氯化铵在浦东水厂消毒中的应用

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氯化铵在浦东水厂消毒中的应用
文章来源：蓝白蓝网     2010-02-10 13:22     
8 _$ F1 {) D6 G) c为迎世博，提升城市公共安全，确保优质供水，氨瓶的使用正愈来愈受到人们的关注和重视。氨瓶的运输、搬运、加注等过程中存在意外氨气泄漏、危害人身安全、污染城市环境的风险，对城市公共安全构成威胁。寻找更安全的加氨替代品，是上海市给水厂的迫切需求。上海浦东威立雅自来水有限公司下属浦东水厂改用食品级氯化铰代替氨瓶，彻底解决了氨瓶带来的一系列安全问题。
. q+ z1 L% f1 }/ x1浦东水厂概况
. I* ?5 ?; L4 F  l* ^2 l6 w浦东水厂下属陆家嘴分厂制水规模为10万m3/d，位于浦东陆家嘴金融贸易中心，邻近东方明珠电视塔等旅游观光中心，氨瓶使用的安全性问题尤其突出。下属居家桥分厂制水规模为12万m3/d，其四周遍布高层住宅楼和居民生活小区，是浦东生活用水的供水中心区域。两厂采用氯胺消毒工艺，原水氨氮浓度低时补氨，原使用的消毒剂为液氯、液氨，现用氯化铵和次氯酸钠替代，使浦东水厂成为特大型城市中停用氨瓶和氯瓶的首家给水厂，消除了困扰给水厂的两大安全隐患，有力地保障了城市公共安全。
2氯化铵化学特性
2.1氯化铵特性
氯化铵呈白色细颗粒，分子式为NH4Cl，固体密度1.527g/cm3，具有良好化学稳定性，不受温度和环境变化影响。氯化铵易溶于水，在水温0~30℃时，溶解度为29.7~41.4g/100g水。氯化铵颗粒吸湿性小，但在潮湿阴雨天气会吸潮结块。水溶液呈弱酸性，腐蚀性小，但固体氯化铵对金属有腐蚀性，在储存中不宜与皮肤多接触，应保持房间通风良好。
# [. M2 v2 ~- {2 S5 y2.2氯化铵安全性
（1）食品级氯化铵以工业氯化铵为原料，加工提纯到质量分数大于99.5 %。
（2）应用于食品面团的改进剂和制药；可与氯气反应形成化合氯，用于自来水中消毒。
（3）产品质量标准执行Q/CAYM002-2008（参照美国《食品化学药典（FCCIV）标准》），确保投加高纯度氯化铵后水质安全。标准与各项指标见表1。

  
（4）固体氯化铵与人体接触无危害，口感味咸。
（5）无粉尘，对环境不会造成污染。
（6）嗅觉上无明显刺激性气味，不燃烧。
0 m9 e# v3 r% i2 G; l2.3氯化铵贮藏
氯化铵固体保质期2年，考虑到装卸和搬运量较大，陆家嘴分厂和居家桥分厂采用一年进货一次，实际使用时间为8个多月，用量约30t/a。仓库内设排风扇，保持房间通风。在使用过程中因吸潮等原因，小部分氯化铵包装内出现少量疏松小块，手轻压就粉碎，不影响溶液配制及使用。
  o( x" n  A4 g$ ~2.4氯化铵溶液的腐蚀性
对氯化铵溶液进行烧杯腐蚀试验，金属块浸入溶液中，测试溶液对金属的腐蚀性。试验结果见表2。

