浅谈西村水厂次氯酸钠投加改造工程设计与施工

胡文君  胡讯华

广州市自来水公司西村水厂
摘要：本文通过西村水厂（100万m³/d水厂）由液氯消毒改造成次氯酸钠消毒的实例设计和施工，说明次氯酸钠消毒替代液氯消毒是可行的，次氯酸钠消毒是安全有效的消毒方式，特别适用于大城市居民密集的水厂，并消除了液氯这一重大危险源。

  关键词：西村水厂  液氯消毒  次氯酸钠消毒

Discussion on the Design and Construction of Sodium hypochlorite addition and Reconstruction Project in Xicun Waterworks

Huwenjun   Huxunhua

      Guangzhou Water supply Company Xicun Waterworks

Abstract: The design and construction of Xicun Waterworks (1 million m3 / d) from liquid chlorine disinfection to sodium hypochlorite disinfection are presented in this paper, which was transformed from liquid chlorine disinfection to sodium hypochlorite disinfection, it is shown that sodium hypochlorite disinfection is feasible instead of liquid chlorine disinfection, and sodium hypochlorite disinfection is a safe and effective disinfection method.It is especially suitable for large-city water plants with dense population density, and eliminates the major hazard source of liquid chlorine.

Keywords:Xicun Waterworks  liquid chlorine disinfection   sodium hypochlorite disinfection

一、概述

西村水厂创建于1905年，现有供水能力达到100万m³/d，是具有百年历史的老厂，至今仍是广州市的主力水厂。水厂位于广州荔湾区水厂路，以前是以珠江流域后航道小北江混合支流为水源，2010年10月开始利用西江引水工程的佛山三水区西江思贤滘下陈村附近西江作为水源,珠江流域后航道小北江混合支流为为备用水源,经取水泵房提升至水厂进行常规处理,具有独立的四个常规处理系统。

次氯酸钠投加投产前,西村水厂消毒投加采用的是液氯投加方式。由于我厂地处市中心，水厂氯库为荔湾区唯一的重大危险源，因此每季度市安监局、荔湾区安监局都要到我厂检查氯库安全问题，水投集团也经常对水厂氯库进行检查，是较大的安全风险点。

液氯作为传统消毒剂因其本身的剧毒等危险特点，国家对其使用、生产、储存、运输、装卸和使用等方面均作了严格的规定，在大城市因为人口密集高、液氯使用量大，如果出现泄露事故势必会对居民生命安全及环境造成不可挽回的损失。巨大的安全风险促使北京、上海等大城市的自来水行业正逐步淘汰液氯，进而使用更为安全的消毒剂，目前北京、上海、武汉、广州（我公司）等大城市的水厂采用次氯酸钠已有成功的案例。次氯酸钠溶液，同样为含氯消毒剂，因其使用安全、工艺简单、价格合理等优点成为液氯很好的替代品。

西江引水后，我厂的液氯投加量大幅减少。且我厂的液氯投加设备老旧，故障率高，维修量大，投氯设备所更换的备件价格逐年升高，故必须采用次氯酸钠代替之。相对于液氯消毒，次氯酸钠消毒方式更为安全。我厂2017年立项次氯酸钠改造工程，以投加隔膜泵的形式进行投加，不但降低了投加液氯造成的风险，而且能减少了投氯设备的维护成本。

二、次氯酸钠消毒机理

饮用水消毒是给水工艺处理的重要一环，其主要作用是消除水中致病微生物，防止疾病通过饮用水传播。我国生活饮用水卫生标准（GB5749-2006)规定对消毒产生的消毒副产品溴酸盐、亚氯酸盐、氯酸盐、氯化氰、三卤甲烷、三溴甲烷、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、二氯乙酸、甲醛、三氯乙醛等限值和四氯化碳的限值2μg/L,对饮用水提出了更高要求，目前水处理消毒的主要方式有：液氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒等，但最常见的水厂消毒方式：液氯消毒，但近年来氯气运输、存储方面的安全性以及氯消毒副产品的担心，特别是水厂的运行管理管理过程中，需要进行漏氯演练、安全审批及运行管理等繁琐的工作，液氯消毒成本不断上升，加上城市不断扩大，原先的郊外变成市内，因此目前大型城市自来水厂逐步限制液氯的使用和储存，因此找出更加安全有效的消毒剂成为当前饮用水行业的研究课题。

次氯酸钠溶液是一种极为广泛的广谱杀菌灭藻的强氧化剂，杀菌效力与氯气相当，同其他消毒方式比较：次氯酸钠液能与水任意比互溶，彻底解决了氯气、二氧化氯、臭氧等气体难溶于水而不易做到准确投加的技术困难，消除了氯气、二氧化氯、臭氧等气体具有的跑、泄、漏、毒等安全隐患；同时易于储存、易分解、无残留、对人体无毒无害，是一种较为理想的消毒方式。因此许多城市的自来水均改用安全性较高，投加设备简单的次氯酸钠消毒方式。

