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氯氣消毒曾經(jīng)是自來(lái)水廠普遍采用的消毒方式。但是，液氯在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和操作過(guò)程中的潛在不安全性，使尋找和替代氯氣消毒的新消毒方式逐漸得到推廣。次氯酸鈉消毒就是新消毒方式之一。在此，筆者就次氯酸鈉消毒系統(tǒng)在水廠中的應(yīng)用與大家進(jìn)行探討和交流。

次氯酸鈉消毒原理

次氯酸鈉投入水中會(huì)迅速水解并發(fā)生分解，其中的次氯酸根會(huì)與水中氫離子結(jié)合形成次氯酸，鈉離子與氫氧離子結(jié)合成為氫氧化鈉。

NaClO + H₂O = HClO + NaOH

其中次氯酸也會(huì)進(jìn)一步分解，從而形成鹽酸和新鮮的氧原子。

HClO = HCl +【O】

次氯酸本身具有一定的殺菌功效，會(huì)吸附在細(xì)菌或病毒的表面，通過(guò)滲透細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，通過(guò)強(qiáng)烈的氧化作用改變細(xì)菌或病毒內(nèi)部的蛋白質(zhì)，從而起到殺菌和消毒作用。

次氯酸鈉的分解

一般自來(lái)水廠使用的次氯酸鈉溶液是出廠原液，溶液濃度為10%左右，其化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定。在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用過(guò)程中，次氯酸鈉會(huì)發(fā)生分解。在濃度、溫度和壓力不同的條件下，次氯酸鈉發(fā)生分解的速度會(huì)不同。濃度越高、溫度越高、壓力越低，次氯酸鈉分解越快，反之越慢。

次氯酸鈉化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，光照受熱后會(huì)自身分解：

2NaClO = 2NaCl + O₂

同時(shí)，次氯酸鈉水解產(chǎn)生的次氯酸也會(huì)發(fā)生分解：

2HClO = 2HCl +O₂

分解產(chǎn)生的鹽酸還會(huì)和次氯酸發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氯氣

HClO +HCl = H₂O +Cl₂

次氯酸鈉產(chǎn)生的氣體會(huì)與液體混合在一起進(jìn)入消毒投加系統(tǒng)。當(dāng)氣體積聚到一定量以后，系統(tǒng)內(nèi)的氣體會(huì)直接對(duì)系統(tǒng)的工作性能、控制參數(shù)產(chǎn)生影響，改變整個(gè)系統(tǒng)的控制結(jié)果，甚至可能影響水廠的出廠水質(zhì)。

次氯酸鈉投加系統(tǒng)的流程

通常，次氯酸鈉投加系統(tǒng)由儲(chǔ)存槽，計(jì)量泵投加系統(tǒng)和原水加注點(diǎn)組成。以下是次氯酸鈉投加系統(tǒng)的流程圖。

     次氯酸鈉投加系統(tǒng)的排氣

在流程圖中已紅色標(biāo)注的位置是在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須加以考慮的排氣點(diǎn)。

次氯酸鈉在儲(chǔ)存過(guò)程中會(huì)受光照、受熱的影響，以及自身化學(xué)性質(zhì)的不穩(wěn)定，在儲(chǔ)罐中發(fā)生分解。分解產(chǎn)生的氣體與液體混合在一起進(jìn)入投加系統(tǒng)的管線中，會(huì)直接影響計(jì)量泵投加精度，流量計(jì)的準(zhǔn)確檢測(cè)和其他附件的正常工作。所以，必須在系統(tǒng)中增加排氣點(diǎn)。

1.進(jìn)口管路的排氣

在投加系統(tǒng)的進(jìn)口管路中，需要在計(jì)量泵的進(jìn)口前增加排氣點(diǎn)，目的是保證盡可能少的氣體進(jìn)入計(jì)量泵內(nèi)部，保證計(jì)量泵的投加精度。排放方式可以有以下三種：

第一種排氣方式是聯(lián)通立管自動(dòng)排氣方式：效果最好，投入較小，后期人力消耗最少的方式。但是有些水廠認(rèn)為管線布置長(zhǎng)，外觀不夠美觀

第二種排氣方式是穩(wěn)壓筒手動(dòng)排氣方式：穩(wěn)壓筒進(jìn)行氣體和液體的置換，效果較好，投入最小，但是需要后期人力定期排氣，并且在不同季節(jié)的排氣周期會(huì)不同

第三種排氣方式是穩(wěn)壓筒自動(dòng)排氣方式：穩(wěn)壓筒進(jìn)行氣體和液體的置換，效果較好，但是投入較大。需要采用液位開(kāi)關(guān)與電磁閥結(jié)合，做到自動(dòng)排氣。