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; }/ R8 D6 Z! o6 J# u! X1 Q+ d# t试验可知，1个月氯化铵溶液对不锈钢C304无腐蚀；在实际生产运行中，浸入氯化铵溶液中的不锈钢潜水泵运行3个多月，未发现腐蚀现象。
2.5氯化铵溶液的稳定性
+ ]5 H( R: E2 ]制成6%氯化铵溶液标样，分别放置1个月和2个月，检测标样得知浓度未发生变化。氯化铵塑料贮液简放置在露天，在室外高温期间溶液质量未发生变化。贮液池容量设计可考虑7d加药量。
3 q6 W! {, z4 i3氯化铵消毒原理
次氯酸钠在水中生成次氯酸：
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8 L! j/ U8 [. x7 F9 H氯化铵在水中形成氨：
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氨和次氯酸反应，生成氯胺：
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  `% N, G1 ?, J4氯化铵在给水厂中的应用
4.1氯化铵加注工艺
2 F; T  I* y$ S+ f  w) F4 B2 N加注工艺：固体卸料→溶解池→提升泵→贮液池→计量泵→电磁流量仪→投加点。
6 V. @# O0 a0 V: n3 }5 e% i（1）固体卸料。水射器真空抽吸或设小型混合器，使颗粒和水流高速混合，溶解均匀。大用量可采用吸粉器自动卸料，仓库贮存量按年用量设计（30t库存，25kg包装）。
; Q. T/ a$ r4 m, ^5 Z; B% _（2）溶解池。氯化铵易溶，采用水力搅拌，在池内可设小型混合器，池有效容积为5m3。
（3）贮液池。2座5t容量PE塑料容器筒，防腐轻便，经久耐用，可露天放置，占地面积小，塑胶筒体单价低。
4 f* `' ~6 m* @. ?$ p- h（4）提升泵采用不锈钢潜水泵，将溶解池内氯化铵溶液提升至贮液池。
4 f! x3 m0 u0 v: {5 P$ ?（5）采用计量泵和电磁流量仪控制加药量。
（6）由超声波液位仪输出信号进行自动配液和提升，贮液池一用一备，自动切换。
（7）投加点设置为原水混水总管先加氯化铵，后加次氯酸钠。
' m# v) V% Q2 E3 p+ j. V% B3 |4.2配液及加药自动化控制
4.2.1配液
1 I5 ?/ a8 T) d& D6 N6 f氯化铵溶液按体积法配制，自来水稀释，溶液浓度的确定可根据仓库面积、贮液池容积及配液次数考虑。陆家嘴分厂溶解池有效容积为5m3，固体氯化铵质量分数为99.5%，配制溶液质量分数为6%，密度为1.02g/cm3，在配制过程中，边卸料边自来水稀释，水力溶解。氯化铵产品验收和配制溶液浓度检测按折算到有效氨氮成分作为检测标准。对每次配制后溶液进行化验得知溶液浓度准确，误差很小。氯化铵溶液pH为6.43，不会使加药管道产生堵塞。
溶解池内设液位仪（1台），液位仪发出低位信号报警时，人工切换至自动控制，水射器压力水电动阀自动打开，人工倒入氯化铵固体，进行水力混合稀释。
# m) R  F) [0 u2 S" y! w' P/ N溶液配制至高液位，液位仪发出高水位信号，关闭进水阀。
4.2.2自动进液
高架池内设液位仪（2台），低液位信号发出时，启用备用高架池，自动打开低液位高架池的进液电动阀，开启提升潜水泵，输液至低液位高架池。高架池液位上升至设定高液位，停提升潜水泵，关闭进液电动阀。
4.2.3自动投加
" o8 y/ d( P! p2 ~3 c滤前加氨：原水氨氮<0.5mg/L时，根据原水进水量和氨氮浓度，自动启动加氨程序。水厂加氨以滤前加氨为主。
% m. z3 o' \' p- D* {滤后加氨：当出厂水余氯低于1mg/L，沉后水氨氮<0.2mg/L，或原水水质发生重大变化时，可手动切换到滤后自动投加程序。
% J+ H$ B* e* B+ W+ b# p4.3氯化铵与液氯加注系统设备比较
4.3.1氯化铵
0 n( e1 g! Y  B2 k设备小型化，简单、轻便，设置提升泵、液位仪计量泵和流量仪，无需其他辅助设备。省略增压泵、水射器及仪表检测等，直接液体投加。
4.3.2液氯
! ]! `+ j' m2 E0 I0 Z设备复杂，安全性要求高，主要包括起吊设备、称重地上衡、漏氨探头、氨源切换装置、真空加氨机、水射器及增压泵等。投加方式为真空加氨。
. T- d/ K% u5 \) N9 a在液氨投加系统中，存在水射器喉口结垢堵塞的问题，给水厂一般通过加氯、加氨水射器切换的方式进行酸洗。当加氯改为次氯酸钠时，结垢问题无法直接通过加氯酸洗解决。替代方案有：对水射器压力水源水进行软化处理，但存在设备复杂、耗水耗能、成本高等问题；或水射器改为气射器，则需配置空气压缩机提供气源，能耗高，安全系数低，一旦发生意外氨气泄漏，影响范围广，风险大，不适用于城市中心区域给水厂加氨方式。
4.4生产运行情况
6 B$ ~' U8 L9 K* |- F4.4.1氯化铵加药量
8 X/ U8 J- J! c. }( o根据原水氨氮浓度控制氯化铵加药量，当上游原水氨氮低于0.5mg/L时，投加氯化铵至原水中氨氮为0.5mg/L左右。当原水氨氮大于0.5mg/L时，停止投加氯化铵。氯化铵投加周期为每年8个月左右。
原水氨氮低于0.5mg/L时，根据耗氯试验搅拌试验确定合理的氯化铵投加量。由生产数据得知，氯化铵投加系统在夏季运行的3个月中，原水平均氨氮为0.06mg/L，氯化铵平均加药量为1.52mg/L。氯化铵搅拌试验结果见表3。

