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中国科技期刊数据库 工业 A 125 次氯酸钠消毒系统的自控改造与应用 尹 军 王瑞雨 付 龙 青岛市海润自来水集团有限公司，山东 青岛 266000 摘要：摘要：次氯酸钠是一种高效、广谱、无残留的消毒剂，能有效杀灭细菌、病毒、芽孢和真菌。主要用于医院、宾馆、食品加工、食品饮料生产等行业。次氯酸钠消毒剂具有非常强的氧化性和还原性，对设备具有很强的腐蚀性，所以必须使用专门的装置和方法进行储存和运输。使用时需要将溶液稀释到一定浓度，再通过特定的消毒装置来达到消毒效果，这样才能有效杀灭细菌。本文就次氯酸钠消毒系统及其自控改造进行简要阐述。关键词：关键词：次氯酸钠；消毒系统；自控改造；应用 中图分类号：中图分类号：TU991 0 引言 次氯酸钠消毒技术是利用电解水制取次氯酸钠溶液，将溶液在一定条件下发生氧化还原反应，生成氯气和氧气。这个过程中的核心就是电解质。在碱性溶液中，次氯酸钠被电解产生氯气和氧气。将这两种气体通入消毒水中，从而达到杀菌消毒的目的。在此过程中，溶液中的氯、氧浓度也会发生变化，从而改变了消毒剂的性质，并最终使消毒效果得到改善。1 次氯酸钠消毒系统及其消毒原理（1）次氯酸钠消毒系统。次氯酸钠是一种高效的消毒剂，它以水溶液形式存在，无色无味，易溶于水，与水反应后生成次氯酸和氯气。它具有良好的杀菌作用，在常温、常压下可杀灭多种微生物、病毒和芽孢。因此，次氯酸钠是目前世界上应用最为广泛的一种消毒剂。水厂的次氯酸钠消毒系统一般由加药设备、加药控制系统和加药计量装置组成。在水厂常规加氯系统中，消毒系统采用人工投加方式，在该方式中由于存在加药量不准、投加不均匀和受人为因素影响大等问题，且投加量由工作人员根据水质情况进行调节，对出水水质影响较大。因此，水厂普遍采用自动控制系统进行次氯酸钠自动投加。自动控制系统一般由多个相互独立的控制单元构成。在水厂的次氯酸钠消毒系统中，采用一套独立的控制单元对各加药泵和加氯设备进行控制和监测，将各设备的运行情况反馈给上位计算机并做出相应的判断。当加药泵故障或加氯量偏差较大时，控制单元能够及时报警提示并启动备用泵，从而保证正常加药；当投加量偏差较大时，控制单元能够自动调整加药设备和投加量来达到均衡水质的目的。（2）消毒原理。次氯酸钠是一种强氧化剂，在溶液中分解出 ClO 和 OH 两种原子氧。ClO 是次氯酸钠的主要成分，它是一种强氧化剂，可以破坏细菌和病毒的细胞膜结构，使其失去活性，从而杀死细菌和病毒。OH 可以与细菌的 DNA、RNA 结合，将细菌、病毒等微生物的 DNA、RNA 氧化并破坏其内部结构，导致细菌、病毒死亡。次氯酸钠消毒的原理是通过氧化作用来达到杀菌目的。次氯酸钠能够分解出次氯酸，次氯酸是一种弱酸，它可以和水中的有机物发生反应生成次氯酸根离子。由于次氯酸具有很强的氧化性，因此它能够氧化水中的有机物和无机物，将其氧化成小分子物质或水分子。当这种小分子物质和微生物细胞膜接触后会与其发生反应，使其失去活性和功能，导致细菌、病毒等微生物死亡。次氯酸钠的消毒效果主要取决于其浓度、接触时间以及接触面积等因素。通常情况下，次氯酸钠与水发生反应时，其反应速率为 1 mol/L/s（摩尔每秒）。由于溶液中的 ClO 浓度较低，因此反应速率相对较快。当反应发生时，会产生大量氧气和热量。因此，在处理过程中必须保证溶液中 ClO 浓度较高、接触时间足够长以及接触面积足够大。通常情况下，次氯酸钠消毒的控制原理是通过检测出水水质中的 ClO 浓度和接触时间来进行控制。当水质中 ClO浓度较高时，消毒效果会受到影响。当水质中 ClO 浓度较低时，杀菌效果会变得更好。当接触时间足够长时，杀菌效果将会得到保证。当接触面积足够大时，杀菌效果将会得到提高。在实际控制过程中必须根据实际情况来进行调整和控制。在次氯酸钠消毒系统中中国科技期刊数据库 工业 A 126 通过对 pH 值和溶解氧进行调节来提高杀菌效果。