A3：科技智慧
●漯河市清源供水有限公司 张帅
摘要： 随着人们对饮用水安全重视程度的不断提高，自来水厂消毒技术的合理应用至关重要。次氯酸钠作为一种常用的消毒剂，在自来水厂消毒中具有独特的优势和应用价值。本文详细阐述了次氯酸钠的消毒原理，深入分析了其在自来水厂消毒中的应用优势、存在的问题，并针对这些问题提出了相应的解决措施。同时，通过实际案例分析，探讨了次氯酸钠在不同规模自来水厂中的应用效果，旨在为自来水厂更科学、合理地应用次氯酸钠消毒技术，保障饮用水安全提供理论和实践依据。
关键词： 自来水厂；消毒技术；次氯酸钠；应用；饮用水安全
一、引言
饮用水的安全直接关系到人们的身体健康和生活质量。在自来水生产过程中，消毒是至关重要的环节，其目的是杀灭水中的致病微生物，如细菌、病毒、真菌等，防止水传播疾病的发生和传播。目前，自来水厂常用的消毒方法有多种，包括氯气消毒、二氧化氯消毒、紫外线消毒以及次氯酸钠消毒等。次氯酸钠作为一种高效、安全、相对经济的消毒剂，近年来在自来水厂消毒中得到了越来越广泛的应用。然而，次氯酸钠在实际应用中也存在一些问题需要解决。因此，深入研究次氯酸钠在自来水厂消毒技术中的应用，对于提高自来水厂的消毒效果、保障饮用水安全具有重要的现实意义。
二、次氯酸钠的消毒原理
次氯酸钠（NaClO）是一种强氧化剂，其消毒作用主要是通过次氯酸（HClO）来实现的。当次氯酸钠溶解于水中时，会发生水解反应：。次氯酸是一种电中性分子，其相对分子质量较小，且不带电荷，能够迅速扩散到带负电荷的细菌表面，并通过细菌的细胞壁和细胞膜进入细菌内部。
在细菌内部，次氯酸可以对细菌细胞内的酶系统产生氧化作用。例如，它能够氧化细菌细胞内与呼吸作用相关的酶，如细胞色素氧化酶、脱氢酶等，使这些酶的活性丧失，从而破坏细菌的正常代谢过程，导致细菌死亡。此外，次氯酸还可以与细菌细胞内的核酸（如 DNA 和 RNA）等生物大分子发生反应，干扰细菌的遗传信息传递和蛋白质合成，抑制细菌的生长和繁殖，最终达到消毒的目的。
次氯酸的消毒效果与溶液的 pH 值密切相关。在酸性条件下，次氯酸钠水解产生的次氯酸含量较高，消毒效果较好；而在碱性条件下，次氯酸会发生解离，生成次氯酸根离子（ClO-），其消毒能力相对较弱。一般来说，次氯酸钠消毒的最佳 pH 值范围在 6.5 - 7.5 之间，此时次氯酸的含量较高，能够充分发挥其消毒作用。
三、次氯酸钠在自来水厂消毒中的应用优势
（一）消毒效果良好
次氯酸钠对水中常见的致病微生物具有广泛的杀灭作用。无论是细菌（如大肠杆菌、霍乱弧菌等）、病毒（如脊髓灰质炎病毒、甲型肝炎病毒等）还是真菌（如白色念珠菌等），在适当的浓度和接触时间下，次氯酸钠都能够有效地降低其数量，使其达到饮用水卫生标准的要求。研究表明，在相同的消毒条件下，次氯酸钠对微生物的杀灭效果与氯气相当，能够满足自来水厂对消毒效果的严格要求。
（二）操作简便且易于控制
次氯酸钠消毒系统相对简单，主要包括次氯酸钠储存设备、投加设备以及相应的监测仪器等。与氯气消毒相比，次氯酸钠的储存和投加不需要复杂的气化、减压等设备，操作人员经过简单培训后，即可熟练掌握次氯酸钠的投加操作。通过调节投加设备的参数，可以根据水质和水量的变化及时调整次氯酸钠的投加量，实现对消毒过程的精确控制。此外，次氯酸钠的投加设备维护相对简单，运行成本较低，适合大多数自来水厂的实际情况。
（三）安全性较高
氯气是一种剧毒气体，在储存、运输和使用过程中存在较大的安全隐患。一旦发生氯气泄漏事故，会对周围环境和人员造成严重的危害，甚至可能导致人员中毒死亡。而次氯酸钠是一种相对稳定的液体，储存和运输过程中的安全性较高。即使在使用过程中发生少量泄漏，也可以通过简单的中和处理措施进行处理，不会像氯气泄漏那样造成严重的后果。此外，次氯酸钠消毒系统的操作环境相对安全，能够有效减少操作人员接触有毒有害气体的风险。
