自來水廠消毒工藝改造分析

李志軍,鐘文輝,唐權(quán)昌

(廣西東興北投環(huán)保水務(wù)有限公司,廣西 東興 538100)

二氧化氯消毒具有極強(qiáng)的氧化性能,消毒過程中產(chǎn)生的有機(jī)鹵化物較少,消毒作用穩(wěn)定,余氯穩(wěn)定持久,因此在水廠消毒工藝中應(yīng)用廣泛[1]。但是其具有明顯的安全隱患,二氧化氯具有爆炸性,其制備原料為氯酸鈉和鹽酸,具有氧化性或腐蝕性,采用二氧化氯消毒在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存上具有安全風(fēng)險,對安全生產(chǎn)管理帶來壓力[2]。次氯酸鈉與二氧化氯具有相差不大的消毒效果,同時還具有安全風(fēng)險小的優(yōu)點。本文以某自來水廠消毒工藝改造為研究對象,分析該廠在生產(chǎn)管理,運(yùn)行效果,經(jīng)濟(jì)效益等方面的變化。

1 工程概況

1.1 廠區(qū)概況

東興市城區(qū)自來水廠為東興市最早建成的自來水廠,始建于1992年11月,供水能力4.5萬m3/d,其中一期供水能力2萬m3/d,于1995年8月建成投產(chǎn);二期工程于2005年12月開工建設(shè),于2008年10月底建成投產(chǎn),供水能力2.5萬m3/d;廠區(qū)配套取水泵站一座。

1.2 水質(zhì)情況

東興市受亞熱帶季風(fēng)氣候影響,年降雨較多。雨季一般自四月開始,十月結(jié)束,多大雨、暴雨,在暴雨影響下,沿河和低洼地區(qū)常有澇災(zāi)發(fā)生。但每年的十月至次年四月,降雨量明顯減少,僅占全年總降雨量的21%,每年春秋季節(jié)都有不同程度的干旱發(fā)生。全年雨量充沛,但分布不均勻,多集中于夏季,干濕季分明。

分析該水廠源水檢測數(shù)據(jù),該廠取水水質(zhì)達(dá)到Ⅱ類地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),源水為淺黃色渾濁液體,有微弱泥腥味,水中有少量微塵懸浮物,pH值<7,呈弱酸性。水廠源水水質(zhì)受時間變化影響極大,在雨季期間,水中濁度急劇上升,而在其他時間,源水水質(zhì)較好。

1.3 工藝流程

水廠改造前制水工藝為:取水泵站從水源地取水后送至水廠,在水進(jìn)入配水井前,在管道中加入氫氧化鈉和聚氯化鋁,經(jīng)管道混合器混合后進(jìn)入配水井,由配水井將進(jìn)水分配至一期、二期工藝;配水井出水進(jìn)入反應(yīng)絮凝池,在反應(yīng)絮凝池中發(fā)生絮凝反應(yīng),此過程可將水中懸浮物和部分有機(jī)質(zhì)吸附形成絮狀物;反應(yīng)絮凝池出水進(jìn)入斜管沉淀池,斜管沉淀池為底部進(jìn)水,頂部出水,此過程可去除反應(yīng)絮凝池段形成的絮體;沉淀池出水進(jìn)入虹吸濾池后,在重力作用下,進(jìn)一步去除水中懸浮物;濾池出水進(jìn)入清水池前,廠區(qū)加藥間投加二氧化氯消毒劑進(jìn)行消毒,去除水中微生物,使廠區(qū)出水達(dá)標(biāo);達(dá)標(biāo)后的出水經(jīng)由送水泵房加壓后進(jìn)入市政供水管網(wǎng)。改造前廠區(qū)工藝見圖1。

