摘要：液氯因其危险性在自来水行业正逐步被新的消毒剂所取代。次氯酸钠作为一种含氯消毒剂因为使用安全、消毒效果好成为液氯的合适的替代品。从次氯酸钠消毒工艺流程、控制方法等方面介绍了水厂自动加药消毒系统。分析了次氯酸钠的消毒效果，对比了两种消毒方式的成本，并根据因次氯酸钠的特性出现的新问题提出了相应的解决方法。
关键词：次氯酸钠，消毒，自动控制，成本分析
引言：在自来水工业中，液态氯因其危害而被新的消毒所取代。次氯酸钠作为氯碱消毒剂之一，由于使用安全，具有良好的消毒效果，已成为液态氯的良好替代品。介绍了以次氯酸钠消毒工艺流程和控制方法为基础的自动加药杀菌系统。
一、.次氯酸钠的性质
次氯酸钠溶液在水中水解为次氯酸和次氯酸根，次氯酸有强氧化性，其分子吸附在病原微生物的表面，并紧进入细胞内破坏病原微生物的酶和遗传系统，从而达到消毒的效果。
工业上一般采用氢氧化钠溶液内通入氯气制备而成。黄绿色透明液体，比重为1.16-1.18，有刺激性气味。PH值为12-14，有腐蚀性，人员接触时应佩戴护目镜和橡胶手套，若经常直接接触，手掌大量出汗，指甲变薄，毛发脱落。并有致敏作用，并对鼻及眼粘膜有刺激作用，放出的游离氯有可能引起中毒，若移液应使用化工泵或专用插桶泵。次氯酸钠随着温度升高和阳光直射易光分解，其质量分数会减少造成有出厂余氯值的不稳定，所以次氯酸钠要保存在避光的场所，并且一般应在14日内使用，夏季时最好在10日内使用。水处理消毒用次氯酸钠溶液应选用Aa级产品，质量分数一般在8%-12%之间。
二、消毒系统的实现
（1）系统的构成
我厂水源为四系层和奥陶纪的地下水，水质较好。主要水处理方式是消毒，消毒剂投加点在清水池之前，经过清水池混合达到消毒时间。后补消毒点在清水池之后，为事故消毒，只有当前消毒投加量不足或需要立即提高出水余氯值时采用。
（2）存储容器
次氯酸钠储存容器一般使用PE、聚乙烯材质，或者聚四氟乙烯内衬。使用四氟乙烯内衬防腐效果好但成本较高，我厂使用的是PE材质储罐成本较为合理，通过一段时间的使用证明防腐效果也好。为了解决大容积PE储罐的刚性不足问题，易选用壁厚大于3mm 并有加强箍的储罐。罐应有药液入口、排空口和出液口。出液口装有Y型过滤器过滤罐内残渣。注意在测定罐内药液质量分数时应在罐的上、中、下各取样三分之一混合，因次氯酸钠质量分数大于1所以下部质量分数略大于上部。
（3）管路及工艺阀门
管路采用UPVC化工管，接口处用专用胶粘接可以有效防止腐蚀泄露。电动阀门控制储罐自动倒罐，阀体同样为UPVC材质，电机驱动，带开关反馈信号。
（4）恒压罐
在计量泵之前设立恒压罐，由耐腐液位计及开度调节阀共同控制，使药液进入泵之前压力恒定在一个小范围内。
（5）计量泵
计量泵安装位置宜低于储罐出口，形成自灌式进液。我厂选用的计量泵为电磁驱动。隔膜和泵头材质为PVDF。出口设多功能阀可以排液、止回防虹吸。计量泵带4―20mA外控控制频率。使用前需固定好冲程并标定单位冲程流量。
（6）排气罐
排气装置，利用有机玻璃管制作储压罐安装在管路中，可以集气，消除计量泵在管路中产生的脉动还可以观测次钠液体的性状。当温度升高或者压力减小时次氯酸钠溶液中会析出气体。在计量泵和流量计之前的高点处各安装一个排气罐。
（7）流量计
我厂选用的是PVDF内衬电磁流量计，水平安装于管路低处。流量计过流断面只有3mm，测量精到高，对于极小流速测量准确。
（8）入口装置
入口装置：入口装置是将药液从输药管路投加到输水管的最后一个步骤。投加口背对来水方向，为输水管路提过少量负压，加快入口药液流速。填料函在密封的同时可以方便的提出加药管入口进行清洗。对于原用液氯的老厂改造或是计量泵距投加点比较远的情况，可以保留使用水射器，利用水射器将次氯酸钠和水混合形成消毒液快速输送到消毒投加点。
（9）余氯检测
利用在线余氯分析仪对出厂余氯值进行在线监测，超过或低于正常范围报警，验证消毒剂投机效果。因为次氯酸钠在本质上同样为含氯消毒剂，所以可以继续使用原有液氯消毒剂的在线监测电极。
三、自控的实现
（1）流量控制
此加药系统采用现场手/自动及远程手/自动两种分控模式。在现场可通过触摸屏实现远程自动及本地操作切换，当状态为远程时，此系统由控制室通过上位机进行操作，当状态为本地时可由相关人员在本地通过触摸屏进行计量泵的的启停及相关参数的修改。从而使此系统具有双重保障措施。
（2）加药手动模式
此系统最基础的控制模式是手动控制模式。分为就地手动控制和远程手动控制两种。就地手动控制是利用计量泵本身功能进行启停和加药频率的调节，需要人工计算加药量，此方式误差较大，通常处于备用状态。远程手动操作是利用上位机或触摸屏实现手动调节加药系统中一些重要的开关及参数，如计量泵的启停、各阀门的开关、吨水加药量等等，此功能也属于备用状态，当自动模式出现问题时采用手动控制方式。
