次氯酸鈉廣泛運(yùn)用于給水、排水工程及其它領(lǐng)域之中，可以進(jìn)行消毒、漂白、助凝、抑制絲狀菌、洗膜等等，作為一篇科普+專業(yè)類文章，本文從次鈉的自身性質(zhì)及作用機(jī)理談起，方方面面討論一下次鈉。
一、次氯酸鈉的性質(zhì)
次氯酸鈉是一種無(wú)機(jī)物，分子式為NaClO，在沒(méi)有作為廣泛的水類消毒劑之前，廣泛用于漂白、消毒中，近幾年來(lái)，隨著氯氣及二氧化氯的弊端漸露，采用次鈉消毒大有取代了氯氣及二氧化氯消毒趨勢(shì)，成為水處理消毒的主流消毒工藝。
次氯酸鈉消毒液一般成微黃色液體，顏色和二氧化氯溶液差不多，溶液隨著次鈉濃度的增加，黃色漸深，一般含量在13%的濃度達(dá)到極限，再高會(huì)有不少結(jié)晶析出，次鈉屬于強(qiáng)堿弱酸鹽，見光、遇熱均容易分解，生成氯化鈉和氧氣，此外次鈉屬于?；罚?%以上溶液），但等級(jí)不高，在《危險(xiǎn)化學(xué)品名錄（2015版）》中：次氯酸鈉溶液[含有效氯＞5%]的危險(xiǎn)貨物編號(hào)是：83501；別名：漂白水；UN號(hào)：1791；CAS號(hào)：7681-52-9。
二、次氯酸鈉的作用
1、消毒作用
消毒作用是次鈉的最主要的作用之一，作為氯類消毒劑，其消毒機(jī)理和氯氣基本相同，主流認(rèn)為有以下兩種：
其一是次氯酸鈉在水中水解成次氯酸：
NaC1O+H2O=NaOH+HC1O
HClO =HCl+{O}
而后次氯酸分解生成新生態(tài)氧，生態(tài)氧的極強(qiáng)氧化性使菌體和病毒的蛋白質(zhì)變性，從而使病源微生物致死;
其二是認(rèn)為次氯酸不僅可與細(xì)胞壁發(fā)生作用，且因分子小，不帶電荷所以可以侵入細(xì)胞內(nèi)與蛋白質(zhì)發(fā)生氧化作用，破壞其磷酸脫氫酶，使得其糖代謝失調(diào)死亡：
R-NH-R+HC1O=RNC+H2O
個(gè)人認(rèn)為，兩種反應(yīng)應(yīng)該都有作用。
在作為給水消毒劑的時(shí)候，一般后加氯投加量可以在2mg/l有效氯左右，而前加氯視原水特點(diǎn)而定，前后加氯量最好進(jìn)行小試實(shí)驗(yàn)，如果遇到水中有氨氮的時(shí)候，會(huì)發(fā)生折點(diǎn)加氯效應(yīng)，更應(yīng)該進(jìn)行小試實(shí)驗(yàn)進(jìn)行投加。
次鈉的投加點(diǎn)可以有多個(gè)，一般設(shè)置在配水井、出水跌落井、消毒專用混合井等利于次鈉混合的地方，接觸時(shí)間不得小于30分鐘，但一些廠將次鈉投加點(diǎn)設(shè)置在濾池進(jìn)水端，認(rèn)為定量投加可以有利于濾砂的反洗，我個(gè)人是不推薦的，因?yàn)榇吴c的投加將破壞濾砂的生物作用，削弱濾砂的過(guò)濾效果，且影響后續(xù)投加的計(jì)量計(jì)算。
在作為污水的消毒劑的時(shí)候，投加量一般是自來(lái)水消毒的3~7倍，實(shí)際投加量也應(yīng)以小試實(shí)驗(yàn)作為指導(dǎo)；投加點(diǎn)一般設(shè)置在總出水點(diǎn)，如深床濾池出水處，生物濾池出水處，也可以設(shè)置在二沉池的出水處，并設(shè)置專門的清水池容納消毒后的水體，現(xiàn)階段，次鈉消毒多用在有深度處理的水廠，而沒(méi)有深度處理的水廠由于執(zhí)行排放標(biāo)準(zhǔn)較低，較少使用。
由于次鈉也是屬于氯類消毒劑，其消毒機(jī)理也和氯氣一樣，所以副產(chǎn)物基本也和氯氣一樣，主要會(huì)產(chǎn)生一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、三鹵甲烷、三溴甲烷等等，產(chǎn)生計(jì)量和投加量成正比例關(guān)系，但是值得注意的是，次鈉產(chǎn)生這些消毒副產(chǎn)物的量要比氯氣要少得多，所以相對(duì)氯氣來(lái)水，次鈉消毒又是較為安全的，需要主要的是，次鈉消毒還會(huì)產(chǎn)生二氧化氯消毒特有的消毒副產(chǎn)物，氯酸鹽及亞氯酸鹽，主要原因其實(shí)和次鈉本身沒(méi)有太大關(guān)系，主要還是由于久置后分解反應(yīng)和歧化反應(yīng)產(chǎn)生，其產(chǎn)生機(jī)理為：