圖1 改造前廠區(qū)工藝流程圖

該水廠自一期建成投產(chǎn)以來一直使用二氧化氯消毒,隨著社會發(fā)展和公司戰(zhàn)略要求,水廠于2022年6月改造消毒工藝,改造后廠區(qū)主體制水工藝不變,將原有二氧化氯消毒改造為次氯酸鈉消毒,并在反應(yīng)絮凝池前端增加加氯消毒工藝。改造后在反應(yīng)絮凝池前投加次氯酸鈉能夠去除一部分水中藻類和細(xì)菌,降低后續(xù)工藝的處理負(fù)荷。工藝改造后廠區(qū)消毒效果良好,出廠水水質(zhì)符合現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)出水水質(zhì)要求。改造后廠區(qū)工藝圖2。

圖2 改造后廠區(qū)工藝流程圖

2 安全管理對比

2.1 危險源管理對比

廠區(qū)改造前二氧化氯使用二氧化氯復(fù)合消毒劑發(fā)生器制備后直接使用,其制備原料為氯酸鈉和鹽酸,制備原理為氯酸鈉和鹽酸通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生二氧化氯,反應(yīng)方程式如下:

NaClO3+2HCl→ClO2+1/2Cl2+NaCl+H2O

廠區(qū)改造后次氯酸鈉使用次氯酸鈉發(fā)生器制備后直接使用,其制備原料為精制鹽,制備原理為精制食鹽水通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生次氯酸鈉,反應(yīng)方程式如下:

2NaCl+2H2O→2NaOH+H2↑+Cl2↑

2NaOH+Cl2→NaClO+NaCl+H2O

二氧化氯消毒與次氯酸鈉消毒危險因素對比見表1。

表1 二氧化氯消毒與次氯酸鈉消毒危險因素

2.2 運(yùn)輸儲存對比

二氧化氯生產(chǎn)原料為氯酸鈉,鹽酸,兩種化學(xué)品在采購、運(yùn)輸、儲存、使用上有嚴(yán)格規(guī)定。氯酸鈉運(yùn)輸時需單獨(dú)裝運(yùn),運(yùn)輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞;嚴(yán)禁與酸類、易燃物、有機(jī)物、還原劑、自燃物品、遇濕易燃物品等并車混運(yùn);運(yùn)輸車輛裝卸前后,均應(yīng)徹底清掃、洗凈,嚴(yán)禁混入有機(jī)物、易燃物等雜質(zhì)。氯酸鈉應(yīng)儲存在陰涼、通風(fēng)的庫房;遠(yuǎn)離火種、熱源;要確保包裝密封完整;應(yīng)與易(可)燃物、還原劑、醇類等分開存放。

鹽酸裝運(yùn)前需報有關(guān)部門批準(zhǔn);運(yùn)輸時包裝要完整,運(yùn)輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞;嚴(yán)禁與堿類、胺類、堿金屬、易燃物或可燃物、食用化學(xué)品等混裝混運(yùn)。鹽酸需儲存于陰涼、通風(fēng)的庫房;保持容器密封;應(yīng)與堿類、胺類、堿金屬、易(可)燃物分開存放。

次氯酸鈉消毒生產(chǎn)原料為精制鹽,主要成分是氯化鈉,在運(yùn)輸過程中應(yīng)加蓋遮蓋物,不得與其他可能造成精制鹽污染的貨物混裝,工業(yè)精制鹽不得食用;包裝上應(yīng)標(biāo)明產(chǎn)品名稱、規(guī)格、商標(biāo)、牌號、生產(chǎn)廠家和本標(biāo)準(zhǔn)編號;精制鹽儲存要防止灰塵等污染,做好防潮防雨措施。

2.3 職業(yè)病危害對比

二氧化氯消毒過程中涉及的氯氣、二氧化氯、鹽酸都可能造成職業(yè)病危害,而采用次氯酸鈉消毒則很好地消除這些職業(yè)病危害因素,具體職業(yè)病危害因素對作業(yè)人員的健康影響分析如下。