次氯酸钠的有效消毒成分与氯消毒的有效消毒成分相同，均为水解产生的次氯酸(HClO)，HClO为很小的中性分子，不仅可作用于细胞壁、病毒外壳，而且次氯酸分子小，不带电荷，还可渗透入菌（病毒）体内，与菌（病毒）体蛋白、核酸和酶等有机高分子发生氧化反应，从而杀死病原微生物，ClO^-虽亦具有杀菌能力，但带有负电，难于接近带负电的细菌表面，杀菌能力比HClO差得多。生产实践表明：PH值越低则消毒作用越强，证明HClO是消毒的主要因素。其次次氯酸会进一步分解成为活性新生态氧[O]，新生态氧的极强氧化性使菌体和病毒上的蛋白质等物质变性,从而使得致病微生物死亡.同时次氯酸钠溶液中含有的氯通过与细胞膜蛋白质结合,形成氮氯化合物,从而干扰细胞的代谢,最后引起细胞死亡，最终次氯酸钠水解产生的氯离子还能显著改变细菌和病原体的渗透压,使细菌和病原体的细胞丧失活性。一般认为次氯酸的氧化作用是消毒的主要机理，次氯酸钠的水解化学方程式：

NaClO+H₂O      HClO+NaOH

HClO         HCl+[O]

NaOH+HCl         NaCl+H₂O

HClO与细胞内有机物的反应简式：

R-NH-R+HClO       R₂ClO+H₂O

三、次氯酸钠消毒的优缺点

     次氯酸钠杀菌效力同氯气相当，属于高效、广谱、安全的强力灭菌药剂。其优点有：1、投加准确，与氯气相比，达到出厂水余氯含量，使用次氯酸钠溶液消耗相对较少。由于氯气在投加于水中，未能全部溶解，需要考虑一定的过量系数，投加同样量时次氯酸钠与水的亲和力好，能与水任意比互溶，效果比投加氯气好，而且操作安全，使用方便；2、 次氯酸钠消毒的管网余氯含量比氯气消毒游离余氯含量衰减略慢，主要是次氯酸钠在水中的水解比氯气慢，且呈碱性，最后PH值不会下降，而投氯会产生少量盐酸，PH值会下降变酸，因此次氯酸钠消毒更具有持续的消毒能力；3、与氯气消毒相比，次氯酸钠消毒安全风险较低，不存在泄露危害人体生命安全等问题，不存在有毒、有害副产品，次氯酸钠消毒时出厂水中的二氯乙酸（DCAA)和三卤甲烷(THMs)均低于氯气消毒，三氯乙酸(TCAA)和四氯化碳(CCl4)二者基本相当。总体次氯酸钠消毒副产品低于氯气。4、次氯酸钠消毒也不会象氯气同水反应会最后形成盐酸那样，对金属管道构成严重腐蚀。同时便于运输和储存，原料易得。

但次氯酸钠消毒也有以下缺点：使用成本比氯气稍高（含设备投入）缺乏适用于饮用水使用的高质量的标准，成品次氯酸钠的质量难于控制，若非现场制作，运输量大（一般为质量浓度10%的次氯酸钠）；可能含有无机副产品氯酸盐（ClO₃^-)问题。ClO^-发生歧化反应生成：3ClO^-          ClO₃^-+2Cl^-

此反应式分成两个反应式2ClO^-      ClO₂^-+2Cl^-和ClO₂^-+ClO^-           ClO₃^-+Cl^-

当次氯酸钠溶液中ClO^- 含量越高（（也就是次氯酸钠溶液的有效氯浓度）ClO^- 发生歧化反应的数量就越多，较高浓度存放时间越长ClO^- 发生歧化反应的数量就越多。

采用氢氧化钠吸收氯气生产的次氯酸钠溶液的过程中，如果温度控制不当，也可能产生氯酸盐。国家饮用水卫生标准(GB5749-2006)对氯酸盐限值0.7ppm,在全国水质抽样检测，使用较高浓度次氯酸钠溶液消毒的水厂有发生氯酸根超标现象。虽然有这一缺点：我厂还是优先选择次氯酸钠消毒的方式。

四、次氯酸钠投加设计选型：

4.1、次氯酸钠投加方式：拟采用正压投加方式（耐腐蚀隔膜计量泵压力投加）。

次氯酸钠专用槽车——耐腐蚀提升泵——储液罐(或储液池)——耐腐蚀隔膜投加泵——投加点.

