摘 要:消毒是水處理工藝中*的部分,而傳統液cl消毒存在較大安全隱患,隨著供水行業迅速發展,次氯酸鈉消毒因其自身優勢逐漸被廣泛使用。闡述了次氯酸鈉的性質、消毒原理及投加方式,并通過實例對成品次氯酸鈉、采用發生器現場制備的次酸鈉和傳統液cl進行了成本及可行性分析,后總結了不同次氯酸鈉消毒方式的應用條件,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,國內大多數自來水廠仍采用cl進行消毒，其作為傳統凈水消毒劑具有運行成熟等優點,但液cl屬于有劇毒、易爆炸的危險化學品，在生產運輸、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。筆者在綜合考慮現狀水廠的生產能力現有設備設施及消毒成本等因素的基礎上,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氧【O】，新生態氧*的氧化性使菌體和病毒的蛋白質變性，從而使病原微生物致死。根據化學測定,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)體內與菌(病毒)體蛋白、核酸和酶等發生氧化反應,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）

  次氯酸鈉發生器現場制備的次氯酸鈉溶液不含雜質和有害物質，一般不會因存在分子氯而發生氯代化合反應，生產不利于人體健康的有毒有害物質。因此，在條件允許的情況下次氯酸鈉消毒以電解食鹽水現場制備效果較好。

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，并根據水質的不同來調整加氯量，、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，實際生產運行統計的加氯量均為0.7mg/L。

2 次氯酸鈉溶液的性質及優勢

  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，它的組成因溶液PH值的不同而不同^【1】。NaCLO溶液在15℃以下時較穩定，溫度稍高即發生分解。當溫度達到70℃以上時分解猛烈，甚至可能發生爆炸。該溶液在中型和酸性條件下不穩定，但是在堿性條件下（與氫氧化鈉共存）下則較穩定。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，而現場制備的液態比較穩定、成分單一，也容易保存，而現場制備的液體比較穩定、成分單一，也容易保存，因此多用電解低濃度食鹽水現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，結合各水廠實際年消毒劑用量、電耗等相關參數，對液cl、次氯酸鈉成品及次氯酸鈉發生器現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。

 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

  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水廠加氯系統的用電量主要由加氯水泵及蒸發器的用電構成。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器，功率為18kw，使用率約為50%。

  ③水廠液cl系統設備維護費根據各水廠加氯系統設備數量以及各廠年均設備維護費用確定。

 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據而得。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

  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（包括藥劑運輸到水廠的費用）。

  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次氯酸鈉發生器現場制備消毒運行成本分析

  目前長安區三級加壓站采用現場制備的次氯酸鈉進行消毒，故各水廠次氯酸鈉發生器消毒費用的計算基于長安區三級加壓站運行而得。各水廠成本分析見表3

表3 次氯酸鈉發生器現場配制消毒成本分析

 ①水廠現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模所選用的設備不同，折算成5000元（10⁴m³*年）。

 3.4三種消毒方式生產運行成本分析

  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/m^3，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，各水廠使用發生器現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液cl消毒運行成本高出約40%，在大型水廠（規模≥10*10⁴m³/d）現場制備次氯酸鈉的消毒成本和傳統液cl消毒成本基本持平，在中小型水廠（規模<10*10⁴m³/d）次氯酸鈉發生器成本較低。考慮到目前國內次氯酸鈉發生器生產規模多在10*10⁴m³/d以下，大型水廠尚未普遍應用。次氯酸鈉發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要求高^〖4〗。同時由于成品次氯酸鈉易揮發，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（規模≥10*10⁴m³/d）利用成品次氯酸鈉消毒法；中小型水廠（規模<10*10⁴m³/d）利用次氯酸鈉發生器現場制備消毒法。

4 結論

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根據西北某市各水廠運行情況及地區市場調研，并結合供水企業管理運行風險和水廠運行安全，建議中小型水廠（規模<10*10⁴m³/d）使用電解食鹽法現場制備次氯酸鈉相對有利，大型水廠（規模≥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有的液cl系統運行成本，但從原料采購、水廠運行以及對周邊地區的影響等角度考慮，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的安全性，可基本消除原有液cl消毒系統對水廠及周邊環境造成的安全隱患，具有良好的社會效益。

參考文獻：

[1] 張茹.次氯酸鈉中水消毒的研究[D]，北京：中國地質大學（北京），2006.

[2] 李樹茂，吳德禮.液cl和次氯酸鈉對飲用水消毒效果的生產性試驗研究[J]。工業用水與廢水，2011,42（2）：14-17.

[3] 張春雷，許光，王俊波等.消毒劑cl₂和次氯酸鈉的比較[J]。城鎮供水，2014，（2）:34-37.

[4] 陸宇駿.次氯酸鈉現場生產系統在大中型水廠的應用[J].凈水技術，2010,29（1）：70-73.