分解反應(yīng)：2NaC1O=2NaC1+O2
歧化反應(yīng)：3NaC1O=2NaC1+NaC1O3
反應(yīng)過(guò)程中實(shí)際上氯酸鹽是亞氯酸鹽進(jìn)一步氧化得到，這里就不多論述了。
影響消毒效果的主要有PH、水溫、接觸時(shí)間、濁度、加氯量幾項(xiàng)，加氯量很好理解，投加量越大消毒效果越好，但給水中需要考慮出水的性狀及副產(chǎn)物，所以投加量不宜過(guò)大，而渾濁度也好理解，水中雜質(zhì)越多，消耗的加氯量越大，所以投加點(diǎn)一般放在濾后的原因就在于此。而PH主要影響的是次鈉水解后生成次氯酸的多少，一般PH越高效果越差，一般不宜超過(guò)7.5，接觸時(shí)間前文已有論述，此處不再論述；水溫主要體現(xiàn)在影響余氯的損耗上，水溫越高余氯的損耗速度越快，但水溫越高殺毒效果也越好，此項(xiàng)一般不需特別調(diào)整，大部分地區(qū)的常溫即可。
2、氧化助凝、除藻及除鐵錳的作用
氯類消毒劑由于強(qiáng)氧化性，幾乎都有助凝的作用，助凝作用在給水中用的較多，在污水中使用的較少。含藻類原水是我國(guó)常見的原水類型，藻類本身及其代謝產(chǎn)物帶負(fù)電荷不容易被混凝去除，同時(shí)也會(huì)于水中的金屬離子絡(luò)合穿透濾池影響出水水質(zhì)，而且藻類吸附力極強(qiáng)，會(huì)粘附在濾池表面影響過(guò)濾效果，縮短濾池壽命，而加氯對(duì)藻類有抑制和滅除作用，從而改善后期混凝效果。從實(shí)際上來(lái)看，無(wú)論是氯氣還是次鈉，對(duì)藻類的去除效果還是比較有限的，比臭氧及高錳酸鉀要弱，而且由于投加量有限制，所以在高藻類的地區(qū)建議還是以高錳酸鉀或者臭氧結(jié)合氣浮去除藻類。次鈉還有一個(gè)作用就是氧化鐵錳類物質(zhì)起到后去絮凝沉淀去除的作用，但是實(shí)際上和藻類一樣，次鈉氧化鐵錳的能力很弱，而且對(duì)PH的要求比較高，比他哥們二氧化氯要弱很多，所以在錳鐵超標(biāo)的地方建議采用高錳酸鉀預(yù)氧化去除鐵錳。
3、脫色及漂白的作用
次鈉的脫色作用主要是由于其有氧化性的作用，一般需要和混凝沉淀合用，次鈉的脫色作用主要也是展現(xiàn)在對(duì)有色物質(zhì)的氧化上，比如對(duì)將水中鐵從二價(jià)氧化為三價(jià)，然后通過(guò)混凝將三價(jià)鐵沉淀下來(lái)，完成水體脫色，或者將水體中一些帶顏色的有機(jī)物氧化后混凝沉淀下來(lái)，起到脫色的作用。
而次鈉的漂白作用還是比較強(qiáng)的，筆者有幸在安裝次鈉設(shè)備的時(shí)候黃色襯衣被碰到，結(jié)果一大塊變成了不倫不類的黃白色，其基本作用機(jī)理很簡(jiǎn)單：
HClO =HCl+{O}
其中的新生態(tài)氧氣，具有很強(qiáng)的氧化性，能將不少有機(jī)染料發(fā)生作用，起到漂白的作用。
三、次鈉的制備
次氯酸鈉發(fā)生器的原理
次氯酸鈉發(fā)生器是一套由低濃度（2.5%-3.5%）食鹽水通過(guò)通電電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)以后生成次氯酸鈉溶液的裝置。其總反應(yīng)表達(dá)如下：
NaCl+H2O→NaClO+H2↑
電極反應(yīng)：
陽(yáng)極： 2Cl - 2e → Cl2
陰極： 2H + 2e → H2
溶液反應(yīng)： 2NaOH + Cl2 → NaCl+NaClO+H2O
次氯酸鈉發(fā)生器介紹
