次氯酸鈉投入水中會迅速水解并發(fā)生分解其中的次氯酸根會與水中氫離子結合形成次氯酸鈉離子與氫氧離子結合成為氫氧化鈉。
NaClO + H2O = HClO + NaOH
其中次氯酸也會進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吸附在細菌或病毒的表面通過滲透細胞壁進入細胞內部通過強烈的氧化作用改變細菌或病毒內部的蛋白質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%左右其化學性質不穩(wěn)定。在運輸、儲存和使用過程中次氯酸鈉會發(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。
次氯酸鈉化學性質不穩(wěn)定光照受熱后會自身分解：2NaClO = 2NaCl + O2
同時次氯酸鈉水解產(chǎn)生的次氯酸也會發(fā)生分解：2HClO = 2HCl +O2
分解產(chǎn)生的鹽酸還會和次氯酸發(fā)生反應產(chǎn)生氯氣HClO +HCl = H2O +Cl2
次氯酸鈉產(chǎn)生的氣體會與液體混合在一起進入消毒投加系統(tǒng)。當氣體積聚到一定量以后系統(tǒng)內的氣體會直接對系統(tǒng)的工作性能、控制參數(shù)產(chǎn)生影響改變整個系統(tǒng)的控制結果甚至可能影響水廠的出廠水質。
次氯酸鈉投加系統(tǒng)的流程
通常次氯酸鈉投加系統(tǒng)由儲存槽計量泵投加系統(tǒng)和原水加注點組成。
次氯酸鈉投加系統(tǒng)的排氣
次氯酸鈉在儲存過程中會受光照、受熱的影響以及自身化學性質的不穩(wěn)定在儲罐中發(fā)生分解。分解產(chǎn)生的氣體與液體混合在一起進入投加系統(tǒng)的管線中會直接影響計量泵投加精度流量計的準確檢測和其他附件的正常工作。所以必須在系統(tǒng)中增加排氣點。
1.進口管路的排氣
在投加系統(tǒng)的進口管路中需要在計量泵的進口前增加排氣點目的是保證盡可能少的氣體進入計量泵內部保證計量泵的投加精度。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。但是有些水廠認為管線布置長外觀不夠美觀
第二種排氣方式是穩(wěn)壓筒手動排氣方式：穩(wěn)壓筒進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)的排氣周期會不同。
第三種排氣方式是穩(wěn)壓筒自動排氣方式：穩(wěn)壓筒進行氣體和液體的置換效果較好但是投入較大。需要采用液位開關與電磁閥結合做到自動排氣。
2.出口管路流量計排氣
出口管線中所用的電磁流量計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的通流截面應適合小流量應用。如果流量計口徑過大在小流量應用時產(chǎn)生的偏差也會較大同時傳感器腔室內也較容易積聚氣體影響檢測結果。
流量計垂直安裝的方式是最適合于次氯酸鈉應用的在液體通過流量計時液體中混雜的氣泡會向上移動停留在流量計傳感器腔室內的機會比較少所以氣泡對流量計測量的影響會很小。
對于流量計水平安裝方式除了在流量計下游需要增加“拱門”保證流量計充滿以外也需要在流量計的上游增加“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減少氣泡對流量計檢測的影響。同時為了盡可能減少氣泡進入流量計所以需要在流量計上游的高點處增加排氣點減少液體中氣體的含量。
流量計的設置也需要加以注意。流量計可以適用于各種不同介質和工況條件。在設定時必須考慮到次氯酸鈉的特殊化學形式選擇合適的工況條件進行設置。
3.背壓閥安裝
通常自來水廠加藥泵房與藥劑投加點的距離均比較遠一般會在100米以上甚至會有300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定壓力與投加點之間的壓差。如果壓差較小那么流速就會較慢；管線距離越長末端流速越慢。當管徑較大投加量較小時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在管道內結晶或結垢導致管道堵塞所以會習慣采用較大口徑的管道延緩結垢的影響。管道內的結垢無法用清水沖洗必須用酸進行沖洗。事實上結垢的形成是次氯酸鈉與管道中水分或水蒸汽水解反應產(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。此時次氯酸鈉的流速較慢在管道內停留時間較長有充分的時間與水分反應產(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附著的NaOH形成沖刷作用隨著時間積累該附著物就形成了結垢。環(huán)境溫度越低結垢越容易形成。原因是NaOH在低溫下容易形成過飽和導致晶體析出。
