水厂加氯消毒工艺改进，看看绍兴市上虞区水司是怎么做的！

消毒是保障饮用水微生物安全的重要环节，但消毒工艺控制水平的优劣，除直接影响消毒效果外，也影响到消毒副产物的产生。此外，消毒工艺所涉及的药剂、设备等，也是水厂安全运行管理中心的重要部分，是各水厂关注的焦点。

水厂加氯消毒工艺改进实例

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)

为防止饮用水传播疾病，保障百姓的身体健康，在自来水厂中消毒是必不可少的一个环节，也是保证水质的最后一关。含氯消毒剂用于饮用水消毒最早可追溯到1903年［1］，是历史最为悠久的饮用水消毒方式，在水处理消毒行业中拥有重要地位。随着科学技术的发展，紫外线消毒、臭氧消毒等新方式逐渐进入人们的视线，然而，氯化消毒因其消毒效率高、效果持续稳定、经济成本可控等原因，仍然是水处理工艺中较为主流的消毒技术。

含氯消毒剂主要有氯气、二氧化氯、次氯酸钠三种。氯气是化工业的主要产品，价格低廉，容易获得，同时消毒效果明显，因而早期自来水厂多选择使用氯气作为消毒制剂。随着城市发展，原先处于城市边缘的自来水厂、污水厂逐渐处于城市中心地段，生产管理的安全问题越来越受到监管部门重视，氯气作为剧毒危险化学品在运输和储存过程中具有安全隐患，受到公安、安监部门严格监管。同时在消毒过程中，氯气分子与水中自然有机物发生反应，还会产生三氯甲烷等具有致癌性的消毒副产物；二氧化氯本身亦属于危险品，且其反应副产物氯酸盐含量较高。

上虞大三角水厂在寻找有效的氯气替代工艺时，对比了二氧化氯和次氯酸钠的工艺安全、消毒效率、维护成本等，选择了更为安全、高效和经济的次氯酸钠作为消毒药剂。水厂在消毒工艺的迭代过程中经历了成品次氯酸钠投加，管式次氯酸钠发生器的试用以及板式次氯酸钠发生器的使用三个过程，在摸索中获得了一定的对比经验，可用于后续数据分析，供其他水厂消毒工艺升级时参考。

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，出于工艺安全以及消毒副产物控制的考虑，水厂决定升级消毒系统。当时在使用次氯酸钠消毒时，行业内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。

从氯气到成品次氯酸钠到现场制备的次氯酸钠，含氯制剂的消毒原理大同小异，都是通过与水反应生成具有强氧化性的次氯酸，反应如式（1）和式（2），次氯酸会分解形成新生态氧，通过次氯酸和新生态氧所具备的强氧化性使菌体病毒上的蛋白变性，从而达到杀菌消毒的目的。含氯药剂的有效杀菌能力可通过有效氯浓度体现，一般都可通过投加量的调节，实现有效杀菌。

CL2＋H2O＝HOCl＋Hˉ＋Clˉ（氯气）（1）

NaOCl+H2O=HOCl+Na﹢+OHˉ（次氯酸钠）（2）

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。在消毒过程中，和氯气或二氧化氯不同，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【2】。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，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，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【2】。

大三角水厂最先选用10%次氯酸钠成品用于消毒使用，有效解决了氯气管理的安全性问题。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。工业制次氯酸钠由于其反应机制，常带有游离碱（成品次氯酸钠因含有0.6%-1%游离碱，对pH的提高效果更明显，在原水pH较高的河道水源水厂应用时需考虑这一情况）。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，如式（3），高温下NaClO不稳定，易分解为NaClO3和NaCl。

3NaClO=NaClO3+2NaCl（3）

成品次氯酸钠常含有少量氯酸盐副产物，在7kg/kt（最大）投加量下，一般不会超过0.7mg/L的国家标准限制【3】。但其储存时间不宜过长，储存温度要尽量低，且需要避光储存。

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（表1）。

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90t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4.5ｔ，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0.72t，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。

在水厂的运行过程中，后期维护相关的经济数据也是重要的参考依据。

大三角水厂在投人使用前的调研数据显示，成品氯气及成品次氯酸钠前期投入成本较小，而次氯酸钠发生器前期投入约是氯气的2倍，是成品次氯酸钠的3倍（表2）。然而对于后期运行费用来说，次氯酸钠发生器的运行成本为8.1元/kt，仅为成品次氯酸钠的0.6倍，氯气的1.6倍。其中，板式次氯酸钠发生器由于其电效率得到了有效的提高，电耗最低，使用效率最高。在后期使用中，通过对相关水厂不同加氯工艺进行成本核算，板式隔膜次氯酸钠发生器的运行成本相对最低的，基本符合前期调研结果，具体数据如表1所示。

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》（GB5749-2006）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/T1091-2018）【4】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。

参考文献：