水廠消毒設備電解次氯酸鈉發(fā)生器 返回列表頁

水廠消毒設備電解次氯酸鈉發(fā)生器

水廠消毒設備電解次氯酸鈉發(fā)生器

目前，在給水處理中常用的消毒方式主要有液、二氧化氯消毒法、臭氧消毒法、紫外線消毒法等。氯以其消毒效果好、投資和運行成本低、技術工藝成熟等優(yōu)勢在給水處理中得到大規(guī)模的應用，但是近年來由于人們對于氯運輸、存儲方面的不安全以及氯消毒副產(chǎn)物的擔心，特別是在水廠的運行管理過程中，需要經(jīng)常進行漏氯演練、安全審批及運行管理等繁瑣的工作，氯消毒成本不斷提高，目前大型城市自來水廠紛紛逐步限制液的使用，尋求更加安全有效的消毒劑。

    次氯酸鈉溶液是一種用途極為廣泛的廣譜殺菌滅藻的強氧化劑，殺菌效力同氯相當；同其他消毒劑相比較，次氯酸鈉液能與水任意比互溶，*解決了像氯、二氧化氯、臭氧等氣體消毒劑所存在的難溶于水而不易做到準確投加的技術困難，消除了氯、二氧化氯、臭氧等藥劑時常具有的跑、泄、漏、毒等安全隱患；同時易于儲存，易分解、無殘留、對人體無毒無害，是一種較為理想的消毒方式。因此近年來，國內(nèi)越來越多的自來水廠改用安全性較高、投加設備簡單的次氯酸鈉消毒方式。本文介紹了次氯酸鈉消毒原理、制備、次氯酸鈉消毒影響因素、在國內(nèi)外給水消毒的應用現(xiàn)狀,為推廣次氯酸鈉在飲用水消毒方面運用提供參考。

1.      次氯酸的消毒機理

次氯酸鈉的有效消毒成分與氯消毒的有效成分相同，均為水解產(chǎn)生的次氯酸（HOCl）,HOCl為很小的中性分子，不僅可作用于細胞壁、病毒外殼，而且次氯酸分子小，不帶電荷，還可滲透入菌(病毒)體內(nèi)，與菌(病毒)體蛋白、核酸和酶等有機高分子發(fā)生氧化反應，從而殺死病原微生物，OCl^-雖亦具有殺菌能力，但是帶有負電，難于接近帶負電的細菌表面，殺菌能力比HOCl差得多^[9]。生產(chǎn)實踐表明，pH值越低則消毒作用越強，證明HOCl是消毒的主要因素。其次，次氯酸會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上的蛋白質(zhì)等物質(zhì)變性，從而致死病源微生物^[10]。同時次氯酸鈉溶液中含有的氯通過與細胞膜蛋白質(zhì)結合，形成氮氯化合物，從而干擾細胞的代謝，后引起細菌的死亡；后，次氯酸水解產(chǎn)生的氯離子還能顯著改變細菌和病原體的滲透壓，使其細胞喪失活性。一般認為次氯酸的氧化作用是其消毒的主要機理。

次氯酸鈉水解過程可用化學方程式簡單表示如下:

NaClO+ H₂O → HClO+ NaOH 
 HClO → HCl + [O]

HOCl與細菌胞內(nèi)有機物的反應可以簡化為

R-NH-R+HOCl→R₂NCl+H₂O

2.      次氯酸鈉消毒的優(yōu)缺點

次氯酸鈉殺菌效力同氯相當，屬于真正高效、廣譜、安全的強力滅菌藥劑。其優(yōu)點主要有：1.投加準確，與氯相比，達到出廠水余氯含量，使用次氯酸鈉溶液消耗相對較少。由于氯在投加于水中時未能全部溶解，需要考慮一定的過量系數(shù)，投加同樣量時次氯酸鈉與水的親和力好，能與水任意比互溶，效果比投加氯要好，而且操作安全，使用方便；2.次氯酸鈉消毒的管網(wǎng)余氯衰減要比氯消毒游離余氯衰減略慢，主要是次氯酸鈉在水中的水解要比氯慢，且呈堿性，更具有持續(xù)的消毒能力；3.與氯消毒相比，次氯酸鈉安全風險較低，不存在泄露危害人體生命安全等問題，不產(chǎn)生有毒、有害副產(chǎn)物，有研究表明，次氯酸鈉消毒時出廠水中二、乙酸（DCAA）低于氯消毒，而三、乙酸（TCAA）二者基本相當。次氯酸鈉消毒時出廠水中三鹵甲烷（THMs）低于氯，四氯化碳（CCl4）二者基本相當?？傮w，次氯酸鈉消毒副產(chǎn)物量低于氯。4.次氯酸鈉也不會象氯同水反應會后形成鹽酸那樣，對金屬管道構成嚴重腐蝕。同時便于運輸，原料易得。

