水廠加氯消毒工藝改進(jìn),看看紹興市上虞區(qū)水司是怎么做的!

2020-08-17 09:41來源:凈水技術(shù) 

導(dǎo)讀

2019年7月,清時(shí)捷和《凈水技術(shù)》雜志聯(lián)合設(shè)立了“供排水企業(yè)運(yùn)行及管理成果專欄”。眾多行業(yè)專家依據(jù)多年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合水廠的實(shí)際情況,分享了他們所在單位在日常運(yùn)行管理中實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行遇到的問題以及所采用的應(yīng)對(duì)策略。

消毒是保障飲用水微生物安全的重要環(huán)節(jié),但消毒工藝控制水平的優(yōu)劣,除直接影響消毒效果外,也影響到消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生。此外,消毒工藝所涉及的藥劑、設(shè)備等,也是水廠安全運(yùn)行管理中心的重要部分,是各水廠關(guān)注的焦點(diǎn)。

本次帶來了紹興市上虞區(qū)供水有限公司分享的——水廠加氯消毒工藝改進(jìn)實(shí)例,看看他們?cè)谒畯S加氯消毒這方面給我們帶來了哪些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

水廠加氯消毒工藝改進(jìn)實(shí)例

吳建江,李曉云,婁風(fēng)

(紹興市上虞區(qū)供水有限公司,浙江紹興,312300)

為防止飲用水傳播疾病,保障百姓的身體健康,在自來水廠中消毒是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié),也是保證水質(zhì)的最后一關(guān)。含氯消毒劑用于飲用水消毒最早可追溯到1903年[1],是歷史最為悠久的飲用水消毒方式,在水處理消毒行業(yè)中擁有重要地位。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,紫外線消毒、臭氧消毒等新方式逐漸進(jìn)入人們的視線,然而,氯化消毒因其消毒效率高、效果持續(xù)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)成本可控等原因,仍然是水處理工藝中較為主流的消毒技術(shù)。

含氯消毒劑主要有氯氣、二氧化氯、次氯酸鈉三種。氯氣是化工業(yè)的主要產(chǎn)品,價(jià)格低廉,容易獲得,同時(shí)消毒效果明顯,因而早期自來水廠多選擇使用氯氣作為消毒制劑。隨著城市發(fā)展,原先處于城市邊緣的自來水廠、污水廠逐漸處于城市中心地段,生產(chǎn)管理的安全問題越來越受到監(jiān)管部門重視,氯氣作為劇毒危險(xiǎn)化學(xué)品在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中具有安全隱患,受到公安、安監(jiān)部門嚴(yán)格監(jiān)管。同時(shí)在消毒過程中,氯氣分子與水中自然有機(jī)物發(fā)生反應(yīng),還會(huì)產(chǎn)生三氯甲烷等具有致癌性的消毒副產(chǎn)物;二氧化氯本身亦屬于危險(xiǎn)品,且其反應(yīng)副產(chǎn)物氯酸鹽含量較高。

隨著人們對(duì)飲用水安全和飲用水品質(zhì)的重視程度越來越高,目前,我國(guó)大型城市自來水廠正逐步限制氯氣和二氧化氯的使用,從而尋求更加安全有效、副產(chǎn)物更少的消毒劑。


一、大三角水廠加氯消毒工藝迭代概況


上虞大三角水廠在尋找有效的氯氣替代工藝時(shí),對(duì)比了二氧化氯和次氯酸鈉的工藝安全、消毒效率、維護(hù)成本等,選擇了更為安全、高效和經(jīng)濟(jì)的次氯酸鈉作為消毒藥劑。水廠在消毒工藝的迭代過程中經(jīng)歷了成品次氯酸鈉投加,管式次氯酸鈉發(fā)生器的試用以及板式次氯酸鈉發(fā)生器的使用三個(gè)過程,在摸索中獲得了一定的對(duì)比經(jīng)驗(yàn),可用于后續(xù)數(shù)據(jù)分析,供其他水廠消毒工藝升級(jí)時(shí)參考。

