淺析二級(jí)泵站補(bǔ)充加氯保障措施

莊海峰，朱 濤

(上海金山新城自來(lái)水有限公司，上海 200540)

近年來(lái)，城市配水系統(tǒng)的水質(zhì)管理標(biāo)準(zhǔn)逐步提高，供水管網(wǎng)的余氯含量必須按標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制。當(dāng)城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)延伸長(zhǎng)、二級(jí)水庫(kù)泵站容積大、管網(wǎng)末梢余氯含量難以保證時(shí)，需要在二級(jí)泵站補(bǔ)充加氯，這樣既能保證管網(wǎng)末梢的余氯，又不至于使水廠管網(wǎng)余氯過(guò)高。

供水管網(wǎng)中二級(jí)泵站補(bǔ)加氯方式有多種，較為普遍采用投加次氯酸鈉作為后期補(bǔ)加氯的主要方式，而如何進(jìn)行定量補(bǔ)加氯是核心及關(guān)鍵點(diǎn)。補(bǔ)加氯效果的好壞取決于許多因素：水廠出廠剩余氨氮值、氯胺的衰減速度、管網(wǎng)末梢余氯維持量、二次供水設(shè)施對(duì)管網(wǎng)余氯的要求等。管網(wǎng)水質(zhì)在線儀表的分布以及水質(zhì)檢測(cè)頻率的增加為二級(jí)泵站定量投加次氯酸鈉操作提供了信息依據(jù)，進(jìn)一步指導(dǎo)了二級(jí)泵站補(bǔ)加氯的方向。

1 二級(jí)泵站運(yùn)行現(xiàn)狀

上海金山新城自來(lái)水有限公司供水水源由金山一水廠(海川公司)提供，金山一水廠同時(shí)還向區(qū)內(nèi)各個(gè)二級(jí)加壓泵站輸送自來(lái)水，二級(jí)加壓泵站向區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)居民及各工業(yè)區(qū)供水。

以山陽(yáng)龍宇路泵站(三泵)、石化街道泵站(五泵)為例，從金山一水廠(一級(jí)泵站)加壓后至山陽(yáng)泵站(二級(jí)泵站)過(guò)程中，DN1600給水管0.35 km，DN1400給水管6 km，DN1000給水管10 km。山陽(yáng)泵站至三泵站分成2根DN800給水管，各3 km。三泵站(二級(jí)泵站)距金山一水廠(一級(jí)泵站)管線總長(zhǎng)約19.35 km；三泵再向五泵清水庫(kù)供水，供水管線DN700長(zhǎng)約4.7 km，五泵是末梢二級(jí)泵站，五泵站距金山一水廠管線總長(zhǎng)約24.05 km。

金山一水廠經(jīng)深度處理工藝后的水質(zhì)情況較先前有了明顯的改善，同時(shí)，為進(jìn)一步改善出廠水的口感，出廠余氯由原先的1.6 mg/L降至1.1～1.2 mg/L。原水經(jīng)25 km左右長(zhǎng)距離管道輸送后，水體中的余氯衰減明顯，特別在夏季高溫時(shí)期，出廠水到達(dá)二級(jí)泵站的余氯只有0.5～0.7 mg/L，顯然不能滿足管網(wǎng)水的余氯要求。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，金山一水廠出廠余氯如果維持在1.2 mg/L左右，一級(jí)泵站至二級(jí)泵站余氯(氯胺)在夏季衰減約0.5～0.6 mg/L，其他季節(jié)在0.2 mg/L左右。因此，在夏季高溫時(shí)期，管網(wǎng)末梢和二次供水的余氯經(jīng)過(guò)2～3 d的消耗后，管網(wǎng)末梢維持或達(dá)到0.05 mg/L余氯量，余氯量明顯不足；二級(jí)泵站(三泵、五泵)都需要用次氯酸鈉進(jìn)行補(bǔ)加氯，提高供水管網(wǎng)中余氯的指標(biāo)，滿足管網(wǎng)末梢及二次供水設(shè)施、設(shè)備對(duì)余氯量的要求。

上海金山新城自來(lái)水有限公司根據(jù)管網(wǎng)在線余氯儀與化驗(yàn)室實(shí)測(cè)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)算，夏季高溫季節(jié)需補(bǔ)加氯約0.4～0.6 mg/L。

