净水技术 | 次氯酸钠的现场制备与改进实例

栏目导读：科技论文的要求和定位为写作设立了一个较高的入门门槛,同时也对广大县镇级别一线水务工作者的行业交流设置了较大的障碍。《净水技术》以推动行业的全面技术进步为己任，针对县镇级水务工作者的交流需求设立县镇专栏，让县镇水司的技术人员轻松交流和展示，并学习更多一线实践中的检验和教训，在头脑风暴中寻求思路，探索未来。本栏目由深圳市清时捷科技有限公司冠名支持，并设立栏目专论优秀论文奖。

次氯酸钠消毒在大型水厂的优化与创新

No.1

成品次氯酸钠系统概况

宋六陵水厂设计日供水70万t（按80万t校核），其中一期40万t/d，二期30万t/d（按40万t/d校核）。原水为水库水，采用常规工艺，因原水pH值较低投加石灰进行酸碱度调节。原液氯投加量为2.0 mg/L。

改造后采用10%商品次氯酸钠溶液，经在线自来水稀释至5%有效氯溶液并储备在原料桶内，通过精确计量将次氯酸钠输送到水厂各工艺投加点，分别在沉前、滤前、滤后、出厂四点投加，共计有数字泵22台，其中375 L/h流量12台，60 L/h流量10台。水厂次氯酸钠储备系统有30 t储罐10只，最大储备量300 t，可满足高峰时期10 d的用量。

No.2

存在问题

成品次氯酸钠用于水厂消毒，主要存在以下问题：

（1）质量难控。次氯酸钠的应用领域广泛，在各领域中的成品品质要求各不相同。虽然成品次氯酸钠生产工艺均采用烧碱和液氯反应制备，但由于一些生产厂家利用了化工废酸废碱作为生产原料，使市场中的成品质量参差不齐，产品价格也相差悬殊，对成品品质的有效保障带来风险。

（2）副产物氯酸盐偏高风险。目前国内没有针对次氯酸钠的氯酸盐指标限值，而根据欧盟标准，次氯酸钠氯酸盐含量要低于有效氯的5.4%。调研及实验证明，高浓度的次氯酸钠溶液非常容易分解，25℃时每天损失0.15 mg/L左右，温度越高、浓度越大则氯损失越多，主要是ClO—发生了歧化反应生成氯酸根。成品次氯酸钠含有效氯浓度一般在10%以上，若出厂前储备时间长则容易导致氯酸根含量超标,国内曾出现因投加高浓度成品次氯酸钠导致出厂水副产物超标（氯酸盐限值0.7 mg/L）的案例。为减少副产物产生，水厂目前采用成品到厂后进行对半稀释至5%。

（3）成品质量检测监控滞后。为保证产品质量，水厂对每批产品进行进厂检测，但由于重金属、副产物等指标部分水厂不具备检测能力，均送外检测，检测报告的获取往往滞后于成品在水厂中的使用，导致产品质量事实上无法有效监控。

（4）货源难以有效保障。氯含量10%的次氯酸钠溶液属于危险品，运输需要具有相关资质的专门危险品车辆，如遇重大会议活动等特殊期间，危险品禁运或者生产厂家停产，货源难以有效保证。

（5）使用成本偏高。虽然水厂在使用次氯酸钠后综合成本变化不大，但如果仅考虑氯消毒剂成本，其使用成本偏高。

No.3

宋六陵水厂现场制备改造

宋六陵水厂次氯酸钠系统的升级改造，在保留原有次氯酸钠储备、投加系统的基础上，新增次氯酸钠现场制备系统并配套投加泵。现场制备系统主要由盐水系统、次钠发生装置、脱氢及中转系统、酸洗系统、控制系统组成。

（1）盐水系统

盐水系统主要包含软水器、溶盐池（罐）组成。软水器主要净化去除水中钙镁硬度，依靠内置软化树脂，通过离子交换反应进行水质软化，全自动运行，能够反洗再生。再生时需排水，每3 d一次，每次1.5 h，排水2 m³。溶盐池将食盐溶解为饱和食盐水，采用钢筋混凝土结构，分两格设置，上部为溶盐区下部为饱和盐区，设有过滤网和滤头过滤。软水器出水一路进入溶盐池作为食盐溶解水，一路作为饱和食盐稀释水。