4.2、投加点：目前我厂现有13个氯投加点（滤前7个，滤后6个），

4.3、投加设备安装简图： 

4.4、计量泵选型：

由于次氯酸钠具有强腐蚀性，所以必须选择耐腐蚀耐酸的隔膜计量泵。

为满足计量准确，滤前投加拟采用14台计量泵，七运七备；滤后投加选用9台计量泵，六运三备，2台备用泵可作清水池、滤池消毒投加使用。可基本满足我厂投加需要。

根据上表次氯酸钠投加量计算，投加泵拟选取DME375型计量泵；

最大流量：375L/h；

输出压力：10.0bar

电机功率：240W

重复精度：±1%；

调节量程比：1：800（可调流量范围0.468L/h-375L/h）

五、次氯酸钠改造方案

5.1、新建储液罐和储液池

投氯室旁的硫铵室目前空置，内设有3个不锈钢硫酸铵储液罐，可将硫酸铵储液罐等拆除。若以近三年平均投氯量2.51kg/dam3 为依据，设计水量100万m³/d计算，7天总储备量为182吨。拟在硫铵室放置5个40m3的PE储液罐，最大储量为185m3。每个储液罐配备超声波液位计和磁翻板计量尺，次氯酸钠采用槽车承运，用随车耐腐蚀提升泵从槽车中抽吸次氯酸钠进入储液罐。

5.2、 投加管道系统

原有氯投加系统管道为DN40~ DN65硬PVC管，可利用作为次氯酸钠投加管。由于次氯酸钠在管道输送投加过程中有晶粒析出产生结垢，为投加系统安全运行，在每个次氯酸钠投加点管道系统需安装反冲洗管道，定期对管道进行反冲洗，防止管道结晶堵塞。并为日后切换投加系统做准备，7个滤前投加管需铺设一套新的投加管。

投加点采用原有氯投加点，投加管线距离较长，考虑到次氯酸钠在管线中的结垢问题，拟采用较小管径保证液体的流速。保证管道满流，重新铺设DN32耐腐蚀硬PPR管道输送次氯酸钠至各投加点，总长约8500米。

由于现有的投加管坑在次氯酸钠改造期间，液氯投加仍然需要投运，所以次氯酸钠的投加管道敷设时，需要新建投加管坑。

5.3、投加设备

加氯方式采用耐腐蚀隔膜计量泵压力投加，滤前选用14台DME375型计量泵运行（7运7备）；滤后选用9台DME375型计量泵（6运3备）。

5.4、次氯酸钠尾气吸收

成品次氯酸钠中通常含有未脱除的二氧化氯气体，在投加过程中逸出，易积气，为系统安全运行，在储液罐的上部安装DN50PVC塑料管，直接用水射器将尾气抽送到排泥水处理系统的上清液出口处，不需增加额外的吸收装置设备。

5.5、电气设计与自控

(1)电气设计

根据工艺方案设计，按本项目的用电负荷性质，污水处理系统用电确定为一类。我厂现有投氯室主供电源敷设电缆VV22-1kV 3*240+1*120引自一厂变电站3号低压配电屏，备用电源敷设电缆VV22-1kV 3*120+1*70引自一号取水泵站2号低压配电屏。改为计量泵投加次氯酸钠后，由于取消了蒸发器，现有电源完全可以满足需要。低压供电方案能充分利用厂内原有设备的供电能力，不需增加额外的变配电设备。

(2) 自控设计

各主要用电设备，采用两种控制操作方式，即就地手动开停控制与PLC 自动控制。两种控制方式可由现场切换开关进行选择切换。手动控制按钮设于机旁，完成设备的单体动作，主要用于设备的检修与调试，也可作为生产过程中临时、应急操作手段。正常情况下，由PLC 自控系统根据工艺流程要求实现自动控制。

PLC通讯配EtherNet/IP网络通讯模块，MODBUS网络通讯模块。与西村水厂现有控制系统无缝连接。

自动检测仪表的配置是以本系统的工艺流程、运行管理及运行控制的实际需要作依据，以安全可靠、测控准确、方便适用为原则，合理选用，优化组合。每个储液池配一台超声波液位计，并通过电动出液阀门进行控制。储药池药液通过远程控制提升泵提升至计量投加池。采用前加氯投加点的位置在一级上水管投加，采用原水流量比例及余氯反馈的复合环（PCU）控制投加量；滤后加氯点设在清水池进水管，采用流量比例及余氯反馈的复合环（PCU）控制加氯量，保证出厂余氯。

5.6、新旧投加系统的转换工作

在目前空置投氯室旁的硫铵室新建5个40立方米PE储液罐，以平均投加量为依据，可满足7天使用量。

为保证水厂的正常运行，先在硫铵室新建的次氯酸钠投加系统和新的投加管线，新装23台投加设备，13运10备。滤前投加点直接加入原水管道中混合，滤后投加清水池导流墙混合。

待新建的次氯酸钠投加系统运行调试并确定其可完全取代氯投加系统后，将氯库的投氯系统撤出，在氯库再多建两个储液池，连接相应的投加管线。

由于次氯酸钠的保存要求阴凉、通风的库房、远离火种、热源，且库温不宜超过30℃，因此应配备相应的通风、遮阳等设备。且储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料，并提供安全淋浴和洗眼设备。

六、次氯酸钠改造投资估算

名称	总价 （万元）
机械设备材料	184.46
自动化电气材料	79.22
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