1.1 供水方式和加氯點(diǎn)位置

1.1.1 三泵站

三泵站采用水庫(kù)泵、管道泵直供和超越管直供3種供水方式。每天6∶00左右開始至當(dāng)天23∶30，由管道泵(有加氯點(diǎn))直供和水庫(kù)泵加壓(進(jìn)水庫(kù)有加氯、加氨點(diǎn)，出站有加氯點(diǎn))后對(duì)新城區(qū)、工業(yè)區(qū)供水；其余時(shí)段由于金山一水廠供水管道水壓滿足管網(wǎng)水壓要求，采用超越管直供城市管網(wǎng)，超越管閥門后設(shè)置加氯點(diǎn)。

1.1.2 五泵站

五泵站采用水庫(kù)泵供水方式。每天5∶30開始至當(dāng)天23∶45，由水庫(kù)泵加壓后(進(jìn)水庫(kù)有加氯、加氨點(diǎn)，出站吸水井有加氯點(diǎn))對(duì)石化南部城區(qū)供水；其余時(shí)段由于金山一水廠供水管道水壓和水量能滿足城區(qū)南部管網(wǎng)壓力與水量的要求，泵站可停止對(duì)外供水，清水庫(kù)仍保持200 t/h左右進(jìn)水量，繼續(xù)起到調(diào)節(jié)水量的作用。

1.2 藥劑儲(chǔ)存及投加方式

1.2.1 儲(chǔ)存設(shè)施

三泵有2座體積為6.56 m3的硫酸銨(5%)藥劑池和2座體積為6.34 m3的次氯酸鈉(10%)藥劑原液池和儲(chǔ)液池；五泵有2座體積為11.34 m3的硫酸銨(5%)藥劑池；2座體積為4.13 m3的次氯酸鈉(10%)藥劑原液池和儲(chǔ)液池。

1.2.2 投加設(shè)備

投加設(shè)備采用普羅門特公司(ProMinen Meta)隔膜泵，共計(jì)10臺(tái)，均為同一型號(hào)(S3CAH120145PVTB110WA00000)，出口壓力為10 Pa，最大流量為160 L/h。其中，五泵站次氯酸鈉隔膜變頻泵3臺(tái)，硫酸銨2臺(tái)；三泵站次氯酸鈉隔膜變頻泵3臺(tái)，硫酸銨2臺(tái)。

2 前期準(zhǔn)備工作

2.1 余氯控制

化驗(yàn)室及泵站操作人員密切關(guān)注進(jìn)出站、管網(wǎng)末梢余氯量，特別在夏季高溫季節(jié)，增加手工檢測(cè)頻次。結(jié)合分布在管網(wǎng)的在線余氯儀的檢測(cè)值，管網(wǎng)水質(zhì)變化情況及進(jìn)出站余氯衰減程度，及時(shí)反饋和更新余氯檢測(cè)數(shù)據(jù)，為二級(jí)泵站補(bǔ)加氯提供技術(shù)指導(dǎo)。

2.2 水質(zhì)三級(jí)預(yù)警應(yīng)急預(yù)案

2.2.1 補(bǔ)氯啟動(dòng)條件

當(dāng)在線儀表和人工檢測(cè)管網(wǎng)末梢余氯≤0.07 mg/L時(shí)，聯(lián)系管線科對(duì)該處管網(wǎng)水進(jìn)行排放，當(dāng)排放水余氯≥0.2 mg/L時(shí)，停止排放恢復(fù)正常供水；當(dāng)管網(wǎng)末梢水無(wú)法通過(guò)排放提高水中余氯且管網(wǎng)末梢余氯<0.05 mg/L時(shí)，采取泵站補(bǔ)加氯方式提高管網(wǎng)水余氯。

2.2.2 進(jìn)站氨氮值

在正式補(bǔ)加氯前，泵站管理及操作人員密切關(guān)注一水廠的進(jìn)站氨氮數(shù)值，后2 h檢測(cè)進(jìn)水氨氮<0.1 mg/L，則準(zhǔn)備執(zhí)行加氯、加氨操作；當(dāng)氨氮達(dá)到0.15～0.2 mg/L或以上時(shí)，可以按比例直接投加次氯酸鈉，以達(dá)到出廠水余氯0.8～1.00 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)。正式投加后，可每隔4 h檢測(cè)水體中的氨氮，合理調(diào)節(jié)加氯劑量，確保加氯在可控范圍內(nèi)。