pH 值是影响次氯酸钠消毒系统的一个重要因素。通常情况下，次氯酸钠溶液在 pH 值为 7 时能够保持稳定的状态，此时杀菌效果最好。如果水中含有有机物或其他杂质时会导致 pH 值发生变化，此时必须通过调节次氯酸钠溶液的 pH 值来确保杀菌效果。同时，还需要保持溶解氧在一定范围内，这样才能保证溶解氧能够满足消毒效果的需要。另外还需要在次氯酸钠溶液中添加一些助剂来提高溶液的稳定性。在实际控制过程中要保证次氯酸钠溶液具有较高的溶解氧浓度和较低的 pH 值，这样才能保证溶液具有较高的稳定性。通常情况下次氯酸钠溶液中溶解氧浓度和 pH 值是影响次氯酸钠消毒系统应用效果的主要因素之一。溶解氧可以直接影响消毒效果。通常情况下在溶液中加入少量的助剂可以提高次氯酸钠溶液中溶解氧浓度和 pH值，这样可以提高杀菌效果。但是助剂过量时会影响次氯酸钠消毒系统的稳定性和可靠性；过量的助剂还会增加次氯酸钠溶液成本；因此在实际控制过程中要根据实际情况来选择合适的助剂浓度和用量。2 自控改造内容及改造效果（1）改造内容。1）系统的控制方式。本次改造在次氯酸钠消毒系统原有控制方式基础上，增加了在线测量水位、液位、流量、温度和浓度等参数的自动控制。改造后的次氯酸钠消毒系统，可以实现自动连续投加和自动排液功能，而且还可以根据不同的使用要求实现远程控制和集中控制。可以利用工业以太网技术实现上位机监控，同时还可以对次氯酸钠的投加进行远程操作和控制。此外，还可以在现场设置仪表的就地显示和操作按钮。现场仪表具有高精度、大范围和大容量等特点，而且还具有数字量输入、数字量输出、继电器输出等多种输入和输出形式，而且还具有丰富的数字接口，可方便地与其他 PLC、工控机等外部设备相连，从而实现现场的集中控制。本 次 改 造 采 用 了 SIMOVERT公 司 生 产 的 SIMATICS7 系列智能仪表作为现场设备控制设备，通过传感器来检测次氯酸钠溶液的浓度。通过上位机对其进行调节和控制，确保次氯酸钠溶液在设定浓度时能够及时投入使用。另外还可以设置自动排液功能，当现场的次氯酸钠溶液浓度低于设定浓度时，自动排液功能会启动进行排液工作。上位机可以实时的显示次氯酸钠溶液浓度和系统运行情况，同时也可以将这些数据信息传输给上位机中的相关软件进行分析处理。在上位机中设置相关的 IP 地址和网关地址等信息，再将这些信息通过以太网传输给 PLC 系统中的相关软件进行处理，最终实现数据信息传输和管理等功能。通过工业以太网通讯方式将上位机系统与 PLC 系统进行连接，实现对次氯酸钠溶液浓度和系统运行情况等数据信息的实时监测和远程控制。通过 SIMATICS7 系列智能仪表与上位机系统进行通讯，通过 SIMATICS7 系列智能仪表将现场设备运行情况等数据信息上传到上位机中。另外还可以将这些数据信息传输给上位机中的相关软件进行处理和分析。2）系统的通信方式。在本次改造中，选择了工业以太网作为系统的通信方式。这种通信方式可以通过交换机将 PLC 系统和上位机系统连接在一起，实现高效的数据传输和通信。为了实现上位机和 PLC 系统之间的连接，使用了通讯电缆。这些电缆通过连接上位机和PLC系统的端口，确保数据的快速传输和稳定性。在上位机和 PLC 系统之间的通信过程中，采用了 RS485总线。RS485 总线是一种常用的工业通信协议，具有高可靠性和抗干扰能力。通过 RS485 总线，上位机可以与 PLC 系统进行远程监控和数据交换。为了方便管理人员对设备进行远程操作和监控，选择了组态软件作为上位机的控制界面。这种软件可以提供直观的用户界面，使管理人员可以轻松地操作和监控设备的状态。通过组态软件，管理人员可以实时查看设备的数据、进行参数设置和故障诊断等操作。（2）改造效果。自控改造后，次氯酸钠发生器和管道阀门等关键设备均安装了现场控制箱，实现了系统的就地控制。次氯酸钠发生器的输出控制和流量自动调节通过 PLC 进行，实现了系统的自动控制。