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在制藥用水系統(tǒng)中，化學加藥是必不可缺的組成單元，良好的加藥裝置設計不僅是系統(tǒng)保持長期高效運行的基礎，也是工藝性能達標的重要保障（圖1）。通常情況下，化學加藥單元被設計在前處理系統(tǒng)中，其中包括原水罐、原水輸送泵、多介質過濾器或超濾、活性炭過濾器、軟化器、保安過濾器、RO高壓泵、RO等處理單元。

純化水機常采用市政水地表水或地下水為源水，水質本身是比較穩(wěn)定的，而為了提高后續(xù)去離子單元的處理效率，必要的化學品被投加到前處理中以達到某種的處理目的。常用的化學藥劑為混凝劑PAC（聚合氯化鋁）、消毒劑NaClO（次氯酸鈉）、還原劑NaHSO₃（亞硫酸氫鈉）、苛性鈉NaOH（氫氧化鈉）等?；瘜W藥劑的化學特性和詳細說明可以查詢相關的化學品安全說明書（material safety data sheet，MSDS）。

圖1 加藥裝置

聚合氯化鋁是一種無機高分子混凝劑，又被簡稱為聚鋁，英文縮寫為PAC（Poly aluminum Chloride）。PAC是一種由氫氧根離子的架橋作用和多價陰離子的聚合作用而生產的分子量較大、電荷較高的無機高分子水處理藥劑。

化學通式為[Al₂(OH)nCl₆-n]m其中m代表聚合程度，n表示PAC產品的中性程度。PAC的凈化原理主要通過壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網捕等機理作用，使水中細微懸浮粒子和膠體離子脫穩(wěn)，聚集、絮凝、混凝、沉淀，達到凈化處理效果。

在制藥用水系統(tǒng)中，為了提高過濾單元的處理性能，通常在過濾單元入口設置PAC加藥。PAC常以10%濃度的液體化學桶提供，靠操作者定期添加至現場的PAC加藥箱中，再由電動隔膜泵以0.1-2ppm的濃度投加至過濾單元入口的管道。

考慮到藥廠對于細菌的控制和藥劑的穩(wěn)定性，PAC加藥箱的設計容量一般為小于2周，建議配置管道式靜態(tài)混合器，以提高PAC與原水混合的效率，混合器的設計應考慮藥劑的粘度、密度、液體的流速和壓力等因素。

具體的投加濃度需視原水水質情況而定，過低的PAC濃度不能起到有效凈化水體的功能；然而過高的濃度同樣會污染水體，堵塞過濾單元，導致水箱和管道的染污、過濾單元頻繁清洗、甚至更換介質或膜組件。如果前處理單元是設計成連續(xù)循環(huán)運行，那么在用水量較小的情況下，需要注意長期循環(huán)會導致PAC累積濃度過高。

通常，過濾單元出口SDI小于4時可認為過濾效果良好（圖2）。對于PAC加藥的控制，可以選擇手動調節(jié)頻率或自動調節(jié)頻率的隔膜泵，前者適用于流量穩(wěn)定的系統(tǒng)，經濟實惠；而后者可以設計成與進水流量計進行連鎖，對于流量波動實時調節(jié)加藥泵的頻率，從而實現穩(wěn)定濃度的投加。

圖2 PAC加藥與SDI測試點示例

次氯酸鈉（NaClO）溶液是含氯消毒劑的一種，它是一種強氧化劑，其投入水中會立即消解形成次氯酸（HClO）和次氯酸根（ClO^-），這兩種化學物質是NaClO溶液主要的殺菌成分，其不僅可與細胞壁發(fā)生作用，且因分子小、不帶電荷，能侵入到細胞內與蛋白質發(fā)生氧化作用或破壞磷酸脫氫酶，使細胞代謝失調而死亡。

次氯酸鈉溶液以其應用廣泛、消毒效果高效、具有較長的消毒持續(xù)時間、成本低等優(yōu)點被廣泛的制藥水處理系統(tǒng)所接受。次氯酸鈉溶液以10%濃度的液體化學桶提供，靠操作者定期添加至現場的加藥箱中，再由電動隔膜泵以一定的濃度投加至前處理系統(tǒng)中。

考慮到藥廠對于細菌的控制和藥劑的穩(wěn)定性，現場加藥箱的設計容量一般為小于2周。建議配置管道式靜態(tài)混合器，以提高次氯酸鈉溶液與原水混合的效率，混合器的設計應考慮藥劑的粘度、密度、液體的流速和壓力等因素。次氯酸鈉溶液的加藥量視投計投加位置、原水水質和現場調試驗證而定，通常情況下，如果自來水供水余氯濃度小于0.3ppm時就可以考慮次氯酸鈉溶液加藥系統(tǒng)。

