几种氯化消毒剂在净水厂中的应用

林少云

在净水厂的生产过程中，消毒是必不可少的一道工序和环节，可去除水中的细菌、病毒和藻类，控制输水管道中病菌的生长，防止病菌传播，提高供水安全性。常见的净水厂消毒技术有氯化消毒、紫外消毒和臭氧消毒。笔者针对氯化消毒中常用的液氯、次氯酸钠和二氧化氯三种消毒剂在净水厂的应用的原理、工艺特点和投加制备系统等展开讨论和比较，为行业应用提供参考。

一、液氯消毒

液氯消毒是当前国内净水厂最常见的一种消毒工艺。净水厂采购液化后的氯气瓶，使用时通过过滤及蒸发装置转化为氯气进行投加。

（一）液氯消毒原理

液氯的消毒原理是将氯气溶于水后，和水发生反应生成具有强氧化性的次氯酸，可进行消毒，化学反应方程式为：Cl2+H2O=H++Cl-+HOCl。

（二）液氯消毒的特点

优势：①技术成熟。②设备简单。③运行成本低，约为3．5元/千吨。④杀菌持续效果好。

劣势：①剧毒，需要严密的安全管理制度和应急处理设施。②产生具有“三致”作用的副产物。

（三）液氯消毒系统

净水厂中液氯消毒一般采用真空投加，投加系统的设备为：氯瓶→绕性铜管→歧管组件→过滤及蒸发装置→真空调节器及自动切换装置→加氯机→水射器→投加点加注头，液氯投加工艺图如图1所示。

图1 液氯消毒系统示意图

① 氯瓶。氯瓶是液氯存储设备，通常分为0．5吨和1吨两种，常温下压力为0．5～0．6MPa。氯瓶出口分为气相和液相，可分别引出气态和液态氯气。常温下每个1吨氯瓶蒸发量不超过10kg/h，因此在使用气态氯气时，应根据投加量增加系统所挂氯瓶数量。但氯瓶数量增多，会导致正压管道上的压力增大，易造成真空调节器超压泄漏。因此，通常每组氯瓶数量不超过5个为宜，并在歧管上加装减压阀，使真空调节器压力保持在0．3MPa左右。

当每组5个氯瓶无法满足使用要求时，则可通过氯瓶液相出口引出液氯，经过绕性铜管和歧管进入氯气专用蒸发器进行气化，同时配备防爆缸。在绕性铜管与氯瓶角阀连接处，增加一套轭钳，以防止更换氯瓶时铜管中的正压氯气（液相投加时是液氯）溢出，发生危险。

② 真空调节器及自动切换装置。真空调节器一般由正压腔、真空腔和排放腔组成。正压腔与真空腔之间配备一个锥阀，并由弹簧预紧。通过水射器产生的真空度来驱动膜片，自动调节锥阀的开度控制氯气的通过量。当锥阀故障或真空调节器进口压力过大时，氯气通过安全阀进入排放腔泄压，保证后续PVC管道及加氯机等设备安全。氯气经过真空调节器后，管道由正压变为负压，因此管道从金属管道变为PVC管道。由于氯气具有腐蚀性，正压金属管道建议采用低碳钢或铜，杜绝使用不锈钢等合金材料。

自动切换装置可配置在真空调节器前后，通过电接点压力表感应管路上的压力来控制电动球阀开关，实现自动切换，以保证氯瓶使用完时还处于正压状态。当自动切换装置配置在真空调节器前，为正压切换方式，采用该切换方式，预备组氯瓶歧管上的电动球阀处于关闭状态，正压氯气未作用于真空调节器锥阀上，不会导致锥阀泄露，造成真空调节器漏氯，运行可靠。但是该方式安装维护复杂，成本较高，也有净水厂将自动切换装置安装于真空调节器后的PVC管路上，采用负压切换。

