浅谈自来水厂次氯酸钠替代液氯消毒工艺

雷礼婧（第一作者），何玲

摘要：针对液氯消毒存在的安全性问题，各地水厂先后对消毒工艺进行了改造，由液氯消毒改为次氯酸钠消毒。因此，本文介绍了次氯酸钠消毒的特点，阐述了采用次氯酸钠消毒的效果及注意事项，为自来水厂采用次氯酸钠消毒工艺提供参考。

关键词：次氯酸钠；消毒工艺；自来水厂

消毒工艺在生活饮用水处理中必不可少，以往国内水厂普遍采用液氯作为消毒剂，因为其具有成本低廉、技术成熟、消毒效果较好等特点。但因为液氯的氧化性大、腐蚀性强、具有刺激性气味，且其本身有剧毒，属于危险化学品，在其运输、储存和使用过程中，易发生安全事故。根据《危险化学品重大危险源辨识》（GB 18218-2018）的规定，液氯临界量为5t，超过该值即为重大危险源，所以对液氯的管控标准较为严格，若遇特殊节假日，将影响液氯采购运输的时效和消毒环节的衔接。近年来，我国危险化学品导致人身、环境伤害事故频发，对供水企业的安全管理要求越来越高，采用合理的消毒处理工艺是净水厂的重要环节。次氯酸钠的消毒效果与液氯相当［1］，同时具有投加方便、安全性高等特点，各地水厂先后对消毒工艺进行了改造，使用次氯酸钠代替液氯消毒已成为供水行业趋势。

1次氯酸钠的消毒原理

次氯酸钠为浅黄色有刺激性气味液体，分子式为NaClO，略重于水，熔点为-6℃，沸点为102.2℃，是一种强氧化剂。次氯酸钠灭菌杀病毒原理大致分下述三种作用方式：

首先，次氯酸钠消毒杀菌最主要的作用方式是通过它的水解作用形成次氯酸，次氯酸再进一步分解形成新生态氧[O]，新生态氧的极强氧化性使菌体和病毒的蛋白质变性，从而使病原微生物致死。根据化学测定，次氯酸钠的水解会受pH值的影响，当 pH超过9.5时就会不利于次氯酸的生成，而对于ppm级浓度的次氯酸钠在水里几乎是完全水解成次氯酸，其效率高于99.99%。其过程可用化学方程式简单表示如下：

NaClO+H2O＝HClO+NaOH

HClO→HCl+[O]

其次，次氯酸在杀菌、杀病毒过程中，不仅可作用于细胞壁、病毒外壳，而且因次氯酸分子小，不带电荷，还可渗透入菌（病毒）体内与菌（病毒）体蛋白、核酸和酶等发生氧化反应或破坏其磷酸脱氢酶，使糖代谢失调而致细胞死亡，从而杀死病原微生物。

R-NH-R+ HClO→R2NCl+H2O（细菌蛋白质）

同时，次氯酸产生出的氯离子还能显著改变细菌和病毒体的渗透压，使其细胞丧失活性而死亡。

2次氯酸钠消毒效果及其副产物

2.1消毒效果

2.1.1大量文献及工程实例标明［2-7］，采用次氯酸钠消毒，消毒效果好，出厂水水质指标与使用液氯消毒相近，均符合《生活饮用水卫生标准》（GB-5749）要求，可确保出厂水和管网水和管网末梢水的微生物安全，但出厂水氯味更低，口感更好。

2.1.2液氯和次氯酸钠消毒时，余氯沿管网水力停留时间呈一级反应动力学衰减［8］。相较于液氯消毒，次氯酸钠消毒的管网余氯衰减速度更慢，能更有效地抑制管网中微生物的滋生。