筆者的觀點是建議將背壓閥的安裝點應放到遠端接近投加點位置。同時計量泵出口管路的管徑不可過大依據(jù)實際投加量確定合適的管徑。如此做的好處有以下幾點：
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積氣；
2）合適的管徑可以提高液體在管道內的流速也可以將液體中混雜的氣泡及時帶走不要停留在管道內形成氣阻；
3）合適的管徑可以提高液體在管道內的流速形成較高流速對管道內的結垢產(chǎn)生沖刷延緩結垢的增加；
4）合適的管徑便于增加保溫層可以降低NaOH的晶體析出和結垢增加。
5.加注點形式
次氯酸鈉投加系統(tǒng)的加注點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發(fā)生水解水解反應式如下：NaClO + H2O = HClO + NaOH
其中反應產(chǎn)生的NaOH會在加注口發(fā)生結垢。如何減少結垢的發(fā)生與加注口的位置以及加注口的形式有直接關系。
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入后會以最快速度進入系統(tǒng)在加注口停留時間最短。
2） 加注口的形狀是小于450的切口。該切口形狀不利于結垢形成和結垢堵塞加注口。
3） 加注口切口方向應該背向原水流動方向。該方向有利于在切口位置形成負壓原水在經(jīng)過加注口時由于負壓作用將次氯酸鈉帶走不利于在加注口形成結垢。該原理類似于汽車天窗的作用利用負壓對車廂內進行換氣。
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。部分用戶會按照習慣選用VITON（氟橡膠）密封件。氟橡膠的耐腐能力確實是強于大部分的材質但是對于次氯酸鈉溶液氟橡膠不是最佳選擇。長期與次氯酸鈉接觸后氟橡膠會出現(xiàn)腐蝕導致滲漏或泄漏。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期受壓以后會出現(xiàn)退讓內部的橡膠密封圈不能有效補償四氟材料的退讓那么該類密封圈也會產(chǎn)生滲漏或泄漏。
根據(jù)相關化工手冊和長期使用驗證EPDM（乙丙橡膠）是可以對次氯酸鈉產(chǎn)生有效的耐腐作用。
針對次氯酸鈉投加系統(tǒng)的建議：
1.在次氯酸鈉投加系統(tǒng)設計階段需要預先考慮系統(tǒng)整體排氣點的設置與布置。只有合理布置排氣點才能保證投加量的準確。
2.為了配合自控的要求電磁流量計的選用已經(jīng)成為必然。流量計的選用必須考慮小流量使用的要求。同時流量計的安裝方式對后續(xù)使用會產(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)的管線距離都較長考慮到次氯酸鈉在管線中的結垢問題一般會習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氣體產(chǎn)生流速增加可以提高液體對結垢物的沖刷。由于PVC管線成本在整體系統(tǒng)建設中占有的比例較低可以適當考慮備用管線的設置用于在系統(tǒng)沖洗階段的切換。
4.管線沖洗：次氯酸鈉在投加過程中會在管線中產(chǎn)生結垢此結垢物為NaOH。結構物累積后會對投加系統(tǒng)產(chǎn)生影響所以需要考慮管線沖洗。沖洗介質應為酸性溶液一般會選用鹽酸或醋酸。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。建設初期的綜合考慮細致設計和合理施工才能保證次氯酸鈉投加系統(tǒng)的長期穩(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有較好的應用前景。
