次氯酸鈉消毒在大型水廠的優(yōu)化與創(chuàng)新

2020-05-25 08:45來源:凈水技術(shù) 

前言

消毒是水廠必不可少的一個環(huán)節(jié), 其中次氯酸鈉由于投加方便、運行安全、消毒效果好且持久、更低的消毒副產(chǎn)物等優(yōu)點, 在浙江省內(nèi)迅速推廣, 國內(nèi)其他城市的應用也日益廣泛。那次氯酸鈉消毒系統(tǒng)在水廠的應用情況如何?它又存在哪些問題?一起來看看宋六陵水廠次氯酸鈉消毒系統(tǒng)的情況。

次氯酸鈉消毒在大型水廠的優(yōu)化與創(chuàng)新

王慶松 , 宋淑芬 , 柯丞東

(紹興市制水有限公司 , 浙 江紹 興   3120000)

一、成品次氯酸鈉系統(tǒng)的概況

宋六陵水廠設計日供水70萬t(按80萬t校核),其中一期40萬t/d,二期30萬t/d(按40萬t/d校核)。原水為水庫水,采用常規(guī)工藝,因原水pH值較低投加石灰進行酸堿度調(diào)節(jié)。原液氯投加量為2.0 mg/L。

改造后采用10%商品次氯酸鈉溶液,經(jīng)在線自來水稀釋至5%有效氯溶液并儲備在原料桶內(nèi),通過精確計量將次氯酸鈉輸送到水廠各工藝投加點,分別在沉前、濾前、濾后、出廠四點投加,共計有數(shù)字泵22臺,其中375 L/h流量12臺,60 L/h流量10臺。水廠次氯酸鈉儲備系統(tǒng)有30 t儲罐10只,最大儲備量300 t,可滿足高峰時期10 d的用量。

二、存在的問題

成品次氯酸鈉用于水廠消毒,主要存在以下問題:

(1)質(zhì)量難控。次氯酸鈉的應用領域廣泛,在各領域中的成品品質(zhì)要求各不相同。雖然成品次氯酸鈉生產(chǎn)工藝均采用燒堿和液氯反應制備,但由于一些生產(chǎn)廠家利用了化工廢酸廢堿作為生產(chǎn)原料,使市場中的成品質(zhì)量參差不齊,產(chǎn)品價格也相差懸殊,對成品品質(zhì)的有效保障帶來風險。

(2)副產(chǎn)物氯酸鹽偏高風險。目前國內(nèi)沒有針對次氯酸鈉的氯酸鹽指標限值,而根據(jù)歐盟標準,次氯酸鈉氯酸鹽含量要低于有效氯的5.4%。調(diào)研及實驗證明,高濃度的次氯酸鈉溶液非常容易分解,25℃時每天損失0.15 mg/L左右,溫度越高、濃度越大則氯損失越多,主要是ClO—發(fā)生了歧化反應生成氯酸根。成品次氯酸鈉含有效氯濃度一般在10%以上,若出廠前儲備時間長則容易導致氯酸根含量超標,國內(nèi)曾出現(xiàn)因投加高濃度成品次氯酸鈉導致出廠水副產(chǎn)物超標(氯酸鹽限值0.7 mg/L)的案例。為減少副產(chǎn)物產(chǎn)生,水廠目前采用成品到廠后進行對半稀釋至5%。

(3)成品質(zhì)量檢測監(jiān)控滯后。為保證產(chǎn)品質(zhì)量,水廠對每批產(chǎn)品進行進廠檢測,但由于重金屬、副產(chǎn)物等指標部分水廠不具備檢測能力,均送外檢測,檢測報告的獲取往往滯后于成品在水廠中的使用,導致產(chǎn)品質(zhì)量事實上無法有效監(jiān)控。

(4)貨源難以有效保障。氯含量10%的次氯酸鈉溶液屬于危險品,運輸需要具有相關資質(zhì)的專門危險品車輛,如遇重大會議活動等特殊期間,危險品禁運或者生產(chǎn)廠家停產(chǎn),貨源難以有效保證。

(5)使用成本偏高。雖然水廠在使用次氯酸鈉后綜合成本變化不大,但如果僅考慮氯消毒劑成本,其使用成本偏高。

三、宋六陵水廠現(xiàn)場制備改造

宋六陵水廠次氯酸鈉系統(tǒng)的升級改造,在保留原有次氯酸鈉儲備、投加系統(tǒng)的基礎上,新增次氯酸鈉現(xiàn)場制備系統(tǒng)并配套投加泵?,F(xiàn)場制備系統(tǒng)主要由鹽水系統(tǒng)、次鈉發(fā)生裝置、脫氫及中轉(zhuǎn)系統(tǒng)、酸洗系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。

(1)鹽水系統(tǒng)

鹽水系統(tǒng)主要包含軟水器、溶鹽池(罐)組成。軟水器主要凈化去除水中鈣鎂硬度,依靠內(nèi)置軟化樹脂,通過離子交換反應進行水質(zhì)軟化,全自動運行,能夠反洗再生。再生時需排水,每3 d一次,每次1.5 h,排水2 m3。溶鹽池將食鹽溶解為飽和食鹽水,采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),分兩格設置,上部為溶鹽區(qū)下部為飽和鹽區(qū),設有過濾網(wǎng)和濾頭過濾。軟水器出水一路進入溶鹽池作為食鹽溶解水,一路作為飽和食鹽稀釋水。