（四）对水质的影响较小
次氯酸钠消毒后产生的消毒副产物相对较少。在正常使用情况下，次氯酸钠与水中的有机物反应生成的三卤甲烷（THMs）和卤乙酸（HAAs）等消毒副产物的含量较低，能够满足饮用水卫生标准的要求。与氯气消毒相比，次氯酸钠消毒后水中的三卤甲烷和卤乙酸等致癌、致畸、致突变物质的生成量明显减少，对水质的安全性影响较小。此外，次氯酸钠消毒后不会显著改变水的 pH 值，对水质的化学性质影响较小，有利于后续的水质处理和输送过程。
四、次氯酸钠在自来水厂消毒中存在的问题
（一）储存稳定性较差
次氯酸钠溶液的稳定性较差，容易发生分解反应。在储存过程中，次氯酸钠会与空气中的二氧化碳发生反应：，生成的次氯酸进一步分解为盐酸和氧气：，导致次氯酸钠的有效氯含量降低。此外，温度、光照等因素也会加速次氯酸钠的分解。温度升高会加快次氯酸钠的水解和分解反应速率，光照会促进次氯酸的光解反应。因此，次氯酸钠溶液的储存时间不宜过长，一般要求储存时间不超过一个月，这给自来水厂的生产管理带来了一定的困难。
（二）对设备的腐蚀性较强
次氯酸钠是一种强氧化剂，具有较强的腐蚀性。长期接触次氯酸钠溶液的储存设备、投加设备以及管道等容易受到腐蚀。尤其是一些金属材质的设备，如不锈钢、碳钢等，在次氯酸钠溶液的作用下，会发生氧化还原反应，导致金属表面腐蚀、生锈，甚至出现穿孔、泄漏等问题。设备的腐蚀不仅会影响设备的使用寿命，增加设备的维修和更换成本，还可能导致次氯酸钠溶液泄漏，对环境和人员造成安全隐患。
（三）投加量控制难度较大
次氯酸钠的投加量需要根据水质和水量的变化进行精确控制。然而，在实际生产中，水质和水量的变化较为复杂，受到原水水质、季节变化、用水量波动等多种因素的影响。如果次氯酸钠的投加量不足，会导致消毒效果不佳，水中的致病微生物不能被完全杀灭，无法满足饮用水卫生标准的要求；如果投加量过多，不仅会造成次氯酸钠的浪费，增加生产成本，还会导致水中余氯含量过高，产生异味，影响饮用水的口感，同时还可能增加消毒副产物的生成量，对水质的安全性产生不利影响。因此，准确控制次氯酸钠的投加量是自来水厂应用次氯酸钠消毒技术面临的一个重要挑战。
五、解决次氯酸钠应用问题的措施
（一）改善储存条件
为了提高次氯酸钠的储存稳定性，应选择合适的储存容器。一般来说，采用塑料材质的储存容器，如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等，可以有效减少次氯酸钠与金属的接触，降低腐蚀的可能性。储存容器应放置在阴凉、避光的地方，避免温度过高和光照直射。可以在储存容器上设置遮阳设施，如遮阳棚等，以减少光照对次氯酸钠的影响。此外，可以在次氯酸钠溶液中添加适量的稳定剂，如氢氧化钠等，调节溶液的 pH 值在 9 - 10 之间，抑制次氯酸钠的水解和分解反应，延长次氯酸钠的储存时间。
（二）选用耐腐蚀材料和防腐措施
对于与次氯酸钠溶液接触的设备，应选用耐腐蚀的材料。除了塑料材质外，还可以选择聚四氟乙烯（PTFE）、陶瓷、玻璃钢等耐腐蚀材料。对于储存设备，可以采用内衬耐腐蚀材料的方式，如内衬聚乙烯、聚四氟乙烯等，提高设备的耐腐蚀性能。对于投加设备的管道和阀门，应选择耐腐蚀的材质，并定期进行检查和维护，及时更换老化、损坏的部件。此外，还可以对金属设备进行防腐处理，如涂覆防腐涂层、采用阴极保护等方式，延长设备的使用寿命。
（三）优化投加控制系统