次氯酸鈉溶液投加量一般與后續(xù)的余氯傳感器進行PID連鎖控制。濃度控制在0.3~0.5ppm，因為過低的濃度會有微生物滋生的風險，然而過高的濃度會導致后續(xù)還原劑（亞硫酸氫鈉溶液）過多的消耗，甚至氧化RO。在原水箱出口或原水泵出口也需要配置余氯傳感器以監(jiān)視余氯濃度，此處余氯濃度一般控制在不低于0.3ppm（圖3）。

圖3次氯酸鈉溶液加藥示例

余氯傳感器主要采用電極傳感器，通過余氯選擇性透過膜，與工作電極、電解液和參比電極形成一個與余氯濃度成正比的信號，以測量水體中余氯的含量，單位ppm或mg/L。

余氯傳感器采用旁路測量的方式安裝在系統(tǒng)中，取樣流量需確保恒定，大概為30 l/h。其測量與介質的溫度和PH值密切相關，余氯電極傳感器采用內置溫度補償，使測量信號不受水體的溫度影響，運用三電極技術，有效地降低pH的依賴性，在pH4～9的范圍內表現出良好的線性關系，取樣流量可通過光學流量開關得以監(jiān)視。

ORP（Oxidation-Reduction Potential）氧化還原電位代表水體氧化性或還原性的相對程度，由于余氯具有強氧化性，故將其引入系統(tǒng)中后ORP值會相應地升高。ORP傳感器采用玻璃電極，根據水體的氧化或還原程度，在參比電極和工作電極之間產生相應的電勢差，這個電勢差就是ORP值，單位為mV。

RO膜廠家會建議RO進膜的最大余氯濃度（一般不高于0.1ppm），超過此濃度，會嚴重影響RO膜的性能和壽命，故NaHSO₃（亞硫酸氫鈉）溶液作為水體中余氯的還原劑，常被用于制藥用水系統(tǒng)中。

亞硫酸氫鈉溶液以10%濃度的液體化學桶提供，靠操作者定期添加至現場的加藥箱中，再由電動隔膜泵以一定的濃度投加至系統(tǒng)中。由于亞硫酸氫鈉溶液不穩(wěn)定，且若水中存在硫還原菌，亞硫酸會成為細菌營養(yǎng)幫組細菌的滋生，故現場加藥箱的設計容量不宜過大建議為1周以內。對于投加位置，一般選擇在保安過濾器進口，配合管道混合器使用最佳，這是為了保證亞硫酸氫鈉溶液與水體中的余氯有充分的反應時間，這也能有效的防止因為藥劑帶來的雜質對RO的影響。

RO膜的除鹽效率是受pH影響，在pH較低時，水體中的HCO₃^-和CO₃^2-會轉換為CO₂的形式存在，由于RO膜對氣體幾乎沒有過濾能力，所以水體中的CO₂會透過RO膜，從而對純水的電導率產生影響。NaOH（氫氧化鈉）溶液的投加是為了適當地提高水體的pH值，從而使CO₂轉換成HCO₃^-和CO₃^2-離子，這樣，RO膜就能夠將之去除。

通常情況下，控制RO進口的pH值在7.5～8.5之間會實現較為理想的除鹽率。NaOH溶液常用于RO系統(tǒng)的加藥，以提升RO進水的pH值。NaOH常以兩種形式添加至現場加藥箱，一種為固體NaOH，另一種為10%濃度的NaOH溶液，前者需按稀釋量，以10%的濃度投加至現場的加藥箱中；后者以液體化學桶提供，靠操作者定期添加，以電動隔膜泵投加至系統(tǒng)中。

現場加藥箱的設計容量建議為2周左右，NaOH溶液的投加位置一般位于保安過濾器進口，配合管道混合器使用最佳，這是為了保證氫氧化鈉溶液與水體中有充分的反應，也能有效的防止因為藥劑帶來的雜質對RO的影響。

在管道混合器后安裝pH傳感器，以PID對加藥泵作連續(xù)控制，也有設計者將加藥點和pH安裝選擇在RO濃水回流管上，由于RO濃水流量比較穩(wěn)定，這種形式也能取得較好的效果。然而，pH投加過量（如pH>9.5）也會引起RO結垢的風險，故一般設定pH 9.5為RO報警。

隨著科技的發(fā)展，加藥操作所需的在線傳感器種類日益增多，多通道變送器的出現為制藥用水系統(tǒng)中多種水質參數的控制提供了更加簡潔和靈活的設計。圖4是專為加藥單元配置的多通道變送器，具有定時投加和批量投加功能。

加藥單元的多通道變送器由一個標準主板與多塊可擴展模塊（電導率、PH/ORP、輸出和輸入模塊）組成，幾乎涵蓋常規(guī)純化水制備過程中的各種傳感器，包括輸出流量脈沖、pH/ORP、電導率等原始信號傳感器，以及輸出標準模擬信號傳感器（壓力、液位、余氯等）。