（2）次钠发生装置

次钠发生装置包括盐水泵、整流器、电解发生器等设备。盐水泵设2台，分别将饱和食盐水和稀释水按比例配制成浓度为3%的盐水打入次钠发生器进行电解。电解槽2用1备共配置3台，每台内有复合电极若干块，按外形分有管式和板式两种，因效能高本项目采用板式。次钠发生装置主要技术参数有：单台有效氯产量(以Cl2) ≥20 kg/h （次氯酸钠浓度：≥0.8%；结构形式：板式或管式；盐耗：≤3.5 kg/ kgCl₂；交流电耗：≤3.5 kWh/ kgCl₂）；进水温度范围：0~32 ℃；阳极材质：采用纯钛作为基材制作，阳极表面涂稀土金属氧化物涂层；阴极材质：钛；电极寿命：＞5年；酸洗间隔时间：累积工作时间超过4000 h。每台发生器配整流器1台，每台额定功率80 kW，运行功率68 kW。

采用水冷方式，长期排水。单台排放量0.5m³/h。

（3）脱氢及中转系统

发生器在电解的过程会产生很少量的氢气副产物，氢气是易燃易爆物质，国家标准空间氢气浓度必须达到3%以下，为了更加安全可靠的运行本系统，控制要求氢气浓度低于1%，以达到零氢气及零气残留，实时对氢气进行强制稀释并排放，脱氢系统主要包含排氢桶或排氢管、排氢风机、药剂中转罐。本系统采用二级排放方式：次氯酸钠与氢气的混合物流经输出管道，首先进行一次汽液分离（氢气比液体轻），然后液体进入存储槽，在进入存储槽之前再次进行汽液分离，同时使用强排风机往存储槽内打入空气，由于强排打入的空气压力大，存储槽内残留的氢气及次氯酸钠溶液分解出的微量气必将通过排氢管道排出，存储槽内只能剩下空气，微量气及氢气被稀释并强排进入空气，然后安全排放。排氢系统电气部分均采用防爆产品，确保氢气排放彻底、安全。

（4）酸洗系统

由于自来水中含有钙镁离子，设备运行一段时间后，水中硬度可能会导致电解槽电压升高，电流达不到额定值，电解阳极和阴极之间因结垢而发生击穿，有效氯产量达不到额定值，设备因电极结垢无法正常运转等现象，因此需要对电解槽电极定期进行酸洗。本项目酸清洗装置主要由支架、酸洗泵、文丘里管（射流器）、配酸电动阀、酸洗罐（200L PE桶）、液位传感器、Y型过滤器等组成。酸洗液为5%的柠檬酸，酸洗设计成自动运行。具体酸洗周期因盐水硬度差异而不同，1~2年酸洗一次，每次酸洗时长1 h。

（5）配电及控制系统

控制系统主要包括配电箱、PLC柜、水温计、氢气浓度探测仪、氯浓度仪等。系统运行总功率210kW。配电柜需具备双回路自动切换功能。次氯酸钠制备系统从食盐溶解到投加均可实现PLC全自动控制和远程实时监控管理。为保证安全，在室内高点设置氢气探测仪及时探测氢气浓度，一旦检测有氢气泄漏立即报警并及时抽风排气，保证车间安全。

（6）系统布置

利用液氯替代后空置的原一、二期蒸发器间，原泄氯回收间、小维修车间进行重新系统布置，具体布置如下：

二期低配增设抽屉式开关2只，铺设电缆2路至次钠间，次钠间增设自动切换配电柜1组；现有30t次钠储罐2只，更改为中转桶（含有风机及提升泵），应急情况下可做储罐使用；原一、二期蒸发器间作为投加泵放置位置，共新设投加泵8台；原泄氯回收间作为配电柜、整流器、发生器放置位置，共设配电柜1组、整流器3台、发生器3台，并配脱氢管；现小维修车间作为软水器、溶盐池放置位置，共设软水器1组、溶盐池2只。

