李志军,钟文辉,唐权昌

(广西东兴北投环保水务有限公司,广西 东兴 538100)

二氧化氯消毒具有极强的氧化性能,消毒过程中产生的有机卤化物较少,消毒作用稳定,余氯稳定持久,因此在水厂消毒工艺中应用广泛[1]。但是其具有明显的安全隐患,二氧化氯具有爆炸性,其制备原料为氯酸钠和盐酸,具有氧化性或腐蚀性,采用二氧化氯消毒在生产、运输、储存上具有安全风险,对安全生产管理带来压力[2]。次氯酸钠与二氧化氯具有相差不大的消毒效果,同时还具有安全风险小的优点。本文以某自来水厂消毒工艺改造为研究对象,分析该厂在生产管理,运行效果,经济效益等方面的变化。

1 工程概况

1.1 厂区概况

东兴市城区自来水厂为东兴市最早建成的自来水厂,始建于1992年11月,供水能力4.5万m3/d,其中一期供水能力2万m3/d,于1995年8月建成投产;二期工程于2005年12月开工建设,于2008年10月底建成投产,供水能力2.5万m3/d;厂区配套取水泵站一座。

1.2 水质情况

东兴市受亚热带季风气候影响,年降雨较多。雨季一般自四月开始,十月结束,多大雨、暴雨,在暴雨影响下,沿河和低洼地区常有涝灾发生。但每年的十月至次年四月,降雨量明显减少,仅占全年总降雨量的21%,每年春秋季节都有不同程度的干旱发生。全年雨量充沛,但分布不均匀,多集中于夏季,干湿季分明。

分析该水厂源水检测数据,该厂取水水质达到Ⅱ类地表水质量标准,源水为浅黄色浑浊液体,有微弱泥腥味,水中有少量微尘悬浮物,pH值<7,呈弱酸性。水厂源水水质受时间变化影响极大,在雨季期间,水中浊度急剧上升,而在其他时间,源水水质较好。

1.3 工艺流程

水厂改造前制水工艺为:取水泵站从水源地取水后送至水厂,在水进入配水井前,在管道中加入氢氧化钠和聚氯化铝,经管道混合器混合后进入配水井,由配水井将进水分配至一期、二期工艺;配水井出水进入反应絮凝池,在反应絮凝池中发生絮凝反应,此过程可将水中悬浮物和部分有机质吸附形成絮状物;反应絮凝池出水进入斜管沉淀池,斜管沉淀池为底部进水,顶部出水,此过程可去除反应絮凝池段形成的絮体;沉淀池出水进入虹吸滤池后,在重力作用下,进一步去除水中悬浮物;滤池出水进入清水池前,厂区加药间投加二氧化氯消毒剂进行消毒,去除水中微生物,使厂区出水达标;达标后的出水经由送水泵房加压后进入市政供水管网。改造前厂区工艺见图1。

图1 改造前厂区工艺流程图

该水厂自一期建成投产以来一直使用二氧化氯消毒,随着社会发展和公司战略要求,水厂于2022年6月改造消毒工艺,改造后厂区主体制水工艺不变,将原有二氧化氯消毒改造为次氯酸钠消毒,并在反应絮凝池前端增加加氯消毒工艺。改造后在反应絮凝池前投加次氯酸钠能够去除一部分水中藻类和细菌,降低后续工艺的处理负荷。工艺改造后厂区消毒效果良好,出厂水水质符合现行的国家标准出水水质要求。改造后厂区工艺图2。

图2 改造后厂区工艺流程图

2 安全管理对比

2.1 危险源管理对比

厂区改造前二氧化氯使用二氧化氯复合消毒剂发生器制备后直接使用,其制备原料为氯酸钠和盐酸,制备原理为氯酸钠和盐酸通过化学反应产生二氧化氯,反应方程式如下:

NaClO3+2HCl→ClO2+1/2Cl2+NaCl+H2O

厂区改造后次氯酸钠使用次氯酸钠发生器制备后直接使用,其制备原料为精制盐,制备原理为精制食盐水通过电化学反应产生次氯酸钠,反应方程式如下:

2NaCl+2H2O→2NaOH+H2↑+Cl2↑

2NaOH+Cl2→NaClO+NaCl+H2O

二氧化氯消毒与次氯酸钠消毒危险因素对比见表1。

表1 二氧化氯消毒与次氯酸钠消毒危险因素

2.2 运输储存对比

二氧化氯生产原料为氯酸钠,盐酸,两种化学品在采购、运输、储存、使用上有严格规定。氯酸钠运输时需单独装运,运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏;严禁与酸类、易燃物、有机物、还原剂、自燃物品、遇湿易燃物品等并车混运;运输车辆装卸前后,均应彻底清扫、洗净,严禁混入有机物、易燃物等杂质。氯酸钠应储存在阴凉、通风的库房;远离火种、热源;要确保包装密封完整;应与易(可)燃物、还原剂、醇类等分开存放。

盐酸装运前需报有关部门批准;运输时包装要完整,运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏;严禁与碱类、胺类、碱金属、易燃物或可燃物、食用化学品等混装混运。盐酸需储存于阴凉、通风的库房;保持容器密封;应与碱类、胺类、碱金属、易(可)燃物分开存放。

次氯酸钠消毒生产原料为精制盐,主要成分是氯化钠,在运输过程中应加盖遮盖物,不得与其他可能造成精制盐污染的货物混装,工业精制盐不得食用;包装上应标明产品名称、规格、商标、牌号、生产厂家和本标准编号;精制盐储存要防止灰尘等污染,做好防潮防雨措施。

2.3 职业病危害对比

二氧化氯消毒过程中涉及的氯气、二氧化氯、盐酸都可能造成职业病危害,而采用次氯酸钠消毒则很好地消除这些职业病危害因素,具体职业病危害因素对作业人员的健康影响分析如下。

2.3.1 氯气

氯气常压下为黄绿色,是一种有强烈刺激性气味的剧毒气体,具有窒息性,密度比空气大。可溶于水和碱溶液,易溶于有机溶剂,难溶于饱和食盐水。

氯气可能造成职业性急性氯气中毒,职业性化学性眼灼伤,职业性化学性皮肤灼伤。氯气对人体造成危害的主要侵入途径为呼吸道吸入、皮肤接触。氯可引起急性结膜炎,高浓度氯气或液氯可引起眼灼伤;液氯或高浓度氯气可引起皮肤暴露部位急性皮炎或灼伤;其引发的急性中毒主要为呼吸系统损害的表现,具体分析如下:

(1)起病及病情变化一般均较迅速。

(2)可发生咽喉炎、支气管炎、肺炎或肺水肿,表现为咽痛、呛咳、咳少量痰、气急、胸闷或咳粉红色泡沫痰、呼吸困难等症状,肺部可无明显阳性体征或有干、湿性啰音。有时伴有恶心、呕吐等症状。

(3)重症者尚可出现急性呼吸窘迫综合征,有进行性呼吸频速和窘迫、心动过速,顽固性低氧血症,用一般氧疗无效。

(4)少数患者有哮喘样发作,出现喘息,肺部有哮喘音。

(5)极高浓度时可引起声门痉挛或水肿、支气管痉挛或反射性呼吸中枢抑制而致迅速窒息死亡。

(6)并发症主要有肺部继发感染、心肌损害及气胸、纵隔气肿等。

(7)X线检查:可无异常,或有两侧肺纹理增强、点状或片状边界模糊阴影或云雾状、蝶翼状阴影。

(8)血气分析:病情较重者动脉血氧分压明显降低。

(9)心电图检查:中毒后由于缺氧、肺动脉高压以及植物神经功能障碍等,可导致心肌损害及心律失常。

2.3.2 二氧化氯

二氧化氯在室温条件下为赤黄色气体,有刺激性气味。液态时呈红棕色,固态为赤黄色晶体。溶于水同时水解为亚氯酸和氯酸。

二氧化氯可能造成职业性刺激性化学物致慢性阻塞性肺疾病。二氧化氯对人体造成危害的主要侵入途径为呼吸道吸入、皮肤接触;其具有强烈刺激性,接触后主要引起眼和呼吸道刺激,吸入高浓度二氧化氯时可发生肺水肿。