为了精确控制次氯酸钠的投加量，应建立完善的投加控制系统。可以采用在线监测仪器，实时监测水中的余氯含量、微生物数量、pH 值、浊度等指标，并根据监测结果自动调整次氯酸钠的投加量。例如，当水中余氯含量低于设定值时，投加设备自动增加次氯酸钠的投加量；当余氯含量高于设定值时，投加设备自动减少次氯酸钠的投加量。同时，可以结合水质和水量的历史数据，建立数学模型，预测次氯酸钠的投加量，提高投加控制的准确性和可靠性。此外，还可以加强操作人员的培训，提高其对水质变化的判断能力和投加控制的操作水平。
六、次氯酸钠在自来水厂消毒中的实际应用案例分析
（一）案例一：某小型自来水厂
某小型自来水厂的日供水量为 5000 立方米，原水水质较好，主要采用次氯酸钠消毒技术。该自来水厂采用塑料材质的储存容器储存次氯酸钠溶液，储存容器放置在阴凉、避光的库房内，并添加了适量的氢氧化钠作为稳定剂。投加设备采用计量泵，通过在线余氯监测仪实时监测水中的余氯含量，并根据监测结果自动调整计量泵的投加量。
在实际运行过程中，该自来水厂的次氯酸钠投加量根据季节变化和水质情况进行调整。在夏季，由于水温较高，微生物繁殖较快，次氯酸钠的投加量相对较高，一般为 2 - 3mg/L；在冬季，次氯酸钠的投加量相对较低，一般为 1 - 2mg/L。通过合理控制次氯酸钠的投加量，该自来水厂的消毒效果良好，出厂水的微生物指标均符合饮用水卫生标准的要求，余氯含量控制在 0.3 - 0.5mg/L 之间，水质口感良好，未出现异味等问题。
（二）案例二：某大型自来水厂
某大型自来水厂的日供水量为 50 万立方米，原水水质较为复杂，采用了多种处理工艺，其中消毒工艺采用次氯酸钠消毒。该自来水厂的次氯酸钠储存设备采用了大型的聚乙烯储罐，并设置了遮阳棚和温度控制系统，以确保储存环境的稳定。投加设备采用了先进的自动投加系统，配备了多台计量泵和在线监测仪器，能够实时监测水中的余氯含量、微生物数量、pH 值、浊度等多项指标，并根据这些指标自动调整次氯酸钠的投加量。
在实际运行过程中，该自来水厂通过建立数学模型，结合原水水质和水量的变化情况，对次氯酸钠的投加量进行预测和优化。同时，加强了对水质的监测和分析，及时调整投加策略。经过长期的运行实践，该自来水厂的次氯酸钠消毒效果稳定，出厂水的微生物指标和消毒副产物指标均符合国家饮用水卫生标准的要求，余氯含量控制在 0.5 - 0.8mg/L 之间，确保了城市居民的饮用水安全。
七、结论
次氯酸钠作为一种有效的自来水厂消毒剂，具有消毒效果好、操作简便、安全性高、对水质影响小等诸多优势，在自来水厂消毒中具有广阔的应用前景。然而，次氯酸钠在实际应用中也存在储存稳定性差、对设备腐蚀性强、投加量控制难度大等问题。通过采取改善储存条件、选用耐腐蚀材料和防腐措施、优化投加控制系统等措施，可以有效地解决这些问题，提高次氯酸钠在自来水厂消毒中的应用效果。
在实际应用中，自来水厂应根据自身的规模、原水水质和生产工艺等特点，合理选择次氯酸钠的储存和投加设备，建立完善的水质监测和投加控制系统，加强对操作人员的培训和管理，确保次氯酸钠消毒技术的安全、有效运行。同时，随着对饮用水安全要求的不断提高，还需要进一步加强对次氯酸钠消毒技术的研究，不断完善其应用工艺，探索更加高效、安全、环保的消毒方法，为保障居民的饮用水安全提供更加可靠的技术支持。未来，次氯酸钠消毒技术有望在自来水厂消毒中发挥更加重要的作用，为提高我国饮用水质量做出更大的贡献。
参考文献
《液氯及次氯酸钠消毒对自来水中余氯及消毒副产物的影响》4：作者张宁吉、方敏、杨毅、王保强，发表于《能源环境保护》2022 年第 3 期。
2.《次氯酸钠用于饮用水消毒存在的问题》：发布于微信公众平台 2024 年 5 月 20 日。