2.3.1 氯氣

氯氣常壓下為黃綠色,是一種有強(qiáng)烈刺激性氣味的劇毒氣體,具有窒息性,密度比空氣大?？扇苡谒蛪A溶液,易溶于有機(jī)溶劑,難溶于飽和食鹽水。

氯氣可能造成職業(yè)性急性氯氣中毒,職業(yè)性化學(xué)性眼灼傷,職業(yè)性化學(xué)性皮膚灼傷。氯氣對人體造成危害的主要侵入途徑為呼吸道吸入、皮膚接觸。氯可引起急性結(jié)膜炎,高濃度氯氣或液氯可引起眼灼傷;液氯或高濃度氯氣可引起皮膚暴露部位急性皮炎或灼傷;其引發(fā)的急性中毒主要為呼吸系統(tǒng)損害的表現(xiàn),具體分析如下:

(1)起病及病情變化一般均較迅速。

(2)可發(fā)生咽喉炎、支氣管炎、肺炎或肺水腫,表現(xiàn)為咽痛、嗆咳、咳少量痰、氣急、胸悶或咳粉紅色泡沫痰、呼吸困難等癥狀,肺部可無明顯陽性體征或有干、濕性啰音。有時伴有惡心、嘔吐等癥狀。

(3)重癥者尚可出現(xiàn)急性呼吸窘迫綜合征,有進(jìn)行性呼吸頻速和窘迫、心動過速,頑固性低氧血癥,用一般氧療無效。

(4)少數(shù)患者有哮喘樣發(fā)作,出現(xiàn)喘息,肺部有哮喘音。

(5)極高濃度時可引起聲門痙攣或水腫、支氣管痙攣或反射性呼吸中樞抑制而致迅速窒息死亡。

(6)并發(fā)癥主要有肺部繼發(fā)感染、心肌損害及氣胸、縱隔氣腫等。

(7)X線檢查:可無異常,或有兩側(cè)肺紋理增強(qiáng)、點狀或片狀邊界模糊陰影或云霧狀、蝶翼狀陰影。

(8)血?dú)夥治?病情較重者動脈血氧分壓明顯降低。

(9)心電圖檢查:中毒后由于缺氧、肺動脈高壓以及植物神經(jīng)功能障礙等,可導(dǎo)致心肌損害及心律失常。

2.3.2 二氧化氯

二氧化氯在室溫條件下為赤黃色氣體,有刺激性氣味。液態(tài)時呈紅棕色,固態(tài)為赤黃色晶體。溶于水同時水解為亞氯酸和氯酸。

二氧化氯可能造成職業(yè)性刺激性化學(xué)物致慢性阻塞性肺疾病。二氧化氯對人體造成危害的主要侵入途徑為呼吸道吸入、皮膚接觸;其具有強(qiáng)烈刺激性,接觸后主要引起眼和呼吸道刺激,吸入高濃度二氧化氯時可發(fā)生肺水腫。

2.3.3 鹽酸

鹽酸理化特性為無色或微黃色發(fā)煙液體,有刺鼻的酸味。

鹽酸可能造成職業(yè)性牙酸蝕病,職業(yè)性接觸性皮炎,職業(yè)性哮喘,職業(yè)性化學(xué)性眼灼傷;職業(yè)性化學(xué)性皮膚灼傷。鹽酸對人體造成危害的主要侵入途徑為吸入、食入、經(jīng)皮吸收。接觸鹽酸蒸汽或煙霧,可引起急性中毒,出現(xiàn)眼結(jié)膜炎,鼻及口腔黏膜有燒灼感,鼻衄、齒齦出血,氣管炎等。誤服可引起消化道灼傷、潰瘍形成,有可能引起胃穿孔、腹膜炎等。眼和皮膚接觸可致灼傷。長期接觸引起慢性鼻炎、慢性支氣管炎、牙齒酸蝕癥及皮膚損害。