2.出口管路流量計(jì)排氣

出口管線中所用的電磁流量計(jì)必須與投加流量適配。通常次氯酸鈉的日常投加量均較小，所以流量計(jì)的通流截面應(yīng)適合小流量應(yīng)用。如果流量計(jì)口徑過(guò)大，在小流量應(yīng)用時(shí)產(chǎn)生的偏差也會(huì)較大，同時(shí)傳感器腔室內(nèi)也較容易積聚氣體，影響檢測(cè)結(jié)果。

流量計(jì)垂直安裝的方式是最適合于次氯酸鈉應(yīng)用的，在液體通過(guò)流量計(jì)時(shí)，液體中混雜的氣泡會(huì)向上移動(dòng)，停留在流量計(jì)傳感器腔室內(nèi)的機(jī)會(huì)比較少，所以氣泡對(duì)流量計(jì)測(cè)量的影響會(huì)很小。

對(duì)于流量計(jì)水平安裝方式，除了在流量計(jì)下游需要增加“拱門(mén)”保證流量計(jì)充滿以外，也需要在流量計(jì)的上游增加“拱門(mén)”，目的是將液體中混雜的氣泡盡可能積聚到管路的高點(diǎn)，減少氣泡對(duì)流量計(jì)檢測(cè)的影響。同時(shí)，為了盡可能減少氣泡進(jìn)入流量計(jì)，所以需要在流量計(jì)上游的高點(diǎn)處增加排氣點(diǎn)，減少液體中氣體的含量。

流量計(jì)的設(shè)置也需要加以注意。流量計(jì)可以適用于各種不同介質(zhì)和工況條件。在設(shè)定時(shí)必須考慮到次氯酸鈉的特殊化學(xué)形式，選擇合適的工況條件進(jìn)行設(shè)置。

3.背壓閥安裝

通常，自來(lái)水廠加藥泵房與藥劑投加點(diǎn)的距離均比較遠(yuǎn)，一般會(huì)在100米以上，甚至?xí)?00米左右的距離，所以，背壓閥的安裝位置非常重要。如果背壓閥位置距離泵較近，背壓閥下游的液體流速均依賴背壓閥設(shè)定壓力與投加點(diǎn)之間的壓差。如果壓差較小，那么流速就會(huì)較慢；管線距離越長(zhǎng)，末端流速越慢。當(dāng)管徑較大，投加量較小時(shí)，液體就不能充滿管道，帶來(lái)的后果是在管道中積聚氣體，影響系統(tǒng)正常工作。

4.管道的選擇

我們均知道次氯酸鈉會(huì)在管道內(nèi)結(jié)晶或結(jié)垢，導(dǎo)致管道堵塞，所以會(huì)習(xí)慣采用較大口徑的管道，延緩結(jié)垢的影響。管道內(nèi)的結(jié)垢無(wú)法用清水沖洗，必須用酸進(jìn)行沖洗。事實(shí)上，結(jié)垢的形成是次氯酸鈉與管道中水分或水蒸汽水解反應(yīng)產(chǎn)生的NaOH。如果采用較大管徑的管道，次氯酸鈉的投加量較小不能充滿管道。此時(shí)，次氯酸鈉的流速較慢，在管道內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)，有充分的時(shí)間與水分反應(yīng)產(chǎn)生NaOH，NaOH比重較重且有一定粘度，較容易附著在管道表面，液體較慢的流速也不能對(duì)附著的NaOH形成沖刷作用，隨著時(shí)間積累，該附著物就形成了結(jié)垢。環(huán)境溫度越低，結(jié)垢越容易形成。原因是NaOH在低溫下容易形成過(guò)飽和，導(dǎo)致晶體析出。

筆者的觀點(diǎn)是建議將背壓閥的安裝點(diǎn)應(yīng)放到遠(yuǎn)端，接近投加點(diǎn)位置。同時(shí)，計(jì)量泵出口管路的管徑不可過(guò)大，依據(jù)實(shí)際投加量確定合適的管徑。如此做的好處有以下幾點(diǎn)：

1）保證管道充滿并保持一定壓力，可以減少次氯酸鈉的分解量，減少管道內(nèi)積氣

2）合適的管徑可以提高液體在管道內(nèi)的流速，也可以將液體中混雜的氣泡及時(shí)帶走，不要停留在管道內(nèi)形成氣阻

3）合適的管徑可以提高液體在管道內(nèi)的流速，形成較高流速，對(duì)管道內(nèi)的結(jié)垢產(chǎn)生沖刷，延緩結(jié)垢的增加

4）合適的管徑便于增加保溫層，可以降低NaOH的晶體析出和結(jié)垢增加

5.加注點(diǎn)形式

次氯酸鈉投加系統(tǒng)的加注點(diǎn)是直接與過(guò)程原水接觸的，在次氯酸鈉與原水接觸的過(guò)程中會(huì)發(fā)生水解，水解反應(yīng)式如下：