No.4

结论与建议

（1）次氯酸钠替代液氯的消毒方式，解决了液氯的重大安全隐患，大大提高生产运行的安全性。

（2）现场制备次氯酸钠具有较好的投资收益，以宋六陵水厂为例，消毒成本每年可节约100万元以上，6.5年即可收回投资成本。且随着危险品运输费越来越高的趋势，现场制备次氯酸钠越来越具有较好的投资价值。

（3）相比成品次氯酸钠，现场制备次氯酸钠运行安全性更高，运行管理更加安全。

（4）现场制备次氯酸钠技术已成熟，可以推广应用。为降低投资风险，建议在大型水厂中可以稳妥推进，采用分阶段实施的方式，第一阶段先租赁现场制备设备，待各方面条件成熟后再购回设备投资。

更多信息

王庆松  宋淑芬  柯丞东

（绍兴市制水有限公司, 浙江绍兴 312000）

注：本文发表在《净水技术》2019年第8期“清时捷"县镇级供排水企业技术进步成果专栏，有删减，长按下列二维码可阅读文章原文。

水厂加氯消毒工艺迭代改进实例

No.1

大三角水厂加氯消毒工艺迭代概况

上虞大三角水厂设计日处理水量为15万t，投产时采用传统氯气消毒工艺。2013年，水厂决定升级消毒系统。行业内在使用次氯酸钠消毒时，有次氯酸钠发生器和次氯酸钠成品两种选择方案，可分别通过次氯酸钠发生器现场制备有效氯浓度0.8%的次氯酸钠溶液，或采购10%的成品次氯酸钠溶液，利用计量泵加注至各投加点。因成品次氯酸钠投加工艺工程量小，投产速度较快，前期投入小，大三角水厂选用采购10%次氯酸钠成品运输至现场稀释到5%储存并投加消毒，废除了原加氯设备除余氯仪表外等全部设备，并增加了次氯酸钠储存投加设备，大大提高了加氯工艺的安全性，投用效果良好。2016年底，汤浦水厂试用了管式次氯酸钠发生器，现场制备有效氯浓度为0.8%的次氯酸钠溶液并通过计量泵调节流量，经运行一年，投加效果与成品次氯酸钠无异。2018年，大三角水厂通过改造，增加了次氯酸钠制备设备，使用工艺更为先进的板式次氯酸钠发生器，仍利用智能型计量泵加注至各投加点，运行至今半年，投加效果稳定。

No.2

消毒效果与药剂品质对比

应用次氯酸钠消毒的优势主要体现在消毒副产物的产生量上。次氯酸钠不会在水中产生游离分子氯，避免了氯代化合反应，减少了消毒副产物的产生量。同时，使用次氯酸钠避免了氯气与水反应时盐酸的产生，取而代之生成氢氧化纳，对于原水为弱酸性水库水的水厂尤为适用。（大三角水厂原水取自上虞汤浦水库，水质呈弱酸性，常年pH值在6.5-6.8，日常需通过投加熟石灰调节pH值，改造后水厂石灰投加量明显降低）。同时生成的附产物为略带嗅味的氯胺化合物，该物质也是一种低效的消毒剂，不会造成安全问题。

大三角水厂最先选用10%次氯酸钠成品用于消毒使用，但成品次氯酸钠多由电化厂通过氯气和氢氧化钠的中和反应生成，其原料不可控，成品品质不稳定。次氯酸钠在pH值小于7.5的环境下杀菌效果最好，选用游离碱含量较高的成品次氯酸钠消毒，可能会影响消毒效果，并影响出水pH 值。由于高浓度储存和高温环境下的歧化反应，见式（3），高温下NaClO不稳定，易分解为NaClO3和NaCl。

使用发生器现场制取的次氯酸钠对比成品次氯酸钠，其原料为食盐和水，生产过程不引入氢氧化钠，原料相对可控，没有化工产品质量风险。现场制备时氯酸盐产物极低，其中板式次氯酸钠发生器氯酸盐产物更低。