③ 加氯机。一般大中型净水厂采用的是柜式加氯机，主要由流量调节阀、差压调节器和刻度转子流量计等部件组成。流量调节阀内配有V型槽阀，内设有V型槽阀塞，通过伺服电机或手动调节控制阀塞在上下动作形成特定孔径以对应投加量。差压调节器采用的是隔膜、锥阀及弹簧结构，通过隔膜驱动调节锥阀大小来补偿由于水射器真空度变化对投加量产生的影响。刻度转子流量计用于计量显示投加量。

加氯机的自动控制器分为流量比例控制和复合环路控制，对应净水厂前加氯和后加氯。流量比例控制器根据进水流量，通过加氯机流量调节阀伺服电机调节氯气投加量。复合环控制器可接收滤后水流量计信号和余氯信号进行闭环双回路控制。

加氯机投加量输出一般是通过流量调节阀开度信号输出，由于使用一段时间后开度调节阀会出现磨损，因此开度输出信号一般与刻度转子流量计显示值偏差较大，因此现有部分加氯机生产厂家在刻度转子流量计后加装浮子扫描仪进行投加量输出。

④ 水射器。水射器设有防回水功能，防止压力水进入加氯系统造成损坏。水射器正常工作需保证进出口存在0．25mpa的压力差，因此，水射器出口水头损失要小，一般大中型净水厂采用遥装，即水射器安装位置位于投加点附近。

图2 现场制备次氯酸钠投加系统示意图

二、次氯酸钠消毒

次氯酸钠是一种高效、广谱、安全的消毒。研究表明次氯酸钠消毒比液氯消毒更安全，有利于降低水中消毒副产物的生成水平，也可消除用氯产生的安全隐患，因此，净水厂采用次氯酸钠替代液氯逐渐成为一种趋势。净水厂中使用次氯酸钠消毒一般采用成品次氯酸纳投加和电解食盐水制备次氯酸钠投加两种形式。

（一）次氯酸钠消毒原理

次氯酸钠消毒原理与液氯相似，是次氯酸根与水反应生成氢氧根和次氯酸，次氯酸即有效的消毒剂，反应方程式如下：ClO-+H2O=OH-+HClO

（二）次氯酸钠消毒特点

优势：① 安全、方便。② 消毒效果持续性好。

劣势：① 运行成本高，约为液氯消毒的3～4倍。厦门某净水厂，次氯酸钠消毒成本达到12．43元/千吨，约为液氯消毒的3．6倍。② 成品次氯酸钠储存时间短，运输量大。

（三）成品次氯酸钠投加系统

成品次氯酸钠一般向氯碱厂直接采购食品级的次氯酸钠溶液，用泵直接投加。这种投加方式结构简单、投资少、操作方便、使用安全可靠。成本次氯酸溶液有效氯含量为10%，随着储存时间延长，有效氯会衰减，副产物氯酸盐会增多。因此，一般净水厂储量以30天用量为宜。投加方式一般有计量泵投加和恒压电动投加两种。

① 计量泵投加。在投加点直接用计量泵进行投加。当净水厂未满负荷生产且水质较好时，可能会出现流量微小的情况；当水质劣化时，需大流量投加，对计量泵投加的准确性要求较高，应尽量选用调节比较大的数字计量泵。这种投加方式结构直观简单，安装操作方便，自控系统简单，投资小，广泛运用于各净水厂。

② 恒压电动投加。是采用大流量的耐腐蚀离心泵与电动调流锥阀相配合，通过离心泵加压、调流阀泄压的方式将药液干管保持在一个恒定的压力，再通过一台电动调流锥阀对应一个投加点进行加药，实现线性投加。这种投加方式由于控制系统较为复杂，设备投入大，随着数字计量泵技术的成熟，现在应用较少。

（四）现场制备次氯酸钠投加系统

电解食盐水制备次氯酸钠溶液是采用无膜电解法，用水将食盐稀释至3%左右（不同设备生产厂家可能有所区别）进行电解，产生约为0．8%的次氯酸钠溶液。该方法采用的原料是食盐、水和电，化学原料无危险性，容易储备，制备的次氯酸钠溶液为新鲜药剂，不易挥发，消毒效果好。