2.2.3 管網(wǎng)余氯分布

觀測(cè)分布在供水管網(wǎng)各個(gè)位置上的在線余氯檢測(cè)值，結(jié)合手工檢測(cè)等措施，反饋給泵站，泵站對(duì)加氯量進(jìn)行合理的調(diào)整。二次供水設(shè)施處的余氯檢測(cè)值同時(shí)反饋給泵站，為泵站調(diào)節(jié)加氯量提供準(zhǔn)確依據(jù)。

2.3 次氯酸鈉的配置

如直接投加10%次氯酸鈉溶液，要調(diào)低隔膜泵的頻率和沖程，如操作人員感到難控制，可以對(duì)10%濃度的次氯酸鈉溶液稀釋至3%濃度后，適當(dāng)調(diào)高頻率與沖程，確保投加量較平穩(wěn)地控制。科室按藥劑池的容積，計(jì)算出3%濃度的水與藥劑的液位高度，指導(dǎo)當(dāng)班員工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)配置(稀釋池)；如直接投加可選用10%次氯酸鈉原液池進(jìn)行相關(guān)操作。

2.4 其他準(zhǔn)備工作

在正式補(bǔ)加氯前，運(yùn)營(yíng)調(diào)度科已做好原料10%的次氯酸鈉溶液儲(chǔ)備、加氯防護(hù)用具、安全操作作業(yè)指導(dǎo)書、操作手冊(cè)、操作規(guī)程、投加量測(cè)算對(duì)照表等工作，對(duì)崗位操作人員進(jìn)行次氯酸鈉及硫酸銨投加的作業(yè)、工藝、投加量測(cè)算培訓(xùn)等都進(jìn)行了事先培訓(xùn)，操作人員培訓(xùn)合格簽字確認(rèn)后，準(zhǔn)備操作。

3 加氯操作

3.1 加氯量控制

3.1.1 加氯量控制依據(jù)

要求當(dāng)班員工每4 h手工檢測(cè)進(jìn)站的氨氮數(shù)值，作為判斷依據(jù)：

(1)進(jìn)站氨氮<0.15 mg/L，出站余氯(不加氨)控制在0.5～0.6 mg/L；

(2)進(jìn)站氨氮≥0.15 mg/L，出站余氯控制在0.8～1.00 mg/L。

3.1.2 加藥量計(jì)算

次氯酸鈉的加藥量=需增加的余氯量(mg/L)×出水量(103t水)

(1)

例如：以出站氨氮≥0.15 mg/L，此時(shí)出站余氯為0.5 mg/L，按照出站余氯控制在1.00 mg/L進(jìn)行模擬計(jì)算，如式(2)。

加藥量=0.5(mg/L)×1.8(103t)=0.9 kg

(2)

根據(jù)加藥量0.9 kg計(jì)算值于《次氯酸鈉泵加注量與沖程頻率對(duì)照表3%濃度》查得接近的沖程和頻率數(shù)值，在加氯機(jī)上調(diào)至相應(yīng)的刻度開始投加，待反應(yīng)30 min后經(jīng)手工檢測(cè)值，再對(duì)加藥泵的頻率進(jìn)行微調(diào)，使余氯控制在0.8～1.00 mg/L。

3.2 投藥量統(tǒng)計(jì)

夏季高峰供水期間共消耗濃度為10%的次氯酸鈉30 t，其中五泵(水庫(kù)泵站)用量為25 t(清水庫(kù)容量為1.1萬(wàn)t)，實(shí)用單耗約為0.6～0.7 kg/(103t水)；三泵(水庫(kù)泵站與管道加壓直供)用量為5 t，單耗約為0.2 kg/(103t水)(清水庫(kù)容量為0.4萬(wàn)t)。

三泵站水庫(kù)容量較五泵水庫(kù)容量要小，水的停留時(shí)間短，三泵還有管道泵和超越管直供，氯消耗量少，補(bǔ)加氯量明顯比五泵要少。

五泵是純水庫(kù)泵站，清水庫(kù)容量大，處于末梢二級(jí)泵站，晚間停泵，水力停留時(shí)間長(zhǎng)，氯胺消耗量大，加氯量明顯比三泵高。

4 工藝改進(jìn)

