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(lái)源:凈水技術(shù) 

前言

消毒是水廠必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié), 其中次氯酸鈉由于投加方便、運(yùn)行安全、消毒效果好且持久、更低的消毒副產(chǎn)物等優(yōu)點(diǎn), 在浙江省內(nèi)迅速推廣, 國(guó)內(nèi)其他城市的應(yīng)用也日益廣泛。那次氯酸鈉消毒系統(tǒng)在水廠的應(yīng)用情況如何?它又存在哪些問(wèn)題?一起來(lái)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(shè)計(jì)日供水70萬(wàn)t(按80萬(wàn)t校核),其中一期40萬(wàn)t/d,二期30萬(wàn)t/d(按40萬(wàn)t/d校核)。原水為水庫(kù)水,采用常規(guī)工藝,因原水pH值較低投加石灰進(jìn)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(lái)水稀釋至5%有效氯溶液并儲(chǔ)備在原料桶內(nèi),通過(guò)精確計(jì)量將次氯酸鈉輸送到水廠各工藝投加點(diǎn),分別在沉前、濾前、濾后、出廠四點(diǎn)投加,共計(jì)有數(shù)字泵22臺(tái),其中375 L/h流量12臺(tái),60 L/h流量10臺(tái)。水廠次氯酸鈉儲(chǔ)備系統(tǒng)有30 t儲(chǔ)罐10只,最大儲(chǔ)備量300 t,可滿(mǎn)足高峰時(shí)期10 d的用量。

二、存在的問(wèn)題

成品次氯酸鈉用于水廠消毒,主要存在以下問(wèn)題:

(1)質(zhì)量難控。次氯酸鈉的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,在各領(lǐng)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(yīng)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(chǎng)中的成品質(zhì)量參差不齊,產(chǎn)品價(jià)格也相差懸殊,對(duì)成品品質(zhì)的有效保障帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

(2)副產(chǎn)物氯酸鹽偏高風(fēng)險(xiǎn)。目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有針對(duì)次氯酸鈉的氯酸鹽指標(biāo)限值,而根據(jù)歐盟標(biāo)準(zhǔn),次氯酸鈉氯酸鹽含量要低于有效氯的5.4%。調(diào)研及實(shí)驗(yàn)證明,高濃度的次氯酸鈉溶液非常容易分解,25℃時(shí)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(yīng)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(chǔ)備時(shí)間長(zhǎng)則容易導(dǎo)致氯酸根含量超標(biāo),國(guó)內(nèi)曾出現(xiàn)因投加高濃度成品次氯酸鈉導(dǎo)致出廠水副產(chǎn)物超標(biāo)(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(jìn)行對(duì)半稀釋至5%。

(3)成品質(zhì)量檢測(cè)監(jiān)控滯后。為保證產(chǎn)品質(zhì)量,水廠對(duì)每批產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)廠檢測(cè),但由于重金屬、副產(chǎn)物等指標(biāo)部分水廠不具備檢測(cè)能力,均送外檢測(cè),檢測(cè)報(bào)告的獲取往往滯后于成品在水廠中的使用,導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量事實(shí)上無(wú)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(xiǎn)品,運(yùn)輸需要具有相關(guān)資質(zhì)的專(zhuān)門(mén)危險(xiǎn)品車(chē)輛,如遇重大會(huì)議活動(dòng)等特殊期間,危險(xiǎn)品禁運(yùn)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(chǎng)制備改造

宋六陵水廠次氯酸鈉系統(tǒng)的升級(jí)改造,在保留原有次氯酸鈉儲(chǔ)備、投加系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,新增次氯酸鈉現(xiàn)場(chǎng)制備系統(tǒng)并配套投加泵?,F(xiàn)場(chǎng)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?jī)?nèi)置軟化樹(shù)脂,通過(guò)離子交換反應(yīng)進(jìn)行水質(zhì)軟化,全自動(dòng)運(yùn)行,能夠反洗再生。再生時(shí)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(shè)置,上部為溶鹽區(qū)下部為飽和鹽區(qū),設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)和濾頭過(guò)濾。軟水器出水一路進(jìn)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(shè)備。鹽水泵設(shè)2臺(tái),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(jìn)行電解。電解槽2用1備共配置3臺(tái),每臺(tái)內(nèi)有復(fù)合電極若干塊,按外形分有管式和板式兩種,因效能高本項(xiàng)目采用板式。次鈉發(fā)生裝置主要技術(shù)參數(shù)有:?jiǎn)闻_(tái)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(jìn)水溫度范圍:0~32 ℃;陽(yáng)極材質(zhì):采用純鈦?zhàn)鳛榛闹谱?,?yáng)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(shí)間:累積工作時(shí)間超過(guò)4000 h。每臺(tái)發(fā)生器配整流器1臺(tái),每臺(tái)額定功率80 kW,運(yùn)行功率68 kW。