上虞大三角水廠設(shè)計(jì)日處理水量為15萬t,投產(chǎn)時(shí)采用傳統(tǒng)氯氣消毒工藝。2013年,出于工藝安全以及消毒副產(chǎn)物控制的考慮,水廠決定升級(jí)消毒系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)在使用次氯酸鈉消毒時(shí),行業(yè)內(nèi)有次氯酸鈉發(fā)生器和次氯酸鈉成品兩種選擇方案,可分別通過次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場(chǎng)制備有效氯濃度0.8%的次氯酸鈉溶液,或采購10%的成品次氯酸鈉溶液,利用計(jì)量泵加注至各投加點(diǎn)。因成品次氯酸鈉投加工藝工程量小,投產(chǎn)速度較快,前期投入小,大三角水廠選用采購10%次氯酸鈉成品運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)稀釋到5%儲(chǔ)存并投加消毒,廢除了原加氯設(shè)備除余氯儀表外等全部設(shè)備,并增加了次氯酸鈉儲(chǔ)存投加設(shè)備,大大提高了加氯工藝的安全性,投用效果良好。

2016年,由于杭州周邊G20等重大活動(dòng)的舉辦和籌備,成品次氯酸鈉的運(yùn)輸受到限制,給水廠消毒工藝的運(yùn)行造成了一定壓力,以此為契機(jī),水廠考慮升級(jí)為次氯酸鈉現(xiàn)場(chǎng)制備工藝。2016年底,湯浦水廠試用了管式次氯酸鈉發(fā)生器,現(xiàn)場(chǎng)制備有效氯濃度為0.8%的次氯酸鈉溶液并通過計(jì)量泵調(diào)節(jié)流量,經(jīng)運(yùn)行一年,投加效果與成品次氯酸鈉無異2018年,大三角水廠通過改造,增加了次氯酸鈉制備設(shè)備,使用工藝更為先進(jìn)的板式次氯酸鈉發(fā)生器,仍利用智能型計(jì)量泵加注至各投加點(diǎn),運(yùn)行至今半年,投加效果穩(wěn)定。


二、消毒效果與藥劑品質(zhì)對(duì)比


從氯氣到成品次氯酸鈉到現(xiàn)場(chǎng)制備的次氯酸鈉,含氯制劑的消毒原理大同小異,都是通過與水反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性的次氯酸,反應(yīng)如式(1)和式(2),次氯酸會(huì)分解形成新生態(tài)氧,通過次氯酸和新生態(tài)氧所具備的強(qiáng)氧化性使菌體病毒上的蛋白變性,從而達(dá)到殺菌消毒的目的。含氯藥劑的有效殺菌能力可通過有效氯濃度體現(xiàn),一般都可通過投加量的調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)有效殺菌。

CL2+H2O=HOCl+Hˉ+Clˉ(氯氣)(1)

NaOCl+H2O=HOCl+Na﹢+OHˉ(次氯酸鈉)(2)

應(yīng)用次氯酸鈉消毒的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生量上。在消毒過程中,和氯氣或二氧化氯不同,次氯酸鈉不會(huì)在水中產(chǎn)生游離分子氯,避免了氯代化合反應(yīng),減少了消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生量【2】。同時(shí),使用次氯酸鈉避免了氯氣與水反應(yīng)時(shí)鹽酸的產(chǎn)生,取而代之生成氫氧化,對(duì)于原水為弱酸性水庫水的水廠尤為適用。(大三角水廠原水取自上虞湯浦水庫,水質(zhì)呈弱酸性,常年pH值在6.5-6.8,日常需通過投加熟石灰調(diào)節(jié)pH,改造后水廠石灰投加量明顯降低)。同時(shí)生成的附產(chǎn)物為略帶嗅味的氯胺化合物,該物質(zhì)也是一種低效的消毒劑,不會(huì)造成安全問題【2】。

