸鈉投加管線的腐蝕，保證設備的良好運行[5]。

傳統的PVC管材質地較脆、管壁較薄，采用耐腐蝕性更好的UPVC化工管材，防止管材被腐蝕滲漏。

3.2 自動排氣裝置

3.2.1 原理

為解決次氯酸鈉投加管線排氣問題，研制一種自動排氣裝置，該裝置由藥劑管道、罐體、連接管、排氣管、第一電動球閥、第二電動球閥、液位開關、可編程（PLC）控制柜、儲氣罐、投加泵組成，如圖3所示。

圖3自動排氣裝置工藝

當高液位開關感應到罐體內液位到達高液位時，PLC控制柜收到高液位信號，判斷罐體內氣體較少，為正常狀態；當低液位開關感應到罐體內液位到達低液位時，PLC控制柜收到低液位信號，判斷罐體氣體較多，需要進行自動排氣。

第一電動球閥為常開狀態，排氣時表示不影響正常的次氯酸鈉投加，先關閉第一電動球閥，待第一電動球閥處于全關狀態后，開啟第二電動球閥，進行卸壓，持續10s后關閉第二電動球閥，再開啟第一電動球閥。

系統檢測罐體內液位是否到達高液位，如未到達，繼續上述步驟循環進行，直至罐體內空氣排盡，罐體內液位到達高液位后，PLC控制柜收到反饋，自動排氣程序停止，此時還是保持第一電動球閥常開，讓其對藥劑管道內的氣體進行氣液交換，保證管路內部無較多氣體。

3.2.2 應用案例

將前文提出的排氣裝置應用于蔡甸某自來水廠的日常生產運作。

通過對該水廠投加系統流量監控數據的分析可知，在未安裝排氣裝置時，次氯酸鈉的投加流量波動幅度較大，可達 20L 左右。而在水廠次氯酸鈉投加系統加裝自動排氣裝置后，該問題得到顯著改善，投加流量的波動范圍縮小至僅3L左右。由此可見，該排氣裝置有效保障了投加系統的平穩運行，大幅提升了投加精度，極大地提高了水廠投加系統的工作效能與穩定性。安裝排氣裝置前后的投加系統流量曲線分別如圖4、圖5所示。

圖4未安裝排氣裝置時流量投加曲線

圖5安裝排氣裝置后流量投加曲線

隨著排氣問題的有效解決，氣體積聚導致的設備故障大幅減少，投加泵等設備不再頻繁遭受氣蝕的侵害，設備維修頻次明顯降低。不僅節省了大量用于設備維修的人力、物力和財力，降低了維護成本，還使得整個自來水廠的生產運營能夠更加順暢、高效地進行，可靠性大大增強。

4結束語

通過針對性設計自動排氣裝置，能夠有效排出管線內的氣體，顯著降低管線內氣體含量。安裝排氣裝置后，氣體積聚導致的投加泵氣蝕損壞、投加量不穩定等問題得到了有效解決。同時，減少了氣體問題引發的設備維修頻次，降低了維護成本，提高了整個自來水廠生產運營的效率與可靠性。

本文提出的自動排氣裝置在自來水廠次氯酸鈉投加管線中具有顯著的應用價值，可為相關行業在保障供水安全、優化生產運營等方面提供有益的參考與借鑒。然而，研究過程中也發現該排氣裝置在某些特殊工況下可能存在一定的適應性問題，需進一步優化改進。

參考文獻：

[1]劉清華，巢猛.南方城市水廠次氯酸鈉代替液氯和投堿工藝的可行性研究[J].給水排水，2015，51（12）：26-29.

[2]張晶.關于城市自來水供水水廠消毒劑次氯酸鈉溶液的研究[J].環境與可持續發展，2017，42（5）：84-85.

題及解決方案[J].城鎮供水，2018（6）：12-15.

[3]羅瑩，蔣菱，許謙，等.次氯酸鈉投加系統管道排氣及結垢問題的處理[J].凈水技術，2019，38（6）：25-29.

[5]曹勤，胡興利，黃曉斌，等.次氯酸鈉消毒在自來水廠中的應用及優化[J].中國給水排水，2016，32（15）：91-94，98.

[4]張賢，虞力.淺談次氯酸鈉投加系統常見問

Application of an Automatic Air Venting Device in Sodium Hypochlorite DosingPipelines at Water Treatment Plants

ZHAOFei，ZHOUJi，CHENGGuohe，WEICheng，DAIXiao （Wuhan Changjiang Kechuang Technology Development Co.，Ltd.，Wuhan ，China）

Abstract：Sodium hypochlorite has gained increasing adoption in sterilization process of water treatment plants， significantlyenhancing drinking watersafety，but its long-termapplication also leading topronouncedscaling issues indosing pipelines.Based onengineering practices from newlyconstructedandretroftted water plants，this study introducesanair venting deviceforsodium hypochlorite dosing systems.We systematicall presenttheair-elimination techniqueandits treatment measures.Ourresearch is expected toofferareference forsimilar water treatment plant to enhance operational efficiency and safety.

Key words：sodium hypochlorite；exhaust method；water treatment plant；dosing pipeline