2.2消毒副产物

2.2.1次氯酸钠溶于水后在水中产生的游离态分子氯很低，在消毒过程中一般难以发生因存在分子氯而引发的氯代化合反应，因此采用次氯酸钠消毒有利于减少消毒副产物的生成。水厂采用次氯酸钠消毒替代液氯消毒，在保证消毒效果的前提下，出厂水中的消毒副产物含量未超过国家标准，可显著性降低三卤甲烷和三氯甲烷的生成，对三氯乙醛和一溴二氯甲烷的生成无显著性影响［9］。

2.2.2反应时间和有效氯投加量对次氯酸钠消毒过程 THMs 总生成量有显著的促进作用［10］。

2.2.3氯酸盐副产物

次氯酸钠在水中发生水解，产生次氯酸，为可逆反应。其组成和氧化性能随 pH不同而不同，pH越低，HOCl的比例越高，氧化性和消毒能力越强：

NaClO+H2O＝HClO+NaOH

同时，次氯酸钠在储存过程中，可能发生分解反应和歧化反应，导致有效氯浓度不断降低，歧化反应还会产生副产物氯酸盐：

分解反应：2 NaClO =2 NaCl + O2↑

歧化反应：3 NaClO =2 NaCl + NaClO3

分解反应和歧化反应可能同时发生，哪种反应为主，则取决于反应条件。一般来说，光照有利于发生分解反应，加热会促进歧化反应发生，但温度太高同样会发生分解反应。

自来水厂采用的次氯酸钠主要有两种，一种是成品次氯酸钠，其有效氯含量一般在10％左右；另一种是采用次氯酸钠发生器在水厂现场电解制备0.8％左右的低浓度次氯酸钠，目前实际应用以成品次氯酸钠居多。成品次氯酸钠中氯酸盐的含量取决于进厂原液中的浓度、储存时间、储存条件以及使用方式，其在运输和储存过程中容易发生分解，导致有效氯降低，并可能形成影响饮用水水质的副产物氯酸盐。

3次氯酸钠消毒工艺注意事项及建议

3.1储存

3.1.1光照对次氯酸钠溶液稳定性有很大的影响，光照越强，次氯酸钠溶液分解越快，次氯酸钠应该避免光照存放在阴凉干燥的环境中，尤其应该避免阳光直射。

3.1.2氯酸盐生成量与温度和储存时间密切相关，温度越高，氯酸盐浓度增加越快，储存时间越长，氯酸盐浓度越高。对于地处高温地区的水厂，应使用鼓风机、空调等可控温设备对次氯酸钠消毒剂储存温度进行控制，对于地处低温地区的水厂，可不采取特殊措施进行常温储存。对于无条件实施控温操作而环境储藏温度又高的水厂，可采用多批次少量进货的方法［11］。

3.1.3次氯酸钠溶液有效氯初始浓度越高，衰减越快，故应在尽可能低的浓度下储存［12］。

3.2使用

3.2.1采用次氯酸钠消毒工艺，应加强对储药罐或储药池中有效氯浓度和氯酸盐副产物，以及出厂水和管网水中氯酸盐副产物的监测。

3.2.2次氯酸钠消毒接触时间至少30 min 以确保出厂水和管网末梢水中消毒剂的余量足够，但消毒时间不宜太长；在确保出水微生物指标达标的基础上，尽量降低消毒剂投量，以减少余氯对受纳水体的影响、降低消毒副产物的生成风险、保障居民用水安全［10］。

3.2.3为避免残留次氯酸钠分解及歧化反应产生氯酸盐副产物影响水质，应尽量在储药罐或储药池中的药剂用完后再加入新一批药剂，并定期对储液罐或储液池进行放空和清洗。

4结论

次氯酸钠管理简便，在根源上杜绝了使用液氯消毒时的安全隐患，减少了自来水厂运营管理的风险和投入，是一种行之有效的消毒工艺，在自来水厂中实际应用意义重大，但也应关注氯酸盐副产物的水质风险。本文阐述了采用次氯酸钠消毒的效果及注意事项，希望能够给自来水厂采用次氯酸钠消毒工艺提供参考价值。

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