采用水冷方式,長(zhǎng)期排水。單臺(tái)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(guò)程會(huì)產(chǎn)生很少量的氫氣副產(chǎn)物,氫氣是易燃易爆物質(zhì),國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)空間氫氣濃度必須達(dá)到3%以下,為了更加安全可靠的運(yùn)行本系統(tǒng),控制要求氫氣濃度低于1%,以達(dá)到零氫氣及零氣殘留,實(shí)時(shí)對(duì)氫氣進(jìn)行強(qiáng)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(fēng)機(jī)、藥劑中轉(zhuǎn)罐。本系統(tǒng)采用二級(jí)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(jìn)行一次汽液分離(氫氣比液體輕),然后液體進(jìn)入存儲(chǔ)槽,在進(jìn)入存儲(chǔ)槽之前再次進(jìn)行汽液分離,同時(shí)使用強(qiáng)排風(fēng)機(jī)往存儲(chǔ)槽內(nèi)打入空氣,由于強(qiáng)排打入的空氣壓力大,存儲(chǔ)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(guò)排氫管道排出,存儲(chǔ)槽內(nèi)只能剩下空氣,微量氣及氫氣被稀釋并強(qiáng)排進(jìn)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(lái)水中含有鈣鎂離子,設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后,水中硬度可能會(huì)導(dǎo)致電解槽電壓升高,電流達(dá)不到額定值,電解陽(yáng)極和陰極之間因結(jié)垢而發(fā)生擊穿,有效氯產(chǎn)量達(dá)不到額定值,設(shè)備因電極結(jié)垢無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)等現(xiàn)象,因此需要對(duì)電解槽電極定期進(jìn)行酸洗。本項(xiàng)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(dòng)閥、酸洗罐(200L PE桶)、液位傳感器、Y型過(guò)濾器等組成。酸洗液為5%的檸檬酸,酸洗設(shè)計(jì)成自動(dòng)運(yùn)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(shí)長(zhǎng)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(jì)、氫氣濃度探測(cè)儀、氯濃度儀等。系統(tǒng)運(yùn)行總功率210kW。配電柜需具備雙回路自動(dòng)切換功能。次氯酸鈉制備系統(tǒng)從食鹽溶解到投加均可實(shí)現(xiàn)PLC全自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。為保證安全,在室內(nèi)高點(diǎn)設(shè)置氫氣探測(cè)儀及時(shí)探測(cè)氫氣濃度,一旦檢測(cè)有氫氣泄漏立即報(bào)警并及時(shí)抽風(fēng)排氣,保證車(chē)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(chē)間進(jìn)行重新系統(tǒng)布置,具體布置如下:

二期低配增設(shè)抽屜式開(kāi)關(guān)2只,鋪設(shè)電纜2路至次鈉間,次鈉間增設(shè)自動(dòng)切換配電柜1組;現(xiàn)有30t次鈉儲(chǔ)罐2只,更改為中轉(zhuǎn)桶(含有風(fēng)機(jī)及提升泵),應(yīng)急情況下可做儲(chǔ)罐使用;原一、二期蒸發(fā)器間作為投加泵放置位置,共新設(shè)投加泵8臺(tái);原泄氯回收間作為配電柜、整流器、發(fā)生器放置位置,共設(shè)配電柜1組、整流器3臺(tái)、發(fā)生器3臺(tái),并配脫氫管;現(xiàn)小維修車(chē)間作為軟水器、溶鹽池放置位置,共設(shè)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(yùn)行的安全性。

(2)現(xiàn)場(chǎng)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(wàn)元以上,6.5年即可收回投資成本。且隨著危險(xiǎn)品運(yùn)輸費(fèi)越來(lái)越高的趨勢(shì),現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉越來(lái)越具有較好的投資價(jià)值。

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

(4)現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉技術(shù)已成熟,可以推廣應(yīng)用。為降低投資風(fēng)險(xiǎn),建議在大型水廠中可以穩(wěn)妥推進(jìn),采用分階段實(shí)施的方式,第一階段先租賃現(xiàn)場(chǎng)制備設(shè)備,待各方面條件成熟后再購(gòu)回設(shè)備投資。

-   END   -


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