投加系统包括原料（食盐）存储部分、原料喂料部分、制备部分、产物存储、投加部分及控制部分，系统示意图如图2所示。该系统中溶盐罐需保证罐中盐液始终处于饱和状态，因此系统工作时罐底必须保持一定厚度的未溶解食盐并定期进行曝气或采用回流泵进行搅动。

三、二氧化氯消毒

二氧化氯是一种新兴的消毒剂，因其具有高效、安全、无毒等特点，逐步成为净水厂消毒技术的第一选择。

（一）二氧化氯消毒原理及标准

二氧化氯在水中通常以分子形态存在，能进入细菌细胞内部，氧化酶、DNA或RNA，影响细菌的生理机制、迅速死亡。

反应原理：

5NaClO2+4HCl=4ClO2+5NaCl+2H2O

2NaClO2+4HCl=2ClO2↑ +2NaCl+Cl2↑ +2H2O

使用原料：一类使用原料：亚氯酸钠（工业一级品，含量≥85%）、工业合成盐酸（浓度≥31%）、氯酸钠（工业一级品，含量≥99%）、过氧化氢（工业合格品，含量≥27．5%）、次氯酸钠10%；二类使用原料：氯酸钠（工业一级品，含量≥99%）和工业合成盐酸（浓度≥31%）。

参照标准：稳定性二氧化氯溶液应符合国家标准(GB/T20783-2006)要求。

（二） 二氧化氯消毒特点

优点：① 消毒消果好、效率高、持续性好，特别是针对高藻类水，能去除土腥味，适当降低铁、锰的含量。② 安全，制备原料为低浓度的A、B溶液，在混合前均为安全的溶液。③ 消毒过程不产生“三致效应”，基本不与水发生化学反应。④ 投加工艺简，仅需控制投加泵，程序易实现自动投加。

缺点：① 成本高，二氧化氯含量执行国标排放标准1．0mg/L时，吨水成本约为0．03～0．04元，二氧化氯含量排放标准为 1．5mg/L 时，吨水成本约为 0．04～0．08元。② 亚氯酸盐含量较高，易出现超标现象。

图3 二氧化氯投加控制界面图

（三）二氧化氯消毒系统

二氧化氯消毒系统主要包括：A液储罐、B液储罐，A液投加泵及流量计、B液投加泵及流量计、投加活化器、转子流量计及二氧化氯在线仪表组成。在应用过程中，应注意以下几点：

① 确保厂家提供的A液和B液品质稳定，按标准进行验收，要求A液厂家必须将A液进行沉淀过滤后供货，否则易造成管道结晶，影响流量和投加效果。

② 通过程序实现A液（2%二氧化氯）和B液（稀盐酸4～6%），按1∶1进入活化器，进行激活。

③ 二氧化氯对管网、池体具有氧化作用，调试前期易造成浊度升高，二氧化氯浓度提升慢，以及亚氯酸盐偏高等问题，调试周期长。

④ 规范操作便携式二氧化氯测定仪，降低测量偏差范围，建议在混合效果良好的点进行测量，并定期标定，保证数据的准确性。

⑤ 二氧化氯的氧化性强、反应速度快，建议多设置投加点，如进水处投加，有利于藻类、锰等处理；在清水池处后增加补加点，用于补充水中二氧化氯量，确保出厂水水质达标。一般进水二氧化氯投加点设计投加量约为80mg/L，滤后二氧化氯量投加在50mg/L，补加点投加量约为15mg/L。

⑥ 建议增加亚氯酸盐的在线监测仪表，利于控制水质。

液氯、次氯酸钠和二氧化氯消毒剂从安全性、经济性、系统操作便捷性等角度，各有利弊，净水厂需根据实际情况综合考虑和应用。根据现有技术发展情况，未来一段时间内氯化消毒技术还是国内多数净水厂的主要选择，但是消毒技术的研究和发展还有很多空间：① 对现有技术进行深入研究，关注和跟踪不同消毒剂副产物及其他新风险。② 优化现有消毒技术，进行几种消毒剂的串联应用，趋利避害。③ 随着科技水平的提高，开发新型、高效、安全、经济的消毒剂。