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山東齊力智云環(huán)保設(shè)備有限公司
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閱讀：2081發(fā)布時間：2019-5-22
摘 要:消毒是水處理工藝中*的部分,而傳統(tǒng)液cl消毒存在較大安全隱患,隨著供水行業(yè)迅速發(fā)展,次氯酸鈉消毒因其自身優(yōu)勢逐漸被廣泛使用。闡述了次氯酸鈉的性質(zhì)、消毒原理及投加方式,并通過實例對成品次氯酸鈉、采用發(fā)生器現(xiàn)場制備的次酸鈉和傳統(tǒng)液cl進行了成本及可行性分析,后總結(jié)了不同次氯酸鈉消毒方式的應(yīng)用條件,這對于水廠消毒工藝改造及新建水廠消毒方式的選取具有借鑒意義。
關(guān)鍵詞:自來水廠；消毒；液cl；次氯酸鈉；運行成本
中圖分類號:TU991 文獻標識碼:C 文章編號:1000-4602(2016)19-0058-04
目前,國內(nèi)大多數(shù)自來水廠仍采用cl進行消毒，其作為傳統(tǒng)凈水消毒劑具有運行成熟等優(yōu)點,但液cl屬于有劇毒、易爆炸的危險化學品，在生產(chǎn)運輸、日常使用中存在多不便及安全隱患,各地自來水廠都在尋找新的更加安全、可靠的消毒劑代替液cl,其中次氯酸鈉消毒代替液cl消毒已成為趨勢。筆者在綜合考慮現(xiàn)狀水廠的生產(chǎn)能力現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施及消毒成本等因素的基礎(chǔ)上,對西北某市自來水廠的消毒工藝替換進行可行性研究。
次氯酸鈉的滅菌原理主要是通過水解形成次氯酸，次氯酸再進一步分解形成新生態(tài)氧【O】，新生態(tài)氧*的氧化性使菌體和病毒的蛋白質(zhì)變性，從而使病原微生物致死。根據(jù)化學測定,次氯酸鈉的水解受pH值的影響,當pH值超過9.5時則不利于次氯酸的生成,但是,大部分水體的pH值在6-8.5之間,所以次氯酸鈉在水中幾乎是*水解成次氯酸,其效率高于99.99。
次氯酸在殺菌、殺病毒過程中,不僅可作用于細胞、病毒外殼,而且因次氯酸分子小、不帶電荷,可滲透入菌(病毒)體內(nèi)與菌(病毒)體蛋白、核酸和酶等發(fā)生氧化反應(yīng),從而殺死病原微生物,見公式（1）。同時，氯離子還能顯著改變細菌和病菌體的滲透壓使其喪失活性而死亡。
R - NN - R + HCLO → R2NCL + H2O （1）
次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場制備的次氯酸鈉溶液不含雜質(zhì)和有害物質(zhì)，一般不會因存在分子氯而發(fā)生氯代化合反應(yīng)，生產(chǎn)不利于人體健康的有毒有害物質(zhì)。因此，在條件允許的情況下次氯酸鈉消毒以電解食鹽水現(xiàn)場制備效果較好。
1 工程概況
西北某市自來水公司共管轄7個水廠，總供水能力為100*104m3/d。其中地表水源水廠3個，包括：水廠、第二水廠、第三水廠。地表水廠均配置前加氯和后加氯系統(tǒng)，并根據(jù)水質(zhì)的不同來調(diào)整加氯量，、第二、第三水廠加氯量分別為1.5、1.5、1.2mg/L。地下水源水廠4個，包括：第四水廠、第五水廠、第六水廠、第七水廠。地下水廠配置后加氯系統(tǒng)，實際生產(chǎn)運行統(tǒng)計的加氯量均為0.7mg/L。
2 次氯酸鈉溶液的性質(zhì)及優(yōu)勢
次氯酸鈉（別名漂白水）是一種弱酸鹽，其溶液屬于一種復雜的化學系統(tǒng)，它的組成因溶液PH值的不同而不同【1】。NaCLO溶液在15℃以下時較穩(wěn)定，溫度稍高即發(fā)生分解。當溫度達到70℃以上時分解猛烈，甚至可能發(fā)生爆炸。該溶液在中型和酸性條件下不穩(wěn)定，但是在堿性條件下（與氫氧化鈉共存）下則較穩(wěn)定。當NaCLO溶液濃度為10%時，可保存5—7d；當NaCLO溶液濃度為3%-5%時，可保存10—15d，且其熱穩(wěn)定性也有所提高【2】。