大三角水廠最先選用10%次氯酸鈉成品用于消毒使用,有效解決了氯氣管理的安全性問題。但成品次氯酸鈉多由電化廠通過氯氣和氫氧化鈉的中和反應(yīng)生成,其原料不可控,成品品質(zhì)不穩(wěn)定。工業(yè)制次氯酸鈉由于其反應(yīng)機(jī)制,常帶有游離堿(成品次氯酸鈉因含有0.6%-1%游離堿,對(duì)pH的提高效果更明顯,在原水pH較高的河道水源水廠應(yīng)用時(shí)需考慮這一情況)。次氯酸鈉在pH值小于7.5的環(huán)境下殺菌效果最好,選用游離堿含量較高的成品次氯酸鈉消毒,可能會(huì)影響消毒效果,并影響出水pH值。由于高濃度儲(chǔ)存和高溫環(huán)境下的歧化反應(yīng),如式(3),高溫下NaClO不穩(wěn)定,易分解為NaClO3和NaCl。

3NaClO=NaClO3+2NaCl(3)

成品次氯酸鈉常含有少量氯酸鹽副產(chǎn)物,在7kg/kt(最大)投加量下,一般不會(huì)超過0.7mg/L的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限制【3】。但其儲(chǔ)存時(shí)間不宜過長(zhǎng),儲(chǔ)存溫度要盡量低,且需要避光儲(chǔ)存。

使用發(fā)生器現(xiàn)場(chǎng)制取的次氯酸鈉對(duì)比成品次氯酸鈉,其原料為食鹽和水,生產(chǎn)過程不引入氫氧化鈉,原料相對(duì)可控,沒有化工產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)?,F(xiàn)場(chǎng)制備時(shí)氯酸鹽產(chǎn)物極低,其中板式次氯酸鈉發(fā)生器氯酸鹽產(chǎn)物更低(表1)。


三、安全性對(duì)比


成品次氯酸鈉的安全隱患主要來自于藥劑運(yùn)輸與儲(chǔ)存。為保證水廠連續(xù)運(yùn)行,在使用成品次氯酸鈉時(shí),大三角水廠設(shè)置了90t次氯酸鈉總儲(chǔ)量,如果按成品5%有效氯計(jì)算,總有效氯儲(chǔ)量達(dá)到4.5t,而按次氯酸鈉發(fā)生器制備的有效氯為0.8%的次氯酸鈉溶液儲(chǔ)存時(shí),總有效氯儲(chǔ)量為0.72t,泄漏風(fēng)險(xiǎn)大幅下降,水廠運(yùn)行管理安全性得到提升。

次氯酸鈉現(xiàn)場(chǎng)制備的風(fēng)險(xiǎn)主要來源于脫氫系統(tǒng),食鹽電解工藝經(jīng)過多年的發(fā)展,已具備成熟的脫氫工藝。大三角水廠選用的次氯酸鈉發(fā)生裝置不論管式還是板式都裝備有氫氣脫氫桶,可在桶內(nèi)將氫氣稀釋至1%(體積比)以下排放,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于爆炸極限(4%-76%),而且1%含量以下的氫氣排放屬于有序排放,不會(huì)增加環(huán)境負(fù)荷。同時(shí),廠區(qū)安裝了氫氣探頭,氫氣稀釋裝置、風(fēng)量報(bào)警等一系列自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng),多重保障氫氣有序、安全排放,安全性得到了進(jìn)一步保障。


四、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比


在水廠的運(yùn)行過程中,后期維護(hù)相關(guān)的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)也是重要的參考依據(jù)。