次氯酸钠投加量通过 PLC 对投加量进行调节，同时根据液位传感器检测到的液位信号（液位设定值或实际液位）调整投加剂量，提高了投加精度。根据水厂实际生产情况和加氯工艺要求，自动调节次氯酸钠投加量，提高了系统运行效率和运行的稳定性。在线仪表显示实时数据通过 PLC 和上位机实现，每隔 10 分钟记录一次在线仪表数据，并由 PLC 输出控制信号。同时将每小时的流量记录、液位记录、报警记录、历史曲线等数据存入数据库中。生产管理人员通过对在线仪表的监控和历史曲线的查询可以方便地掌握各设备的运行状中国科技期刊数据库 工业 A 127 态和各指标数据的变化规律。在整个自控改造过程中，所有的 PLC 全部采用国产品牌产品。对生产过程中的自动控制方案进行优化设计，提高了系统运行效率。系统采用计算机监控系统（DCS）作为运行管理平台，实现了生产管理与控制的一体化。该自控改造工程完成后，将次氯酸钠消毒系统改造成自动控制系统，解决了投加量不能根据工艺要求进行调节的问题。系统建成后经实践运行表明，该自控改造工程达到了预期目的，可为其他同类水厂次氯酸钠消毒系统自控改造提供参考。3 次氯酸钠消毒剂在城市供水行业的应用 在城市供水行业中，通常使用的消毒方法有：臭氧、氯化消毒、液氯消毒等，其中，氯作为主要的消毒剂，使用最为广泛。但是，氯气具有极强的氧化性和腐蚀性，会对城市供水管道和设备产生严重的腐蚀作用。因此，一般情况下，供水企业不会直接采用氯气消毒。我国 生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）对饮用水中微生物指标的规定：每升水中不得含有 10 mg/L 以上的细菌芽孢和致病菌。目前，我国自来水厂一般采用二氧化氯或臭氧作为消毒剂。在城市供水行业中，氯气作为主要的消毒剂，使用最多。但由于氯容易挥发，对环境造成污染；同时也会产生一定量的三氯甲烷等致癌物质，不符合国家生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）中关于“生活饮用水不得检出三氯甲烷”的规定。同时由于城市供水管网具有很强的区域性和结构性特点，管网中往往存在着二次污染和交叉污染等问题。因此，必须要对自来水进行深度处理和消毒。由于目前我国自来水厂采用的都是混凝沉淀工艺，无法对管网中存在的三氯甲烷等致癌物质进行去除。而次氯酸钠消毒剂具有很强的氧化能力和还原能力，能有效去除管网中存在的三氯甲烷等致癌物质，具有良好的消毒效果。以次氯酸钠为例，其配制方法为：取定量的氢氧化钠溶于水中后，加入一定量浓度为 0.3-0.5mgL-1 次氯酸钠溶液。然后用清水稀释至一定浓度后即可使用。目前在城市供水行业中通常采用两种消毒方法：一种是氯消毒；另一种是二氧化氯消毒。这两种方法都具有一定的局限性：一是氯容易挥发，不能直接应用于供水管网中；二是二氧化氯不能去除管网中存在的三氯甲烷等致癌物质。在城市供水行业中使用次氯酸钠消毒剂具有以下几个优势：首先次氯酸钠消毒过程简单、操作方便、投加量低、安全性高、使用寿命长；其次次氯酸钠消毒方法对管网中存在的三氯甲烷等致癌物质具有去除作用；第三次氯酸钠消毒方法还能有效去除管网中存在的细菌、病毒和芽孢等微生物。4 结语 综上所述，次氯酸钠消毒技术是一项先进的消毒剂，能够有效地消灭水体中的细菌、病毒，对改善水质起到积极地作用。该技术在实际应用中存在着很多问题，如：消毒剂泄漏、管道堵塞等，这些问题的存在严重影响了次氯酸钠消毒系统的正常运行，因此对其进行有效的控制和改造是非常必要的。通过对次氯酸钠消毒系统进行自动化控制和改造，能够使该系统更好地适应生产要求，使次氯酸钠消毒效果得到改善。通过对次氯酸钠消毒系统进行自控改造，能够有效地解决存在的问题，使其正常运行，为企业创造更多的经济效益。同时还能为国家节约大量的资源，减轻环境污染。参考文献 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