就消毒而言次氯酸鈉溶液作為一種、廣譜、安全的強力滅菌和殺病毒劑，它同水的親和性很好，并且不存在液cl、二氧化氯等藥劑的安全隱患，其消毒效果被*為與cl2相當【3】。另外，其投加準確、操作安全、使用方便、易于儲存、對環(huán)境無毒害、不存在跑氣泄露，可以再任意工作狀況下投加【1】。但是由于次氯酸鈉溶液不容易長久保存，而現(xiàn)場制備的液態(tài)比較穩(wěn)定、成分單一，也容易保存，而現(xiàn)場制備的液體比較穩(wěn)定、成分單一，也容易保存，因此多用電解低濃度食鹽水現(xiàn)場制備次氯酸鈉消毒液體。
3 次氯酸鈉與液cl消毒運行成本分析
以西北某市自來水公司2014年滿負荷運行水量為基礎(chǔ)，結(jié)合各水廠實際年消毒劑用量、電耗等相關(guān)參數(shù)，對液cl、次氯酸鈉成品及次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場制備三種消毒方式的運行成本進行比較，人工成本不計算在內(nèi)。
3.1 液cl消毒運行成本分析
各水廠液cl消毒成本分析見表1。
表1 液cl消毒成本分析
項目 | 規(guī)模/（104m3 *年-1） | 液cl用量/（t*年-1） | 藥劑費/（萬元*年-1） | 維護費/（萬元*年-1） | 用電量/（kw*h*d-1） | 電費/（萬元*年-1） | 總成本/（萬元*年-1） | 單位成本/（元*m-3） |
水廠 | 10950 | 164.3 | 56.913 | 10 | 660 | 19.0 | 85.913 | 0.008 |
第二水廠 | 14600 | 204.4 | 70.825 | 15 | 744 | 21.5 | 107.325 | 0.007 |
第三水廠 | 3650 | 47.5 | 16.459 | 5 | 560 | 16.1 | 37.559 | 0.010 |
第四水廠 | 2190 | 15.3 | 5.301 | 3 | 488 | 14.1 | 22.401 | 0.010 |
第五水廠 | 2190 | 14.7 | 5.094 | 3 | 384 | 11.1 | 19.194 | 0.009 |
第六水廠 | 1825 | 13.6 | 4.712 | 1 | 288 | 8.3 | 14.017 | 0.008 |
第七水廠 | 1095 | 13.2 | 4.574 | 2 | 149 | 4.3 | 10.874 | 0.010 |
合計 | 36500 | 473.0 | 163.878 | 39 | 3273 | 94.4 | 297.283 | — |
均值 | — | — | — | — | — | — | — | 0.009 |
注：液cl損耗按5%計算，電費按0.79元（kw*h）計算。 | ||||||||
①各水廠2014年液cl采購價為3300元/t，以實際消耗的液cl量計算藥劑費。
②水廠加氯系統(tǒng)的用電量主要由加氯水泵及蒸發(fā)器的用電構(gòu)成。其中加氯水泵功率各不相同：水廠前加氯水泵為7.5kw，一用一備，后加氯水泵為11kw，一用一備；第二水廠加氯水泵均為11kw，兩用一備；第三水廠前加氯水泵為7.5kw，一用一備，后加氯水泵為11kw，一用一備；其余水廠使用水泵的功率均為4kw。另外，、第二水廠各有一臺蒸發(fā)器，功率為18kw，使用率約為50%。
③水廠液cl系統(tǒng)設(shè)備維護費根據(jù)各水廠加氯系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量以及各廠年均設(shè)備維護費用確定。
3.2 次氯酸鈉成品消毒運行成本分析
由于戶縣石井水廠采用次氯酸鈉成品進行消毒，故各水廠次氯酸鈉成品消毒費用的計算基于石井水廠實際運行數(shù)據(jù)而得。各水廠成本分析如表2所示。