No.3

安全性对比

成品次氯酸钠的安全隐患主要来自于药剂运输与储存。为保证水厂连续运行，在使用成品次氯酸钠时，大三角水厂设置了90 t次氯酸钠总储量，如果按成品5%有效氯计算，总有效氯储量达到4.5 t，而按次氯酸钠发生器制备的有效氯为0.8%的次氯酸钠溶液储存时，总有效氯储量为0.72 t，泄漏风险大幅下降，水厂运行管理安全性得到提升。次氯酸钠现场制备的风险主要来源于脱氢系统，食盐电解工艺经过多年的发展，已具备成熟的脱氢工艺。大三角水厂选用的次氯酸钠发生装置不论管式还是板式都装备有氢气脱氢桶，可在桶内将氢气稀释至1%（体积比）以下排放，远远低于爆炸极限（4%～76%），而且1%含量以下的氢气排放属于有序排放，不会增加环境负荷。同时，厂区安装了氢气探头，氢气稀释装置、风量报警等一系列自动监测和控制系统，多重保障氢气有序、安全排放，安全性得到了进一步保障。

No.4

经济数据对比

成品次氯酸钠的安全隐患主要来自于药剂运输与储存。为保证水厂连续运行，在使用成品次氯酸钠时，大三角水厂设置了90 t次氯酸钠总储量，如果按成品5%有效氯计算，总有效氯储量达到4.5 t，而按次氯酸钠发生器制备的有效氯为0.8%的次氯酸钠溶液储存时，总有效氯储量为0.72 t，泄漏风险大幅下降，水厂运行管理安全性得到提升。次氯酸钠现场制备的风险主要来源于脱氢系统，食盐电解工艺经过多年的发展，已具备成熟的脱氢工艺。大三角水厂选用的次氯酸钠发生装置不论管式还是板式都装备有氢气脱氢桶，可在桶内将氢气稀释至1%（体积比）以下排放，远远低于爆炸极限（4%～76%），而且1%含量以下的氢气排放属于有序排放，不会增加环境负荷。同时，厂区安装了氢气探头，氢气稀释装置、风量报警等一系列自动监测和控制系统，多重保障氢气有序、安全排放，安全性得到了进一步保障。

表1 运行数据对比

No.5

其他影响决策的因素

在技术因素之外，在实际生产过程中，有许多其他因素影响水厂对消毒工艺的选择。水厂消毒是民生需求，必须具备安全连续稳定的特点，对消毒药剂供给有较高要求。成品药剂交通运输的不稳定性及药剂库存的不安全性是选择使用现场制备次氯酸钠消毒工艺的重要原因。10%次氯酸钠属于危险品范畴，在国家重大活动期间其生产运输将受到严格控制，在重大社会活动期间可能会出现药剂供应厂家暂时停产的情况，导致药剂的应急储备急剧增加，从而影响水厂正常生产运行，对水厂药剂库存安全储备和生产运行稳定可靠可能带来极大的考验。

此外，在政策方面，我国《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）以及全国第一部饮用水水质地方标准——上海地方标准《生活饮用水卫生标准》（DB31/T 1091—2018）中对消毒副产物有了明确的限定，这预示着水行业在发展过程中对消毒副产物的重点防治将是趋势所向。因此，在大三角水厂进行消毒工艺的选择时，对消毒副产物指标也进行了细致的对比，选择了副产物浓度更小的板式隔膜发生器，使该水厂在健康、安全消毒工艺的发展上走在了同行前列。

No.6

总结

通过对安全性、消毒副产物的产生量、经济可行性等对比，现场制备次氯酸钠等制备方式更为经济、消毒稳定性更高，其中对于板式次氯酸钠发生器较管式次氯酸钠发生器产能更大，盐耗与电耗都更低，同时由于阳离子膜的使用，消毒副产物也更少，在经济预算允许的情况下，板式隔膜次氯酸钠发生器制备次氯酸钠消毒是加氯消毒的推荐工艺。

更多信息

吴建江  李晓云  娄  风

（绍兴市上虞区供水有限公司，浙江绍兴 312300）