(2)次鈉發(fā)生裝置

次鈉發(fā)生裝置包括鹽水泵、整流器、電解發(fā)生器等設備。鹽水泵設2臺,分別將飽和食鹽水和稀釋水按比例配制成濃度為3%的鹽水打入次鈉發(fā)生器進行電解。電解槽2用1備共配置3臺,每臺內(nèi)有復合電極若干塊,按外形分有管式和板式兩種,因效能高本項目采用板式。次鈉發(fā)生裝置主要技術(shù)參數(shù)有:單臺有效氯產(chǎn)量(以Cl2) ≥20 kg/h (次氯酸鈉濃度:≥0.8%;結(jié)構(gòu)形式:板式或管式;鹽耗:≤3.5 kg/ kgCl2;交流電耗:≤3.5 kWh/ kgCl2);進水溫度范圍:0~32 ℃;陽極材質(zhì):采用純鈦作為基材制作,陽極表面涂稀土金屬氧化物涂層;陰極材質(zhì):鈦;電極壽命:>5年;酸洗間隔時間:累積工作時間超過4000 h。每臺發(fā)生器配整流器1臺,每臺額定功率80 kW,運行功率68 kW。

采用水冷方式,長期排水。單臺排放量0.5m3/h。

(3)脫氫及中轉(zhuǎn)系統(tǒng)

發(fā)生器在電解的過程會產(chǎn)生很少量的氫氣副產(chǎn)物,氫氣是易燃易爆物質(zhì),國家標準空間氫氣濃度必須達到3%以下,為了更加安全可靠的運行本系統(tǒng),控制要求氫氣濃度低于1%,以達到零氫氣及零氣殘留,實時對氫氣進行強制稀釋并排放,脫氫系統(tǒng)主要包含排氫桶或排氫管、排氫風機、藥劑中轉(zhuǎn)罐。本系統(tǒng)采用二級排放方式:次氯酸鈉與氫氣的混合物流經(jīng)輸出管道,首先進行一次汽液分離(氫氣比液體輕),然后液體進入存儲槽,在進入存儲槽之前再次進行汽液分離,同時使用強排風機往存儲槽內(nèi)打入空氣,由于強排打入的空氣壓力大,存儲槽內(nèi)殘留的氫氣及次氯酸鈉溶液分解出的微量氣必將通過排氫管道排出,存儲槽內(nèi)只能剩下空氣,微量氣及氫氣被稀釋并強排進入空氣,然后安全排放。排氫系統(tǒng)電氣部分均采用防爆產(chǎn)品,確保氫氣排放徹底、安全。

(4)酸洗系統(tǒng)

由于自來水中含有鈣鎂離子,設備運行一段時間后,水中硬度可能會導致電解槽電壓升高,電流達不到額定值,電解陽極和陰極之間因結(jié)垢而發(fā)生擊穿,有效氯產(chǎn)量達不到額定值,設備因電極結(jié)垢無法正常運轉(zhuǎn)等現(xiàn)象,因此需要對電解槽電極定期進行酸洗。本項目酸清洗裝置主要由支架、酸洗泵、文丘里管(射流器)、配酸電動閥、酸洗罐(200L PE桶)、液位傳感器、Y型過濾器等組成。酸洗液為5%的檸檬酸,酸洗設計成自動運行。具體酸洗周期因鹽水硬度差異而不同,1~2年酸洗一次,每次酸洗時長1 h。

(5)配電及控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要包括配電箱、PLC柜、水溫計、氫氣濃度探測儀、氯濃度儀等。系統(tǒng)運行總功率210kW。配電柜需具備雙回路自動切換功能。次氯酸鈉制備系統(tǒng)從食鹽溶解到投加均可實現(xiàn)PLC全自動控制和遠程實時監(jiān)控管理。為保證安全,在室內(nèi)高點設置氫氣探測儀及時探測氫氣濃度,一旦檢測有氫氣泄漏立即報警并及時抽風排氣,保證車間安全。

(6)系統(tǒng)布置

利用液氯替代后空置的原一、二期蒸發(fā)器間,原泄氯回收間、小維修車間進行重新系統(tǒng)布置,具體布置如下:

二期低配增設抽屜式開關2只,鋪設電纜2路至次鈉間,次鈉間增設自動切換配電柜1組;現(xiàn)有30t次鈉儲罐2只,更改為中轉(zhuǎn)桶(含有風機及提升泵),應急情況下可做儲罐使用;原一、二期蒸發(fā)器間作為投加泵放置位置,共新設投加泵8臺;原泄氯回收間作為配電柜、整流器、發(fā)生器放置位置,共設配電柜1組、整流器3臺、發(fā)生器3臺,并配脫氫管;現(xiàn)小維修車間作為軟水器、溶鹽池放置位置,共設軟水器1組、溶鹽池2只。

四、結(jié)論與建議

(1)次氯酸鈉替代液氯的消毒方式,解決了液氯的重大安全隱患,大大提高生產(chǎn)運行的安全性。

(2)現(xiàn)場制備次氯酸鈉具有較好的投資收益,以宋六陵水廠為例,消毒成本每年可節(jié)約100萬元以上,6.5年即可收回投資成本。且隨著危險品運輸費越來越高的趨勢,現(xiàn)場制備次氯酸鈉越來越具有較好的投資價值。

(3)相比成品次氯酸鈉,現(xiàn)場制備次氯酸鈉運行安全性更高,運行管理更加安全。

(4)現(xiàn)場制備次氯酸鈉技術(shù)已成熟,可以推廣應用。為降低投資風險,建議在大型水廠中可以穩(wěn)妥推進,采用分階段實施的方式,第一階段先租賃現(xiàn)場制備設備,待各方面條件成熟后再購回設備投資。

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