但其亦有以下缺不足：使用成本較氯高（含設備投入）缺乏適合于飲用水使用的質(zhì)量標準，成品次氯酸鈉的質(zhì)量難于控制，若非現(xiàn)場發(fā)生，運輸量顯著增加（一般質(zhì)量濃度為10%）；可能存在無機副產(chǎn)物氯酸鹽（ClO₃^-）問題。ClO^-發(fā)生歧化反應生成：3ClO^-→ClO₃^-+2Cl^-

此反應共分為兩步：

 2ClO^-→ClO₂^-+2Cl^-    和   ClO₂^- +ClO^-→ClO₃^-+Cl^-

當次氯酸鈉溶液中CLO-的含量越高（也就是次氯酸鈉溶液的有效氯濃度），CLO-發(fā)生歧化反應的數(shù)量就越多，較高濃度的成品次氯酸鈉溶液存放時間越長，CLO-發(fā)生歧化反應的數(shù)量也會越多。

采用氫氧化鈉吸收氯生產(chǎn)次氯酸鈉的過程中，如果溫度控制不當，也可能產(chǎn)生氯酸鹽。

飲用水衛(wèi)生標準（GB5749-2006）對CLO3-（氯酸根）的限值是0.7ppm，在全國水質(zhì)抽樣過程中，因為使用成品高濃度次氯酸鈉溶液作為消毒的水廠發(fā)生氯酸根超標的現(xiàn)象時有發(fā)生。

3.      影響次氯酸鈉殺菌作用的因素

影響次氯酸鈉消毒作用的因素主要有pH值，消毒劑的濃度、在水中的分布狀態(tài)及接觸時間，被消毒水體的性質(zhì)以及溫度。

pH值對次氯酸鈉殺菌作用影響。次氯酸鈉的殺菌作用主要依賴于溶液中未分解的次氯酸濃度，而HClO與ClO^-相對比例主要取決于pH值，溶液pH值愈低，則未分解的次氯酸愈多，隨著pH值上升，愈來愈多的次氯酸分解成氫與次氯酸根離子，當pH值＞10時，OCl^-接近100%，當pH值＜5時， HOCl接近100%。當pH值=7.54時， HOCl和OCl^-比例相當。

消毒劑的濃度、在水中的分布狀態(tài)及接觸時間，消毒劑的濃度越高，與微生物接觸時間越長，總體滅活效率越高。其他條件不變，某種消毒劑對某一種微生物的滅活程度與消毒劑的濃度和接觸時間成正比。常將CT值作為消毒系統(tǒng)設計和運行的控制指標，如，根據(jù)水質(zhì)標準游離氯消毒時，出廠水余氯濃度0.3mg/L，接觸時間30分鐘，則設計的CT值為9min.mg/L。消毒接觸池的設計應使消毒劑與水迅速混合均勻。

水中的懸浮顆粒物、還原劑、pH值等都會對氯消毒效果產(chǎn)生影響。由于懸浮顆粒屏蔽、包裹病原微生物，導致消毒效果不佳，造成用水安全隱患，同時有機物能消耗有效氯，降低其殺菌效能。

溫度影響消毒劑的擴散及化學反應速度，在一定范圍內(nèi)，溫度的升高能增強殺菌作用，此現(xiàn)象在濃度較低時較明顯。

4.      次氯酸鈉的制備方法

目前次氯酸鈉的制備方法主要有化學法和電解法。

4.1化學法

因此在產(chǎn)品成分上除化學法主要是指用堿吸收氯堿廠產(chǎn)生的尾氣從而產(chǎn)生次氯酸鈉，一般采用16%-18% NaOH 在吸收塔中，循環(huán)、吸收廢氯在經(jīng)過過濾提純之后制得，屬于氯堿工業(yè)副產(chǎn)品，（2NaOH+C1₂ →NaClO+NaCl+H₂O+104.6kJ)，氯堿廠出產(chǎn)的次氯酸鈉溶液為無色或者淡黃色水溶液，含有效氯濃度較高（可達10%以上），主要成分NaClO外，還有NaOH、NaCl、Na₂CO₃等，其中以NaOH成分居多（維持次氯酸鈉溶液穩(wěn)定防止其分解）此法生產(chǎn)出來的次氯酸鈉溶液含有較多雜質(zhì)，而且產(chǎn)品濃度高而更易受熱而揮發(fā)，從而給運輸、存儲和使用造成許多不便。溫度、光照、溶液pH值、溶液濃度、金屬離子等因素對次氯酸鈉穩(wěn)定性的影響，一般高濃度次氯酸鈉都會添加一定的穩(wěn)定劑，并采用pH值>12進行儲存，并且要求溶液在生產(chǎn)數(shù)周內(nèi)使用完^[11,12],運輸量顯著增加；而高濃度的商品次氯酸鈉屬于危險品，具有較強的腐蝕性，運輸時存在安全隱患，目前市場上的工業(yè)NaClO溶液多為此法生產(chǎn)。

