现场电解食盐水产生次氯酸钠在水处理预氧化及消毒中的应用优势

广西绿城水务股份有限公司  广西壮族自治区南宁市 
        摘要：本文对目前广西壮族自治区内供水厂主要使用的水处理预氧化和消毒方法的优劣进行论证，证明使用新型次氯酸钠发生器电解盐水产生次氯酸钠的方法是具有较强的优势。
        关键词：次氯酸钠；预氧化消毒；优势
        目前供水厂常规的水处理方法，主要是水源水经过沉淀去浊和消毒去除水中微生物及致病菌，使水质符合生活饮用水卫生标准。但是，由于广西各地水源水质及水质特征都不尽相同，水质偏酸，铁锰超标，水质受到污染或水污染造成水体大量藻类繁殖，处理的方法也会有所不同。如果不综合分析各种方法，盲目千篇一律使用一种絮凝剂和消毒剂，不按水质特征进行区别对待，处理的水质将不符合生活饮用水卫生标准，可能导致水中色度、嗅和味、肉眼可见物、铁锰等感观水质指标超标，虽不直接危害人体健康，但市民对供水水质的投诉，会影响着社会的稳定次序发展。
        为使处理的饮用水水质符合现行的生活饮用水，经处理的水除首先考虑毒理学水质指标符合标准外，还应当兼顾感观水质指标不超标。当选择好合适的絮凝剂如碱式氯化铝、硫酸铝或聚合硫酸铁外，当水源水质需要预处理时，还需要对使用的消毒剂进行选择，目前使用的水源水预氧化、消毒方式基本上是采用氧化的方法，现对氯气、现场制备稀浓度的次氯酸钠、10%成品次氯酸钠、二氧化氯和高锰酸钾在水处理灭藻消毒方法的优劣进行比较：
        1.现场电解次氯酸钠在制水处理的化学原理上的优势：氯气、次氯酸钠对水中的微生物消毒都是利用在溶于水中，反应生成新生态的氧【O】，新生态的氧【O】具有较强的氧化能力，其灭菌杀藻主要是由于新生态的氧原子分子量小，是通过破坏细菌、藻细胞中的酶，犹如通过动物的呼吸道一样破坏粘膜，从而起到杀菌灭藻的作用；二氧化氯和高锰酸钾，由于其分子量较大，不易进入细胞膜，其氧化消毒主要是通过细菌、藻类的细胞壁氧化灭菌灭藻。因此灭菌杀藻用氯气和次氯酸钠更有优势，但再将两者进行比较，氯气是溶于水后才与水起化学反应产生次氯酸，再分解出新生态的氧【O】，而次氯酸钠溶液是一种直接溶于水的盐类氧化剂，并通过直接分解出新生态的氧【O】，因此次氯酸钠更具有释放新生态氧原子【O】的能力。但是在水处理中，无论是氯气、10%高浓度的次氯酸钠，在与水中接触后，都会产生氯仿、四氯化碳，而高浓度的次氯酸钠，由于其呈强碱性，因碱与水中的暂时硬度反应，会生成碳酸钙（镁）沉淀，所以在使用时不能用自来水稀释使用，否则产生大量的沉淀会堵塞投氯引管，如需稀释使用，必须以纯水稀释使用；而采用现场电解的方法，得到的是次氯酸钠浓度较低，一般只有0.8%较低浓度的有效氯接触，故将其直接投入水中，化学生成的氯仿、四氯化碳和三氯乙醛等消毒副产物的风险会更低，水质将会更安全。
        2.现场电解次氯酸钠在水处理消毒成本上更有优势：正常情况下，制水过程一般情况下都不需要进行前处理。根据广西多年来水厂的运行成本和结果进行统计估算，如无需进行预氧化处理，清洁的水源水，每处理一度水，采用氯气消毒法大致为4~6厘，用10%成品次氯酸钠的成本约9厘~1分2厘，现场电解法其原料是食盐，成本仅是盐+电，合计成本仅为2~4厘，复合二氧化氯法的原料为氯酸钠、浓盐酸，还需在电加热的情况下，统计成本在1分2厘~4分多不等。如果水源需要进行预氧化处理除藻、除铁除锰，则千方水量需要有效氯为2~4公斤，采用高锰酸钾预氧化，市售高锰酸钾每吨需23000元一吨，一般千方水需高锰酸钾0.6公斤~2.4公斤不等，故每度水预氧化成本为1分4厘~5分6厘不等，如水源水中有锰的存在，采用二氧化氯除锰，根据水中锰与二氧化氯的化学反应机理，反应过程中水析出氢离子[H+]会水体变酸，处理的效果不佳，需要再投加更多的碱或熟石灰粉，以中和反应析出的酸，将进一步增加制水生产成本。