表2 次氯酸鈉成品消毒成本分析
項目 | 規(guī)模/（104m3 *年-1） | 次氯酸鈉成品用量/（t*年-1） | 藥劑費/（萬元*年-1） | 計量泵數(shù)量/臺 | 維護費/（萬元*年-1） | 用電量/（kw*h*d-1） | 電費/（萬元*年-1） | 總成本/（萬元*年-1） | 單位成本/（元*m-3） |
水廠 | 10950 | 1642.5 | 197.100 | 7 | 0.7 | 52.8 | 1.5 | 199.300 | 0.018 |
第二水廠 | 14600 | 2044.5 | 245.340 | 9 | 0.9 | 79.2 | 2.3 | 248.540 | 0.017 |
第三水廠 | 3650 | 474.5 | 56.940 | 6 | 0.6 | 39.6 | 1.1 | 58.660 | 0.016 |
第四水廠 | 2190 | 153.3 | 18.396 | 6 | 0.6 | 39.6 | 1.1 | 20.096 | 0.010 |
第五水廠 | 2190 | 146.5 | 17.580 | 6 | 0.6 | 39.6 | 1.1 | 19.280 | 0.009 |
第六水廠 | 1825 | 135.5 | 16.260 | 3 | 0.3 | 26.4 | 0.8 | 17.360 | 0.010 |
第七水廠 | 1095 | 131.4 | 15.768 | 4 | 0.4 | 26.4 | 0.8 | 16.968 | 0.015 |
合計 | 36500 | 4728.2 | 567.384 | 41 | 4.1 | 303.60 | 8.7 | 580.204 | — |
均值 | — | — | — | — | — | — | — | — | 0.013 |
①水廠每天投加的10%次氯酸鈉消毒劑的藥劑費用為1200元/t（包括藥劑運輸?shù)剿畯S的費用）。
②水廠消毒使用的計量泵功率很小，每臺功率按0.55kw計算。
③水廠每年對于計量泵的維護費，按每臺1500元計算。
3.3次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場制備消毒運行成本分析
目前長安區(qū)三級加壓站采用現(xiàn)場制備的次氯酸鈉進行消毒，故各水廠次氯酸鈉發(fā)生器消毒費用的計算基于長安區(qū)三級加壓站運行而得。各水廠成本分析見表3
表3 次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場配制消毒成本分析
項目 | 規(guī)模/（104m3 *年-1） | 投加量/（mg *L-1） | 設(shè)備發(fā)生量/（g*h-1） | 鹽用量/（t*年-1） | 計量泵數(shù)量/臺 | 維護費/（萬元*年-1） | 用電量/（kw*h*d-1） | 電費/（萬元*年-1） | 總成本/（萬元*年-1） | 單位成本/（元*m-3） |
水廠 | 10950 | 1.5 | 20000 | 328.5 | 7 | 20 | 1850 | 53.3 | 89.770 | 0.008 |
第二水廠 | 14600 | 1.5 | 25000 | 438.0 | 9 | 23 | 2208 | 63.7 | 108.568 | 0.007 |
第三水廠 | 3650 | 1.2 | 5000 | 87.6 | 6 | 12 | 512 | 14.8 | 31.144 | 0.009 |
第四水廠 | 2190 | 0.7 | 1750 | 30.7 | 6 | 5 | 226 | 6.5 | 13.050 | 0.006 |
第五水廠 | 2190 | 0.7 | 1750 | 30.7 | 6 | 5 | 226 | 6.5 | 13.050 | 0.006 |
第六水廠 | 1825 | 0.7 | 1500 | 25.6 | 3 | 4 | 149.76 | 4.3 | 9.596 | 0.005 |
