次氯酸鈉投入水中會(huì)迅速水解并發(fā)生分解其中的次氯酸根會(huì)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(huì)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殺菌功效會(huì)吸附在細(xì)菌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(qiáng)烈的氧化作用改變細(xì)菌或病毒內(nèi)部的蛋白質(zhì)從而起到殺菌和消毒作用。
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(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用過程中次氯酸鈉會(huì)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(huì)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(huì)自身分解：2NaClO = 2NaCl + O2
同時(shí)次氯酸鈉水解產(chǎn)生的次氯酸也會(huì)發(fā)生分解：2HClO = 2HCl +O2
分解產(chǎn)生的鹽酸還會(huì)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(huì)與液體混合在一起進(jìn)入消毒投加系統(tǒng)。當(dāng)氣體積聚到一定量以后系統(tǒng)內(nèi)的氣體會(huì)直接對(duì)系統(tǒng)的工作性能、控制參數(shù)產(chǎn)生影響改變整個(gè)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(chǔ)存槽計(jì)量泵投加系統(tǒng)和原水加注點(diǎn)組成。
次氯酸鈉投加系統(tǒng)的排氣
次氯酸鈉在儲(chǔ)存過程中會(huì)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(chǔ)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(huì)直接影響計(jì)量泵投加精度流量計(jì)的準(zhǔn)確檢測(cè)和其他附件的正常工作。所以必須在系統(tǒng)中增加排氣點(diǎn)。
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(jì)量泵的進(jìn)口前增加排氣點(diǎn)目的是保證盡可能少的氣體進(jìn)入計(jì)量泵內(nèi)部保證計(jì)量泵的投加精度。排放方式可以有以下三種：
第一種排氣方式是聯(lián)通立管自動(dòng)排氣方式：效果最好投入較小后期人力消耗最少的方式。但是有些水廠認(rèn)為管線布置長(zhǎng)外觀不夠美觀
第二種排氣方式是穩(wěn)壓筒手動(dòng)排氣方式：穩(wěn)壓筒進(jìn)行氣體和液體的置換效果較好投入最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(huì)不同。
第三種排氣方式是穩(wěn)壓筒自動(dòng)排氣方式：穩(wěn)壓筒進(jìn)行氣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(dòng)排氣。
2.出口管路流量計(jì)排氣
出口管線中所用的電磁流量計(jì)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(jì)的通流截面應(yīng)適合小流量應(yīng)用。如果流量計(jì)口徑過大在小流量應(yīng)用時(shí)產(chǎn)生的偏差也會(huì)較大同時(shí)傳感器腔室內(nèi)也較容易積聚氣體影響檢測(cè)結(jié)果。
流量計(jì)垂直安裝的方式是最適合于次氯酸鈉應(yīng)用的在液體通過流量計(jì)時(shí)液體中混雜的氣泡會(huì)向上移動(dòng)停留在流量計(jì)傳感器腔室內(nèi)的機(jī)會(huì)比較少所以氣泡對(duì)流量計(jì)測(cè)量的影響會(huì)很小。
對(duì)于流量計(jì)水平安裝方式除了在流量計(jì)下游需要增加“拱門”保證流量計(jì)充滿以外也需要在流量計(jì)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(diǎn)減少氣泡對(duì)流量計(jì)檢測(cè)的影響。同時(shí)為了盡可能減少氣泡進(jìn)入流量計(jì)所以需要在流量計(jì)上游的高點(diǎn)處增加排氣點(diǎn)減少液體中氣體的含量。
流量計(jì)的設(shè)置也需要加以注意。流量計(jì)可以適用于各種不同介質(zhì)和工況條件。在設(shè)定時(shí)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(diǎn)的距離均比較遠(yuǎn)一般會(huì)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(diǎn)之間的壓差。如果壓差較小那么流速就會(huì)較慢；管線距離越長(zhǎng)末端流速越慢。當(dāng)管徑較大投加量較小時(shí)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(huì)在管道內(nèi)結(jié)晶或結(jié)垢導(dǎo)致管道堵塞所以會(huì)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(shí)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(shí)次氯酸鈉的流速較慢在管道內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)有充分的時(shí)間與水分反應(yīng)產(chǎn)生NaOHNaOH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(duì)附著的NaOH形成沖刷作用隨著時(shí)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(diǎn)是建議將背壓閥的安裝點(diǎn)應(yīng)放到遠(yuǎn)端接近投加點(diǎn)位置。同時(shí)計(jì)量泵出口管路的管徑不可過大依據(jù)實(shí)際投加量確定合適的管徑。如此做的好處有以下幾點(diǎn)：
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(shí)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(duì)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(diǎn)形式
次氯酸鈉投加系統(tǒng)的加注點(diǎn)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(huì)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(huì)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(dòng)過程中管道中心的流阻最小流速最快所以次氯酸鈉在管道中心進(jìn)入后會(huì)以最快速度進(jìn)入系統(tǒng)在加注口停留時(shí)間最短。
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(dòng)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(shí)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(duì)車廂內(nèi)進(jìn)行換氣。
6.次氯酸鈉投加系統(tǒng)密封件選用
次氯酸鈉是堿性的強(qiáng)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(huì)按照習(xí)慣選用VITON（氟橡膠）密封件。氟橡膠的耐腐能力確實(shí)是強(qiáng)于大部分的材質(zhì)但是對(duì)于次氯酸鈉溶液氟橡膠不是最佳選擇。長(zhǎng)期與次氯酸鈉接觸后氟橡膠會(huì)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(zhǎng)期受壓以后會(huì)出現(xiàn)退讓內(nèi)部的橡膠密封圈不能有效補(bǔ)償四氟材料的退讓那么該類密封圈也會(huì)產(chǎn)生滲漏或泄漏。
根據(jù)相關(guān)化工手冊(cè)和長(zhǎng)期使用驗(yàn)證EPDM（乙丙橡膠）是可以對(duì)次氯酸鈉產(chǎn)生有效的耐腐作用。
針對(duì)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(jì)階段需要預(yù)先考慮系統(tǒng)整體排氣點(diǎn)的設(shè)置與布置。只有合理布置排氣點(diǎn)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(jì)的選用已經(jīng)成為必然。流量計(jì)的選用必須考慮小流量使用的要求。同時(shí)流量計(jì)的安裝方式對(duì)后續(xù)使用會(huì)產(chǎn)生直接影響。綜合使用效果來看垂直安裝方式是效果最好的方式之一。
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(zhǎng)考慮到次氯酸鈉在管線中的結(jié)垢問題一般會(huì)習(xí)慣采用較大管徑但是較大管徑不能最終解決問題。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(duì)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(huì)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(huì)對(duì)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(huì)選用鹽酸或醋酸。從沖洗效果看鹽酸的效果要好于醋酸。
次氯酸鈉投加消毒是有效替換液氯消毒的消毒方法。建設(shè)初期的綜合考慮細(xì)致設(shè)計(jì)和合理施工才能保證次氯酸鈉投加系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定使用的保證。次氯酸鈉是一種安全有效的消毒劑在自來水廠的會(huì)有較好的應(yīng)用前景。
