自來(lái)水廠次氯酸鈉投加系統(tǒng)介紹與常見(jiàn)問(wèn)題探討
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”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”,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。
關(guān)于勝瑞蘭:
勝瑞蘭工業(yè)設(shè)備(蘇州)有限公司是一家位于蘇州工業(yè)園區(qū)的中美合資企業(yè),國(guó)家高新技術(shù)企業(yè),引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)技術(shù),按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)生產(chǎn)計(jì)量泵、水處理分析控制儀表、攪拌機(jī)、系統(tǒng)與附件等工業(yè)產(chǎn)品,為客戶的各種特殊應(yīng)用提供個(gè)性化的解決方案,并提供專業(yè)化的一流服務(wù)。
主要業(yè)績(jī):
碧水源、首創(chuàng)、蘇伊士、威立雅、昆山自來(lái)水、清源華衍水務(wù)、深圳水務(wù)、阿法拉伐、大慶油田、中國(guó)華電、武鋼等。
關(guān)注我們,搜索微信公眾號(hào):
微信訂閱號(hào):SUNRELAND-PUMPS
微信服務(wù)號(hào):SUNRELAND
網(wǎng)址:http://www.sunreland.com.cn/