自來水廠次氯酸鈉投加系統(tǒng)介紹與常見問題探討
氯氣**曾經(jīng)是自來水廠普遍采用的**方式。但是，液氯在運輸、儲存和操作過程中的潛在不**性，使尋找和替代氯氣**的新**方式逐漸得到推廣。次氯酸鈉**就是新**方式之一。在此，筆者就次氯酸鈉**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**原理
次氯酸鈉投入水中會迅速水解并發(fā)生分解，其中的次氯酸根會與水中氫離子結(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**功效，會吸附在**或病毒的表面，通過滲透細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，通過強烈的氧化作用改變**或病毒內(nèi)部的蛋白質(zhì)，從而起到**和**作用。
次氯酸鈉的分解
一般自來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。在運輸、儲存和使用過程中，次氯酸鈉會發(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，光照受熱后會自身分解：
2NaClO = 2NaCl + O2
同時，次氯酸鈉水解產(chǎn)生的次氯酸也會發(fā)生分解：
2HClO = 2HCl +O2
分解產(chǎn)生的鹽酸還會和次氯酸發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氯氣
HClO +HCl = H2O +Cl2
次氯酸鈉產(chǎn)生的氣體會與液體混合在一起進(jìn)入**投加系統(tǒng)。當(dāng)氣體積聚到一定量以后，系統(tǒng)內(nèi)的氣體會直接對系統(tǒng)的工作性能、控制參數(shù)產(chǎn)生影響，改變整個系統(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)由儲存槽，計量泵投加系統(tǒng)和原水加注點組成。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)計過程中必須加以考慮的排氣點。
次氯酸鈉在儲存過程中會受光照、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，會直接影響計量泵投加精度，流量計的準(zhǔn)確檢測和其他附件的正常工作。所以，必須在系統(tǒng)中增加排氣點。
1. 進(jìn)口管路的排氣
在投加系統(tǒng)的進(jìn)口管路中，需要在計量泵的進(jìn)口前增加排氣點，目的是保證盡可能少的氣體進(jìn)入計量泵內(nèi)部，保證計量泵的投加精度。排放方式可以有以下三種：
**種排氣方式是聯(lián)通立管自動排氣方式：效果*好，投入較小，后期人力消耗*少的方式。但是有些水廠認(rèn)為管線布置長，外觀不夠美觀
**種排氣方式是穩(wěn)壓筒手動排氣方式：穩(wěn)壓筒進(jìn)**體和液體的置換，效果較好，投入*小，但是需要后期人力定期排氣，并且在不同季節(jié)的排氣周期會不同
第三種排氣方式是穩(wěn)壓筒自動排氣方式：穩(wěn)壓筒進(jìn)**體和液體的置換，效果較好，但是投入較大。需要采用液位開關(guān)與電磁閥結(jié)合，做到自動排氣。
2. 出口管路流量計排氣
出口管線中所用的電磁流量計必須與投加流量適配。通常次氯酸鈉的日常投加量均較小，所以流量計的通流截面應(yīng)適合小流量應(yīng)用。如果流量計口徑過大，在小流量應(yīng)用時產(chǎn)生的偏差也會較大，同時傳感器腔室內(nèi)也較容易積聚氣體，影響檢測結(jié)果。
流量計垂直安裝的方式是*適合于次氯酸鈉應(yīng)用的，在液體通過流量計時，液體中混雜的氣泡會向上移動，停留在流量計傳感器腔室內(nèi)的機會比較少，所以氣泡對流量計測量的影響會很小。
對于流量計水平安裝方式，除了在流量計下游需要增加“拱門”保證流量計充滿以外，也需要在流量計的上游增加“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，減少氣泡對流量計檢測的影響。同時，為了盡可能減少氣泡進(jìn)入流量計，所以需要在流量計上游的高點處增加排氣點，減少液體中氣體的含量。
流量計的設(shè)置也需要加以注意。流量計可以適用于各種不同介質(zhì)和工況條件。在設(shè)定時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，自來水廠加藥泵房與藥劑投加點的距離均比較遠(yuǎn)，一般會在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)定壓力與投加點之間的壓差。如果壓差較小，那么流速就會較慢；管線距離越長，末端流速越慢。當(dāng)管徑較大，投加量較小時，液體就不能充滿管道，帶來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在管道內(nèi)結(jié)晶或結(jié)垢，導(dǎo)致管道堵塞，所以會習(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)垢無法用清水沖洗，必須用酸進(jìn)行沖洗。事實上，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，次氯酸鈉的流速較慢，在管道內(nèi)停留時間較長，有充分的時間與水分反應(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附著的NaOH形成沖刷作用，隨著時間積累，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飽和，導(dǎo)致晶體析出。
筆者的觀點是建議將背壓閥的安裝點應(yīng)放到遠(yuǎn)端，接近投加點位置。同時，計量泵出口管路的管徑不可過大，依據(jù)實際投加量確定合適的管徑。如此做的好處有以下幾點：
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．加注點形式
次氯酸鈉投加系統(tǒng)的加注點是直接與過程原水接觸的，在次氯酸鈉與原水接觸的過程中會發(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。原水在管道流動過程中，管道中心的流阻*小，流速*快，所以次氯酸鈉在管道中心進(jìn)入后，會以*快速度進(jìn)入系統(tǒng)，在加注口停留時間*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)該背向原水流動方向。該方向有利于在切口位置形成負(fù)壓，原水在經(jīng)過加注口時由于負(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)壓對車廂內(nèi)進(jìn)行換氣。
下圖為次氯酸鈉加注點示意圖：
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。部分用戶會按照習(xí)慣選用VITON（氟橡膠）密封件。氟橡膠的耐腐能力確實是強于大部分的材質(zhì)，但是對于次氯酸鈉溶液，氟橡膠不是*佳選擇。長期與次氯酸鈉接觸后，氟橡膠會出現(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，并且四氟材料在長期受壓以后會出現(xiàn)退讓，內(nèi)部的橡膠密封圈不能有效補償四氟材料的退讓，那么該類密封圈也會產(chǎn)生滲漏或泄漏。
根據(jù)相關(guān)化工手冊和長期使用驗證，EPDM（乙丙橡膠）是可以對次氯酸鈉產(chǎn)生有效的耐腐作用。
針對次氯酸鈉投加系統(tǒng)的建議：
1. 在次氯酸鈉投加系統(tǒng)設(shè)計階段，需要預(yù)先考慮系統(tǒng)整體排氣點的設(shè)置與布置。只有合理布置排氣點，才能保證投加量的準(zhǔn)確。
2. 為了配合自控的要求，電磁流量計的選用已經(jīng)成為必然。流量計的選用必須考慮小流量使用的要求。同時流量計的安裝方式對后續(xù)使用會產(chǎn)生直接影響。綜合使用效果來看，垂直安裝方式是效果*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，考慮到次氯酸鈉在管線中的結(jié)垢問題，一般會習(xí)慣采用較大管徑，但是較大管徑不能*終解決問題。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：次氯酸鈉在投加過程中會在管線中產(chǎn)生結(jié)垢，此結(jié)垢物為NaOH。結(jié)構(gòu)物累積后會對投加系統(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**是有效替換液氯**的**方法。建設(shè)初期的綜合考慮，細(xì)致設(shè)計和合理施工才能保證次氯酸鈉投加系統(tǒng)的長期穩(wěn)定使用的保證。次氯酸鈉是一種**有效的**劑，在自來水廠的會有較好的應(yīng)用前景。