次氯酸鈉由電解稀鹽水制備。我司的次氯酸鈉發(fā)生器發(fā)生器由若干個(gè)系統(tǒng)組成，其中鹽水精制裝置、在線配比裝置、安全脫氫裝置、電解糟總成是我司發(fā)生器獨(dú)居特色的部分，也是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行一個(gè)重要前提。
軟水系統(tǒng):通內(nèi)置鈉型交換樹脂，可以與水中鈣鎂離子發(fā)生化學(xué)置換反應(yīng)，從而將鈣鎂離子吸附到樹脂上，運(yùn)行一段周期后通過(guò)濃鹽水進(jìn)行再生，樹脂重新吸附鈉離子并將鈣鎂離子置換到水中并排放，從而實(shí)現(xiàn)樹脂再生，軟水后的水用在系統(tǒng)中可以延長(zhǎng)電解槽的結(jié)垢周期，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，軟化后的水硬度要求低于25mg/L(以CaCO3計(jì))。
鹽水精制裝置:我司的鹽水精制裝置采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)工藝，軟水經(jīng)過(guò)鹽層后，再進(jìn)行過(guò)濾，這樣可以確保制備出的鹽水潔凈度高，并且氯化鈉濃度不低于300g/L。對(duì)于用鹽量大的系統(tǒng)我司設(shè)計(jì)的噸袋加鹽方式可以降低用戶的操作強(qiáng)度，方便運(yùn)行操作及維護(hù)。
稀鹽水配比裝置:電解過(guò)程中稀鹽水的濃度以及流態(tài)對(duì)于電解槽的效率有很大的影響，因此穩(wěn)定的稀鹽水配比及輸送裝置非常重要，我司稀鹽水配比裝置設(shè)置了鹽度計(jì)和流量計(jì)，可以通過(guò)鹽度計(jì)的信號(hào)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)飽和鹽水流量，以確保進(jìn)入電解槽的稀鹽水鹽度穩(wěn)定在25-30g/L,同時(shí)我司的稀鹽水采用多通道進(jìn)水，這樣可以確保稀鹽水的均勻性，從而為發(fā)生器的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的保障。
安全脫氧裝置:次氯酸鈉發(fā)生器電解會(huì)產(chǎn)生氫氣，因此脫氫工藝尤為重要，我司采用獨(dú)特的氣液分離系統(tǒng)以及兩級(jí)排氫工藝，大量的氫氣通過(guò)風(fēng)機(jī)直接稀釋進(jìn)行排放，少量的氫氣通過(guò)儲(chǔ)罐的正壓鼓風(fēng)進(jìn)行去除，同時(shí)設(shè)備間和儲(chǔ)罐設(shè)置了氫氣傳感器，脫氫管道設(shè)置風(fēng)壓傳感器，儲(chǔ)罐設(shè)置了防氫氣逸散裝置，通過(guò)多種工藝的結(jié)合控制，我司的脫氫裝置可以確保儲(chǔ)罐內(nèi)氫氣體積濃度低于0.4%，排放至室外的氫氣體積濃度低于1%，保證了系統(tǒng)的絕對(duì)安全性。
電解槽裝置:我司的電解槽常規(guī)采用透明聚乙烯制作而成，對(duì)氯氣和次氯酸鈉溶液耐腐蝕性優(yōu)于亞力克材質(zhì)，長(zhǎng)期運(yùn)行也能保持電解槽的透光性優(yōu)良。電解槽的陽(yáng)極表面采用MMO涂層技術(shù)，該涂層有優(yōu)良的耐電化學(xué)性，正常運(yùn)行條件下使用壽命可達(dá)8年以上，極板設(shè)置充足的間距確保氫氣不會(huì)在極間距累計(jì)，保證運(yùn)行過(guò)程中電解液的溫度處在適宜的范圍內(nèi)
四、次鈉的存儲(chǔ)與投加
近幾年來(lái)，隨著給水、排水工程的蓬勃發(fā)展，一些地區(qū)為生產(chǎn)次鈉自建化工城，制造有涉水許可證的成品次鈉，大部分地區(qū)依然還是遵循采用國(guó)標(biāo)(GB 19106-2013)要求的次鈉，使用成品次鈉好處很多，最大的優(yōu)點(diǎn)就是不用擔(dān)心“在自己廠里又建一個(gè)迷你化工廠的問(wèn)題”，而且成品次鈉一次性投資省，后期維護(hù)成本低，在擁有穩(wěn)定的貨源的和較低的運(yùn)費(fèi)的基礎(chǔ)上是首選。