2.3.3 盐酸

盐酸理化特性为无色或微黄色发烟液体,有刺鼻的酸味。

盐酸可能造成职业性牙酸蚀病,职业性接触性皮炎,职业性哮喘,职业性化学性眼灼伤;职业性化学性皮肤灼伤。盐酸对人体造成危害的主要侵入途径为吸入、食入、经皮吸收。接触盐酸蒸汽或烟雾,可引起急性中毒,出现眼结膜炎,鼻及口腔黏膜有烧灼感,鼻衄、齿龈出血,气管炎等。误服可引起消化道灼伤、溃疡形成,有可能引起胃穿孔、腹膜炎等。眼和皮肤接触可致灼伤。长期接触引起慢性鼻炎、慢性支气管炎、牙齿酸蚀症及皮肤损害。

3 消毒效果对比

3.1 消毒CT值与消毒副产物

根据《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)要求,采用二氧化氯消毒工艺时,与水接触时间≥30 min,出厂水余氯≥0.1 mg/L;而采用次氯酸钠消毒时与水接触时间≥30 min,出厂水余氯≥0.3 mg/L。工艺改造后,增加了在反应絮凝池前端投加次氯酸钠,消毒剂与水接触时间增加,消毒效果较二氧化氯消毒有明显提升。

对比该厂改造前后出厂水水样送检报告,改造前后出厂水中消毒副产物均符合《生活饮用水卫生标准》限值要求。

3.2 余氯

分别取2021年10～12月和2022年10～12月连续3个月的出厂水余氯的平均值,对比出厂水余氯与最低限值比值,具体对比情况见表2。

表2 改造前后出厂水余氯对比

如表2所示,改造前后出厂水余氯均能达标,改造前出厂水余氯与标准最低限值比值为2.3,改造后相应比值为1.5,采用次氯酸钠消毒的出厂水余氯与标准最低限值的比值较二氧化氯的小,消毒剂利用率高。

3.3 菌落总数和总大肠菌群数

分别取2021年10～12月和2022年10～12月连续3个月的菌落总数和总大肠菌群数检测结果的平均值,对比改造前后菌落总数和大肠菌群数,具体对比情况见表3。

表3 改造前后微生物指标对比

由表3可知,改造前后出厂水菌落总数和总大肠菌群数均能达标;改造前后总大肠菌群数均未检出;改造前出厂水菌落总数平均为1 CFU/mL,改造后出厂水菌落总数平均为0.3 CFU/mL,改造后消毒工艺对水中微生物去除效果较改造前有显著提升。

4 药耗成本对比

以该水厂2021年12月和2022年12月药耗进行同比分析后可知:改造后使用次氯酸钠消毒相较于改造前使用二氧化氯消毒药耗费用要低。具体对比情况见表4和图3。

表4 改造前后水厂运行成本对比

图3 改造前后水厂运行成本对比图(单位:元)

消毒工艺改造后,聚氯化铝费用较改造前有明显下降,前加氯处理对净水剂的消耗有明显的改善作用;氢氧化钠费用略有上升,原因是氢氧化钠单价上升,其消耗量较改造前低。改造后厂区生产吨水药耗成本下降0.003 9元/m3。

5 结论

(1)水厂改造后采用次氯酸钠消毒工艺,消毒工艺段危险源因素由4项减少为2项、运输与储存管理方式更为简便,安全管理得到显著改善。

(2)次氯酸钠消毒工艺消除了原二氧化氯消毒带来的3项职业病危害因素,保障了厂区生产运行人员的生命健康安全。

(3)改造后的消毒工艺增加前加氯点,增加了消毒剂与水接触的时间,消毒效果有所提升;次氯酸钠消毒出水余氯达标,消毒剂利用率高;次氯酸钠消毒工艺对水中微生物的去除效果比二氧化氯消毒工艺好。

(4)消毒工艺改造后,厂区生产吨水药耗成本下降0.003 9元/m3,次氯酸钠消毒有较好的经济效益。

(5)水厂消毒工艺改造后,出水稳定达标,并且在安全管理、消毒效果以及生产成本上取得显著成效,说明水厂次氯酸钠消毒具有较好的应用前景。