3 消毒效果對比

3.1 消毒CT值與消毒副產(chǎn)物

根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)要求,采用二氧化氯消毒工藝時,與水接觸時間≥30 min,出廠水余氯≥0.1 mg/L;而采用次氯酸鈉消毒時與水接觸時間≥30 min,出廠水余氯≥0.3 mg/L。工藝改造后,增加了在反應(yīng)絮凝池前端投加次氯酸鈉,消毒劑與水接觸時間增加,消毒效果較二氧化氯消毒有明顯提升。

對比該廠改造前后出廠水水樣送檢報告,改造前后出廠水中消毒副產(chǎn)物均符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》限值要求。

3.2 余氯

分別取2021年10～12月和2022年10～12月連續(xù)3個月的出廠水余氯的平均值,對比出廠水余氯與最低限值比值,具體對比情況見表2。

表2 改造前后出廠水余氯對比

如表2所示,改造前后出廠水余氯均能達(dá)標(biāo),改造前出廠水余氯與標(biāo)準(zhǔn)最低限值比值為2.3,改造后相應(yīng)比值為1.5,采用次氯酸鈉消毒的出廠水余氯與標(biāo)準(zhǔn)最低限值的比值較二氧化氯的小,消毒劑利用率高。

3.3 菌落總數(shù)和總大腸菌群數(shù)

分別取2021年10～12月和2022年10～12月連續(xù)3個月的菌落總數(shù)和總大腸菌群數(shù)檢測結(jié)果的平均值,對比改造前后菌落總數(shù)和大腸菌群數(shù),具體對比情況見表3。

表3 改造前后微生物指標(biāo)對比

由表3可知,改造前后出廠水菌落總數(shù)和總大腸菌群數(shù)均能達(dá)標(biāo);改造前后總大腸菌群數(shù)均未檢出;改造前出廠水菌落總數(shù)平均為1 CFU/mL,改造后出廠水菌落總數(shù)平均為0.3 CFU/mL,改造后消毒工藝對水中微生物去除效果較改造前有顯著提升。

4 藥耗成本對比

以該水廠2021年12月和2022年12月藥耗進(jìn)行同比分析后可知:改造后使用次氯酸鈉消毒相較于改造前使用二氧化氯消毒藥耗費(fèi)用要低。具體對比情況見表4和圖3。

表4 改造前后水廠運(yùn)行成本對比

圖3 改造前后水廠運(yùn)行成本對比圖(單位:元)

消毒工藝改造后,聚氯化鋁費(fèi)用較改造前有明顯下降,前加氯處理對凈水劑的消耗有明顯的改善作用;氫氧化鈉費(fèi)用略有上升,原因是氫氧化鈉單價上升,其消耗量較改造前低。改造后廠區(qū)生產(chǎn)噸水藥耗成本下降0.003 9元/m3。

5 結(jié)論

(1)水廠改造后采用次氯酸鈉消毒工藝,消毒工藝段危險源因素由4項減少為2項、運(yùn)輸與儲存管理方式更為簡便,安全管理得到顯著改善。

(2)次氯酸鈉消毒工藝消除了原二氧化氯消毒帶來的3項職業(yè)病危害因素,保障了廠區(qū)生產(chǎn)運(yùn)行人員的生命健康安全。

(3)改造后的消毒工藝增加前加氯點,增加了消毒劑與水接觸的時間,消毒效果有所提升;次氯酸鈉消毒出水余氯達(dá)標(biāo),消毒劑利用率高;次氯酸鈉消毒工藝對水中微生物的去除效果比二氧化氯消毒工藝好。

(4)消毒工藝改造后,廠區(qū)生產(chǎn)噸水藥耗成本下降0.003 9元/m3,次氯酸鈉消毒有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

(5)水廠消毒工藝改造后,出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo),并且在安全管理、消毒效果以及生產(chǎn)成本上取得顯著成效,說明水廠次氯酸鈉消毒具有較好的應(yīng)用前景。