        3.现场电解次氯酸钠在水源水需要预氧化前处理上安全的优势：在不计算制水成本的情况下，氯气、现场制备稀浓度的次氯酸钠、10%成品次氯酸钠、二氧化氯和高锰酸钾，均可以作为水处理的预氧化剂。但由于目前使用氯气的安全风险高，重新再引入使用氯气，公安部门一般不予批准采购；使用10%成品次氯酸钠，仍然是危险品，需要公安部门批准的运输企业专门运输，贮存时间最好在15天以内用完，否则贮存太多太久，不仅成品次氯酸钠分解损失较大，次氯酸钠还会自身发生化学作用生成氯酸盐，在投加后而污染水质，使出厂水氯酸盐毒理指标升高或超标，如果每次购置少，运输频率高，不仅费用增加，存在装卸、储存安全；如果使用复合二氧化氯，其原材料为氯酸钠和盐酸，原料均为危险品，此两者化学反应是不完全的，一般设备的反应液又不经过气液分离，前、后处理投加二氧化氯，则饮用水中氯酸盐、亚氯酸盐毒理指标超标的风险极高。高锰酸钾是危险品，使用需公安机关审查批准方可采购。高锰酸钾作为预氧化灭藻药剂，使用过程中一方面生成的二氧化锰会使净水构筑物水和环境接触部位变为黑色，并吸附着色在设施的表面上，会影响水处理设备设施环境卫生和美观，另一方面，投加的高锰酸钾用量一定要严格控制投加量，并必须在沉淀池工艺中完全沉淀二氧化锰，从而去除高锰酸钾中的锰，如滤池功能不佳，细小的二氧化锰沉淀穿过滤池，造成锰的超标。投加量不足，锰去除率不高；投加过多还会使出厂水高锰酸钾污染，使饮用水变为粉红色。而使用现场电解稀的食盐水所得到的稀浓度次氯酸钠溶液，可以在前处理投加点投加，过量的余氯余留在水中，并控制出厂水游离余氯的量，使最主要的优势还是处理的饮用水不余留在水中的化学毒理指标，很方便地控制水质符合国家《生活饮用水卫生标准》GB5749对出厂水余氯的要求。这样可以实现一次性投氯（次氯酸钠），即可完成水源水预氧化和消毒处理和出厂的全过程。
        4.在处理集雨型水库水和有污染的水源水的优势：由于广西部分水库为集雨型水库，一般都受地质成份因素的影响，水源水质特征表现为总碱度偏低、pH值较低和水源防护等其他因素变化的影响，往往在使用二氧化氯作为预氧化和消毒时，投氯的质量控制不易实现，当投加二氧化氯稍低时，水中二氧化氯浓度又不达到0.1mg/L达标出厂，稍高时又产生的水中有异味（个别为类似六六粉农药味）、有色等水质问题引起市民反映强烈，个别供水单位甚至被卫生监督部门责令整改，整改再不达标的建议水厂实行转供或另辟其他水源。如使用次氯酸钠，由于次氯酸钠溶液为碱性，使用时可以在一定程度上提高水中的碱度，利于水处理的同时，还可以中和提高水中的pH值，脱色、除味效果较二氧化氯要好，而不像氯气和二氧化氯的水溶液均为酸性。为解决饮用水质问题，广西区内部分水厂开始引入了采用10%成品次氯酸钠作为消毒剂，虽然解决了水质问题，但使用10%的成品次氯酸钠也存在不少问题，高浓度投加不但会产生消毒副产物等情况，如存放过久不仅分解降低使用效率，使用中还会源源不断地产生氧气而影响投加的稳定性，而采用电解法产生低浓度的次氯酸钠不但恰好地解决生产成本高的问题（与复合二氧化氯法相比，一般可降低3~5倍），同时还弥补了使用高浓度次氯酸钠分解产生氧气影响投加效果不稳定等方面的不足。
        5、综上所述：采用电解法制备低浓度的次氯酸钠直接进行前处理灭藻灭菌等预氧化处理，不仅排除了10%高浓度成品次氯酸钠因化学性质影响使用效果。使用现场电解次氯酸钠，其制备原料仅为食盐，电解得到纯净的低浓度的次氯酸钠溶液，水源预氧化和制水过程还可以一次性投加或分段投加，就很容易地控制出厂水游离余氯在0.3~4.0mg/L的国家标准范围内，从而保证优质、低耗、安全供水。但前提是必须使用安全、耐用、持续电解效率高达50%以上的次氯酸钠发生器，这是目前其他预氧化和消毒方法还不具备的优势。