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( a! t- a% @* _1 H1 S) ~4.4.2次氯酸钠加药量
按照原水中氨氮浓度，以有效氯和氨氮之比4: 1投加。当原水平均氨氮为0.05~0.1mg/L时，生产中次氯酸钠平均投加量为2.42mg/L左右。
4.4.3投加效果比较
采用氯化铵投加，水中氨氮值控制稳定，液体投加直接生成有效氨氮，消耗量小。出厂余氯可控，余氯波动幅度小，水质稳定。氨与氯化铵加注效果见表4和表5。
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& ^) I9 R  e) ]  @+ m1 Q4.4.4氯化铵和氨气的成本分析（消毒剂为次氯酸钠）
全年氨与氯铵原料平均进价之比为1: 3.2（单价之比为3470元/t: 4000元/ t）。
陆家嘴分厂：全年氯化铵原料成本高于氨气8.36万元，每m3水氯化铵比氨气原料成本增加约0.0026元，核定全年平均加注总成本为3.78元/103m3。
4 [, {+ K0 P2 s8 Y: w& V考虑能耗和固定资产折旧，水射器真空加氨的制水成本高于加氯化铵的成本，经总成本核算氯化铵要低于氨气投加成本。加注成本对比见表6。

5结论
无论从节能节水和制水成本方面，还是安全环保和水质方面，氯化铵比氨瓶更明显地体现出安全、环保、节能、优质供水的优势，符合节能减排、可持续发展的产业方向。随着城市发展和人们对公共安全的日益重视，氯化铵在给水厂消毒中会得到越来越多的推广和应用。
  o# _8 a8 r7 y, C* k4 u9 F% [（1）给水厂使用氯化铵替代液氨，消除了液氨在运输、使用中泄漏的风险，有力地保障了城市公共安全。
（2）采用氯化铵加注系统，解决了液氨投加系统运行中水射器结垢的问题，并简化了运行工人的操作步骤。
（3）氯化铵原材料成本比液氨增加2.6元/103m3，但氯化铵设施造价低，且能耗、设备折旧费和维护费大大低于液氨，因此氯化铵总制水成本
6 f. _6 C6 i; M, ~+ f' x% ?低于液氨。
（4）氯化铵系统占地面积小，仅占氨库面积的1/3。陆家嘴分厂氯化铵加注设施总面积为50m2，居家桥分厂为80m2。
作者：张丽丽 张群 陈志平 上海浦东威立雅自来水有限公司
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