第七水廠 | 1095 | 0.7 | 1000 | 15.3 | 4 | 4 | 105.76 | 3.0 | 7.816 | 0.007 |
合計 | 36500 | — | — | 956.4 | 41 | 73 | 5277.52 | 152.1 | 272.994 | — |
均值 | — | — | — | — | — | — | — | — | — | 0.007 |
注：計量泵功率按0.18-0.75kw考慮，電解食鹽裝置對應(yīng)設(shè)備功率計算。 | ||||||||||
①水廠現(xiàn)場采用電解法制備次氯酸鈉，每制備1t純次氯酸鈉約消耗2t鹽，批量采購成品細粒鹽約500元/t，即生產(chǎn)1t純次氯酸鈉（相當于10%次氯酸鈉溶液10t），鹽耗成本為1000元。
②水廠使用計量泵功率都很小，一般在0.18——0.75kw之間。
③水廠計量泵基本兩年更換一次備件，折合每年每臺泵1500元。電解裝置因不同水廠規(guī)模所選用的設(shè)備不同，折算成5000元（104m3*年）。
3.4三種消毒方式生產(chǎn)運行成本分析
由表1可知，各水廠使用液cl消毒劑的平均成本為0.009元/m3；由表2可知，各水廠使用次氯酸鈉成品消毒劑的平均成本為0.013元/m3，比使用液cl消毒劑多出0.004元/m3，成本大約為液cl消毒的1.4倍。采用次氯酸鈉成品消毒相當于液cl消毒每年消毒劑費增加約404萬，維護費減少約35萬元，電費減少約86萬元，合計次氯酸鈉成品消毒運行總成本增加約283萬元。
由表3可知，各水廠使用發(fā)生器現(xiàn)場制備次氯酸鈉的消毒平均成本為0.007元/m3，比使用液cl消毒劑減少0.002元/m3。采用次氯酸鈉發(fā)生器消毒相比于液cl消毒每年消毒劑費用減少月116萬元，維護費增加約34萬元，電費增加約58萬元，合計次氯酸鈉消毒運行總成本減少約24萬元。
由此可以看出，成品次氯酸鈉消毒比傳統(tǒng)液cl消毒運行成本高出約40%，在大型水廠（規(guī)模≥10*104m3/d）現(xiàn)場制備次氯酸鈉的消毒成本和傳統(tǒng)液cl消毒成本基本持平，在中小型水廠（規(guī)模<10*104m3/d）次氯酸鈉發(fā)生器成本較低。考慮到目前國內(nèi)次氯酸鈉發(fā)生器生產(chǎn)規(guī)模多在10*104m3/d以下，大型水廠尚未普遍應(yīng)用。次氯酸鈉發(fā)生器的一次性投資大，且耗電量高，改造時對水廠的配電系統(tǒng)要求高〖4〗。同時由于成品次氯酸鈉易揮發(fā)，且不易保存，小型水廠使用其作為消毒劑較少。綜上所述，推薦西北某自來水公司大型水廠（規(guī)模≥10*104m3/d）利用成品次氯酸鈉消毒法；中小型水廠（規(guī)模<10*104m3/d）利用次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場制備消毒法。
4 結(jié)論
①凈水廠采用次氯酸鈉溶液替代液cl進行消毒，從消毒原理、處理效果以及實際工程措施方面分析都是可行的。
②根據(jù)西北某市各水廠運行情況及地區(qū)市場調(diào)研，并結(jié)合供水企業(yè)管理運行風險和水廠運行安全，建議中小型水廠（規(guī)模<10*104m3/d）使用電解食鹽法現(xiàn)場制備次氯酸鈉相對有利，大型水廠（規(guī)模≥10*104m3/d）則使用成品次氯酸鈉較為便捷。
③盡管次氯酸鈉溶液運行成本高于現(xiàn)有的液cl系統(tǒng)運行成本，但從原料采購、水廠運行以及對周邊地區(qū)的影響等角度考慮，次氯酸鈉溶液（有效氯含量<10%）的安全性遠高于液cl。并且，小型水廠使用次氯酸鈉發(fā)生器的消毒運行成本低于液cl的。
④該工程實施后將大大提高水廠消毒系統(tǒng)的安全性，可基本消除原有液cl消毒系統(tǒng)對水廠及周邊環(huán)境造成的安全隱患，具有良好的社會效益。
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