此加药系统共包括三台计量泵实现自动启停泵控制。一用两备，为自动热备切换，并且每月自动切换倒用以平衡运行时间，从而保证加药的不间断性。
（3）加药自动模式PID调节系统。
为了使计量泵更精准的进行加药，此加药系统采用PID调节系统。在加药出口处加装高精度小流量电磁流量计，时刻监测加药流量。利用公式QL=QH*Vna*DF*K得出理论加药量QL，再通过流量计得出的监测值Qs与QL进行闭环PID调节，从而使实际加药量与理论加药量的绝对值一直保持在一个固定的范围内实现精确加药。其中：
QL---------理论加药量
QH----------即时进水流量值
Qs----------实际加药量
Vna---------吨水加药量
DF---------调节吨水加药量变化系数
K----------调节因日变化所引起的吨水加药量的变化系数
利用此原理Plc控制系统会输出4-20mA的模拟量信号给计量泵控制其工作频率。并且可在上位机上显示理论加药量和实际加药量，易于值班人员观察对比，发现系统故障。通过一段时间的使用表明此系统可靠性高，加药精确，易于操作、调节和维护，可以在保证精确加药的同时大幅度节省人工劳动。
（4）电动阀门的手/自动控制
此系统中有多个药液存储罐，都加装电控阀门及耐腐蚀液位计以便此系统能够更好的控制倒罐和监视药液的使用情况。对电动阀门可采用现场手动和远程手/自动控制。
电动阀门的现场手动控制，可通过现场控制柜上的三个手/自动转向开关和三个指示灯控制。当转向开关转至就地时，该电动阀门由现场控制开启或关闭。当转向开关转至远程时，电动阀门的控制权交给上位机。当电动阀完全开启或关闭后反馈开/关到位信号，现场触摸屏或上位机显示电动阀已开到位或关到位。
电动阀门的远程手动控制可通过计算机或者触摸屏来实现。只要在上位机上点击相应的开关按钮就可以做到远程手动开关电动阀门。
此电动阀门控制系统可以做到无人职守自动判断药罐液位进行药罐切换工作，并且当电动阀门自动或者手动开关时，上位机系统会发出警报提示运行人员正在进行药罐切换。
（5）恒压罐控制
在恒压罐内设置的液位计将液位值反馈到PLC，根据设定的液位上下限值输出4-20mA信号到开度调节阀，控制其执行开闭动作调节恒压罐液位。
四、次氯酸钠消毒效果分析
通过试验获得在此种水质下投加次氯酸钠后余氯值的变化，可以看出次钠的半衰期为5h，大大低于稳定氯的半衰期（9d），相关试验也证明次氯酸钠有消毒速度快、不稳定的特点。
考虑投加量时可参照液氯用量，适当增加，同时根据厂内停留时间和管网情况作出调整。以保证持续消毒效果。
原料成本折合为100%有效氯、含运费价格
从表格中可以比较出，使用次氯酸钠的原料成本是液氯的4.2倍，但其维护和建造成本要大大低于液氯，如果再算上管理成本和风险成本，作为使用消毒剂相对较少的中型地下水厂还是比较经济的。
五、问题解决
（1）影响加药量的因素及相应对策
①药液储罐液位的变化会影响到计量泵进药量，液位高时会造成投加值偏大，低时会偏小。可在计量泵之前设置恒压罐，通过自控设备调节阀门开度恒定入口液位解决。
②不同批次或同一批次存储时间不同的次氯酸钠有效率含量也有略微差异。所以在一罐投入使用前需要先测定其有效率含量，然后根据经验调节参与控制的DF值，获得稳定的消毒效果。
（2）管路密封
因为次氯酸钠有腐蚀性，为了防止腐蚀渗漏，宜采用UPVC化工管路，尽量用专用胶粘接。对于法兰及丝扣连接时，要采用耐碱密封材料（如乙丙橡胶）并定期检查更换。
（3）排气问题
当温度升高或者压力减小时次氯酸钠溶液中会析出气体。气体在管路中的存在会严重影响计量泵的工作和流量计的准确计量。所以需要在计量泵和流量计之前高点安装排气装置。利用有机玻璃管制作储气罐安装在管路中，有集气和排气的作用气。可在计量泵和流量计之前的高点处各安装一个气罐。
（4）结垢的问题
次氯酸钠溶液在与水接触的地方会生碱结垢，长时间会逐渐减小管径影响投加量。所以应在与水接触的入口处安装疏通孔，定期疏通。结的垢为碱性，也可以用酸性溶液清洗，效果明显。
结束语
次氯酸钠溶液的消毒效果完全可以替代液氯作为水厂的主要消毒方式，消毒工艺流程主要通过计量泵计量投加实现，并应用流量计、电动阀等电器设备对消毒流程进行自动化控制。对比液氯次氯酸钠使用成本略有上升，消毒效果变化不大，对于因使用次氯酸钠消毒出现的新的问题可以通过技术手段解决。总的来说次氯酸钠消毒工艺在水厂有较广阔的应用前景。
论文作者:李学新
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/20
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