NaClO + H₂O = HClO + NaOH

其中反應(yīng)產(chǎn)生的NaOH會(huì)在加注口發(fā)生結(jié)垢。如何減少結(jié)垢的發(fā)生，與加注口的位置以及加注口的形式有直接關(guān)系。

1）  如果次氯酸鈉是直接加入原水管道中，加注口的位置必須在原水管道的中心位置。原水在管道流動(dòng)過(guò)程中，管道中心的流阻最小，流速最快，所以次氯酸鈉在管道中心進(jìn)入后，會(huì)以最快速度進(jìn)入系統(tǒng)，在加注口停留時(shí)間最短。

2）  加注口的形狀是小于45⁰的切口。該切口形狀不利于結(jié)垢形成和結(jié)垢堵塞加注口。

3）  加注口切口方向應(yīng)該背向原水流動(dòng)方向。該方向有利于在切口位置形成負(fù)壓，原水在經(jīng)過(guò)加注口時(shí)由于負(fù)壓作用將次氯酸鈉帶走，不利于在加注口形成結(jié)垢。該原理類似于汽車天窗的作用，利用負(fù)壓對(duì)車廂內(nèi)進(jìn)行換氣。

下圖為次氯酸鈉加注點(diǎn)示意圖：

     6.次氯酸鈉投加系統(tǒng)密封件選用

次氯酸鈉是堿性的強(qiáng)氧化劑，所以在選用管件密封材料是必須兼顧堿性和氧化性兩方面的要求。部分用戶會(huì)按照習(xí)慣選用VITON（氟橡膠）密封件。氟橡膠的耐腐能力確實(shí)是強(qiáng)于大部分的材質(zhì)，但是對(duì)于次氯酸鈉溶液，氟橡膠不是最佳選擇。長(zhǎng)期與次氯酸鈉接觸后，氟橡膠會(huì)出現(xiàn)腐蝕，導(dǎo)致滲漏或泄漏。

也有一些廠商或用戶采用純四氟包覆的密封圈。四氟包覆密封圈的耐腐能力要好于氟橡膠，但是四氟包覆密封圈缺乏彈性，并且四氟材料在長(zhǎng)期受壓以后會(huì)出現(xiàn)退讓，內(nèi)部的橡膠密封圈不能有效補(bǔ)償四氟材料的退讓，那么該類密封圈也會(huì)產(chǎn)生滲漏或泄漏。

根據(jù)相關(guān)化工手冊(cè)和長(zhǎng)期使用驗(yàn)證，EPDM（乙丙橡膠）是可以對(duì)次氯酸鈉產(chǎn)生有效的耐腐作用。

      針對(duì)次氯酸鈉投加系統(tǒng)的建議：

1.在次氯酸鈉投加系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，需要預(yù)先考慮系統(tǒng)整體排氣點(diǎn)的設(shè)置與布置。只有合理布置排氣點(diǎn)，才能保證投加量的準(zhǔn)確。

2.為了配合自控的要求，電磁流量計(jì)的選用已經(jīng)成為必然。流量計(jì)的選用必須考慮小流量使用的要求。同時(shí)流量計(jì)的安裝方式對(duì)后續(xù)使用會(huì)產(chǎn)生直接影響。綜合使用效果來(lái)看，垂直安裝方式是效果最好的方式之一。

3.管徑的確定：由于次氯酸鈉投加系統(tǒng)的管線距離都較長(zhǎng)，考慮到次氯酸鈉在管線中的結(jié)垢問(wèn)題，一般會(huì)習(xí)慣采用較大管徑，但是較大管徑不能最終解決問(wèn)題。筆者的建議是采用較小管徑保證液體的流速。小管徑管道可以保證管道充滿，減少管內(nèi)氣體產(chǎn)生，流速增加可以提高液體對(duì)結(jié)垢物的沖刷。由于PVC管線成本在整體系統(tǒng)建設(shè)中占有的比例較低，可以適當(dāng)考慮備用管線的設(shè)置，用于在系統(tǒng)沖洗階段的切換。

4.管線沖洗：次氯酸鈉在投加過(guò)程中會(huì)在管線中產(chǎn)生結(jié)垢，此結(jié)垢物為NaOH。結(jié)構(gòu)物累積后會(huì)對(duì)投加系統(tǒng)產(chǎn)生影響，所以需要考慮管線沖洗。沖洗介質(zhì)應(yīng)為酸性溶液，一般會(huì)選用鹽酸或醋酸。從沖洗效果看，鹽酸的效果要好于醋酸。

次氯酸鈉投加消毒是有效替換液氯消毒的消毒方法。建設(shè)初期的綜合考慮，細(xì)致設(shè)計(jì)和合理施工才能保證次氯酸鈉投加系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定使用的保證。次氯酸鈉是一種安全有效的消毒劑，在自來(lái)水廠的會(huì)有較好的應(yīng)用前景。