大三角水廠在投人使用前的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示,成品氯氣及成品次氯酸鈉前期投入成本較小,而次氯酸鈉發(fā)生器前期投入約是氯氣的2倍,是成品次氯酸鈉的3倍(表2)。然而對(duì)于后期運(yùn)行費(fèi)用來說,次氯酸鈉發(fā)生器的運(yùn)行成本為8.1元/kt,僅為成品次氯酸鈉的0.6倍,氯氣的1.6倍。其中,板式次氯酸鈉發(fā)生器由于其電效率得到了有效的提高,電耗最低,使用效率最高。在后期使用中,通過對(duì)相關(guān)水廠不同加氯工藝進(jìn)行成本核算,板式隔膜次氯酸鈉發(fā)生器的運(yùn)行成本相對(duì)最低的,基本符合前期調(diào)研結(jié)果,具體數(shù)據(jù)如表1所示。


五、其他影響決策的因素


在技術(shù)因素之外,在實(shí)際生產(chǎn)過程中,有許多其他因素影響水廠對(duì)消毒工藝的選擇。水廠消毒是民生需求,必須具備安全連續(xù)穩(wěn)定的特點(diǎn),對(duì)消毒藥劑供給有較高要求。成品藥劑交通運(yùn)輸?shù)牟环€(wěn)定性及藥劑庫存的不安全性是選擇使用現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉消毒工藝的重要原因。10%次氯酸鈉屬于危險(xiǎn)品范疇,在國(guó)家重大活動(dòng)期間其生產(chǎn)運(yùn)輸將受到嚴(yán)格控制,在重大社會(huì)活動(dòng)期間可能會(huì)出現(xiàn)藥劑供應(yīng)廠家暫時(shí)停產(chǎn)的情況,導(dǎo)致藥劑的應(yīng)急儲(chǔ)備急劇增加,從而影響水廠正常生產(chǎn)運(yùn)行,對(duì)水廠藥劑庫存安全儲(chǔ)備和生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定可靠可能帶來極大的考驗(yàn)。

此外,在政策方面,我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)以及全國(guó)第一部飲用水水質(zhì)地方標(biāo)準(zhǔn)—上海地方標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(DB31/T1091-2018)【4】中對(duì)消毒副產(chǎn)物有了明確的限定,這預(yù)示著水行業(yè)在發(fā)展過程中對(duì)消毒副產(chǎn)物的重點(diǎn)防治將是趨勢(shì)所向。因此,在大三角水廠進(jìn)行消毒工藝的選擇時(shí),對(duì)消毒副產(chǎn)物指標(biāo)也進(jìn)行了細(xì)致的對(duì)比,選擇了副產(chǎn)物濃度更小的板式隔膜發(fā)生器,使該水廠在健康、安全消毒工藝的發(fā)展上走在了同行前列。


六、總結(jié)


通過對(duì)安全性、消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生量、經(jīng)濟(jì)可行性等對(duì)比,現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉的加氯消毒方式更為經(jīng)濟(jì)、消毒穩(wěn)定性更高,其中對(duì)于板式次氯酸鈉發(fā)生器較管式次氯酸鈉發(fā)生器產(chǎn)能更大,鹽耗與電耗都更低,同時(shí)由于陽離子膜的使用,消毒副產(chǎn)物也更少,在經(jīng)濟(jì)預(yù)算允許的情況下,板式隔膜次氯酸鈉發(fā)生器制備次氯酸鈉消毒是加氯消毒的推薦工藝。


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參考文獻(xiàn):

(1)田園,唐超然淺談飲用水的氯消毒萬法【J】.林業(yè)科技情報(bào),1997(2):6-7

(2)閆貴才次氯酸鈉、二氧化氯和臭氧的比較【J】.商品與質(zhì)量,2009(7):147-150(3)彭敏,呂斯濠,范洪波不同游離堿含量的次氯酸鈉消毒效果與消毒副產(chǎn)物比較【J】.給水排水,2015(7):12-14

(4)朱慧峰上海市《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》解讀與高品質(zhì)飲用水目標(biāo)的展望【J】?jī)羲寄荆?018,37(8):39-44


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