NaOH與Na2CO₃等會隨著NaClO消毒溶液的投加而帶入加藥管線，給管線沿線及管口處結垢。當水中硬度較高時，與水中的Ca²⁺和Mg²⁺ 反應產(chǎn)生CaCO₃、MgCO₃，Mg(OH)₂的沉淀。沉淀微粒在NaClO溶液的輸送過程及使用過程中，沉積在管線接口處或閥門上，隨著時間的積累形成結垢^[13]，這種現(xiàn)象目前在國內(nèi)幾乎所有使用成品次氯酸鈉溶液投加的水廠都有發(fā)生。

所以采用成品次氯酸鈉作為給水消毒必須保證成品次氯酸鈉的質(zhì)量。

4.2電解法

電解法是指以鹽(NaCl)為原料通過次氯酸鈉發(fā)生器電解生成次氯酸鈉；次氯酸鈉的生成過程可以通過化學方程式表達如下：

其總反應表達如下：

NaCl+H₂O→NaOCl+H₂↑

電極反應：

    陽極： 2Cl^--2e→Cl₂

陰極： 2H⁺+2e→H₂

    溶液反應：  2NaOH+Cl₂→NaCl+NaOCl+H₂O

電解鹽水生成次氯酸鈉溶液的裝置稱為次氯酸鈉發(fā)生器，已經(jīng)被證明是一種安全、可靠、運行成本較低、藥物投加準確、消毒效果的設備。我國已于1990年1月12日發(fā)布了GB12176-90標準。

設備特點：

●安全性

安全的原料：精鹽、電、水，不使用和運輸氯、濃鹽酸等危險化學品

安全的工藝：無漏氯或反應器爆炸危險，對操作人員安全

安全的產(chǎn)物：產(chǎn)品為0.8%的次氯酸鈉溶液，為安全品，濃度低，存放不衰減，副產(chǎn)品少；

●節(jié)能

可在用電低谷制備和貯存次氯酸鈉溶液，不占用高峰用電時段電量，充分利用電能，經(jīng)濟節(jié)能；

●環(huán)保

避免使用和運輸高危險化學品，杜絕了危險化學品對環(huán)境、操作工及周邊居民的危害，保護了環(huán)境和人類；

●經(jīng)濟

在產(chǎn)品15年的生命周期內(nèi)，與二氧化氯或商品次氯酸鈉溶液相比，可大幅減少因合成化學品價格快速上漲帶來的費用支出，總投入費用更經(jīng)濟。

設備組成：

設備有進水模塊、溶鹽模塊、發(fā)生模塊、儲存及排氫模塊、投加模塊及控制模塊組成。

其工作原理：首先，自來水進水經(jīng)軟水器去除水中的鈣鎂離子，生成軟化水，后進入溶鹽箱溶解精制鹽，成為飽和食鹽水，軟化水和濾后凈飽和鹽水控制兩者的流量比例混合，將飽和鹽水配比成2.5%~3%的稀鹽水，稀鹽水送入電解槽進行電解，生成的純凈次氯酸鈉溶液送入存儲罐內(nèi)。

次氯酸鈉發(fā)生器生產(chǎn)出的次氯酸鈉濃度一般為0.8%，成分單一，雜質(zhì)少、純度高，比較穩(wěn)定，容易保存，不含制氯廠出品的那些復雜甚至有害的成分。采用次氯酸鈉發(fā)生器前期投資較大，但便于管理，品質(zhì)穩(wěn)定，副產(chǎn)物少，無原料供應風險，使用安全，運行成本較低，投加系統(tǒng)僅需計量泵，能耗較低，運行維護較方便，設備故障率低，能有效解決水廠運行的安全隱患，同時避免了危險品運輸，尤其對于交通不便的地區(qū)，選擇電解鹽水制備次氯酸鈉消毒系統(tǒng)更為適用。