值得注意的是，成品次鈉需要注意2個(gè)問(wèn)題：
1、衰減及存儲(chǔ)
一般來(lái)說(shuō)次鈉濃度越高衰減越快，根據(jù)作者自身的一些研究，成品次鈉衰減的罪魁禍?zhǔn)子?/span>2個(gè)，一個(gè)是紫外線，一個(gè)是溫度，一般來(lái)說(shuō)在遮光的室溫條件下10%成品次鈉衰減到5%在120天左右，再往下衰減速度陡然變慢，所以不少文章認(rèn)為稀釋成5%存放是可以的，實(shí)際上由于10%次鈉的稀釋需要軟水，而不少地區(qū)的自來(lái)水的硬度均在100以上，稀釋的時(shí)候會(huì)大量結(jié)垢，而水軟化需要上設(shè)備，所以一般建議10%成品次鈉在保存在7日左右用完，在短期用完還有一個(gè)好處就是可以減少氯酸鹽個(gè)亞氯酸鹽的產(chǎn)生。次鈉有腐蝕性和易分解性，所以在存儲(chǔ)中盡量采用遮光及耐腐蝕的材料保存，PE桶是個(gè)不錯(cuò)的選擇，在采用PE桶的時(shí)候，可以留有一個(gè)出氣的通道，預(yù)防積氣。
2、成品次鈉宜采用單獨(dú)投加
成品次鈉宜采用單獨(dú)投加而不要想二氧化氯那樣利用廠用水帶至投加點(diǎn)，因?yàn)檫@樣會(huì)使管道迅速結(jié)垢，反應(yīng)機(jī)理為：
NaClO有見光或遇熱分解的特性，在NaClO生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、投加的過(guò)程中，NaClO溶液分解 ，生成 NaOH 、NaC1和Na2CO3 等雜質(zhì)；反應(yīng)方程式如式(1)、(2)、(3)所示 ：
(1) NaClO+H2O=HClO+NaOH
(2) 2NaClO=2NaCl+O2
(3) 2NaOH+CO2=Na2CO3+H20
其中的CO32-及OH-隨著NaClO溶液的投加進(jìn)入加藥管道，CO32-及OH-與壓力水中的Mg2+及Ca2+發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生CaCO3沉淀。反應(yīng)方程式如式(4)、(5)、(6)所示 ：
（4）OH-+HCO3- —H2O+CO32-
（5）Ca2++CO32-—CaCO3
（6）Mg2++CO32-—MgCO3
所以投加的時(shí)候盡量采用原液投加，管道可以盡量采用CPVC或者UPVC管道，這些管道抗腐蝕能力均不錯(cuò)。
五、對(duì)采用次鈉來(lái)去除氨氮的看法
次鈉用來(lái)降低氨氮的化學(xué)反應(yīng)式為：
2NH3+3NaClO→N2↑+3H2O+3NaCl
實(shí)際上在常溫及中性的PH中，投加適量的次鈉溶液反應(yīng)基本上會(huì)進(jìn)行至三步，第三步也是自來(lái)水上常用的氯氨消毒法的一般原理，而要進(jìn)行到第五步反應(yīng)需要較為合適的PH、溫度的支持及大量投加次鈉來(lái)支持，根據(jù)相關(guān)研究，有效氯投加量（以Cl2計(jì)）與氨氮的量的比值在1.5:1的情況下能達(dá)到去除氨氮的最大效率，實(shí)際上，由于污水中的雜質(zhì)較多，渾濁度較高，大量的雜質(zhì)嚴(yán)重耗費(fèi)了次氯，所以一般次鈉投加量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止1.5:1。在氨氮超標(biāo)不高的情況下，采用次鈉投加去除氨氮，是可行的，但是一旦遇到超標(biāo)嚴(yán)重，采用次鈉來(lái)去除，成本太高，還帶來(lái)大量副產(chǎn)物，并不實(shí)用。
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