前期準(zhǔn)備工作較為充分，加藥設(shè)備很快投入使用，在當(dāng)班員工的操作下，泵站出水情況儀表顯示正常，出廠水的氯穩(wěn)定在0.9～1.10 mg/L，五泵供水區(qū)域管網(wǎng)末梢水余氯控制在0.5～0.8 mg/L；但三泵供水區(qū)域東、西部有不均勻現(xiàn)象發(fā)生，某些末梢區(qū)域余氯量還是上不去，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，三泵出站水補(bǔ)加氯點(diǎn)在管道泵上(不進(jìn)水庫(kù))，水庫(kù)損耗的氯沒(méi)得到及時(shí)補(bǔ)充，考慮增加單獨(dú)水庫(kù)出水加氯點(diǎn)。

針對(duì)這種情況，公司做了如下工藝改進(jìn)。

(1)增加加藥點(diǎn)

生48#閥門后端DN1000管道上打孔，焊接一段帶法蘭片鋼管，加藥管道與加注點(diǎn)以法蘭片相接，加藥管深入管道中。

(2)加氯管改造

對(duì)應(yīng)水庫(kù)進(jìn)口原有的加藥管上加裝三通管，標(biāo)明一路去水庫(kù)進(jìn)口，另一路去水庫(kù)出口(生48#閥門后端)，之間由閥門控制；由1#、2#二臺(tái)隔膜變頻泵負(fù)責(zé)投加。

經(jīng)加氯工藝改進(jìn)后，二級(jí)泵站出站水滿足了管網(wǎng)末梢水、二次供水設(shè)施和設(shè)備對(duì)余氯的要求，穩(wěn)定并提高了管網(wǎng)水水質(zhì)，符合國(guó)標(biāo)細(xì)菌學(xué)考核指標(biāo)的要求。

5 問(wèn)題及建議

5.1 氯胺穩(wěn)定性

長(zhǎng)距離輸送過(guò)程中氯胺穩(wěn)定性是泵站補(bǔ)加氯的關(guān)鍵。水廠出水中的氨氮衰減速率受以下4個(gè)方面影響：(1)氯胺在水廠水庫(kù)中反應(yīng)不充分，后續(xù)在管道中繼續(xù)反應(yīng)；(2)管壁上還原性物質(zhì)消耗；(3)輸水管道容積大，用戶水量少；(4)夏季溫度高，氯胺揮發(fā)嚴(yán)重。

后3個(gè)問(wèn)題幾乎無(wú)法改善，唯一能延緩衰減速率的途徑是保證氯胺在出廠前有充分的接觸反應(yīng)時(shí)間，且維持氯胺比例的穩(wěn)定。在氯胺比例穩(wěn)定的前提下，帶有0.1～0.2 mg/L的游離氯，可以中和各類還原性物質(zhì)對(duì)氯氨的消耗，減緩氯胺在供水管道中的消耗。

5.2 氯胺目標(biāo)值的控制

金山一水廠為減少加氯副產(chǎn)物產(chǎn)生，改善飲用水的口感，已將出廠水的氯胺從1.6 mg/L下降為1.1～1.2 mg/L，水體中氨氮的存量已經(jīng)減少，如氯胺值再降到0.8 mg/L，到二級(jí)泵站的氨氮將大幅減少，這將直接給二級(jí)泵站投加氯胺的操作增加難度。

公司規(guī)定：(1)出站氨氮嚴(yán)格控制在0.5 mg/L以下，應(yīng)保持在0.15～0.20 mg/L，可略帶0.1～0.2 mg/L的游離氯，這將滿足管網(wǎng)末梢和二次供水的氯胺需求；(2)跟蹤管網(wǎng)末梢亞硝酸鹽的檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)>0.15 mg/L的點(diǎn)或局部區(qū)域，管網(wǎng)水要進(jìn)行排放，防止管網(wǎng)末梢亞硝酸鹽的產(chǎn)生。

二級(jí)泵站氯和氨的投加比例將直接影響管網(wǎng)中氯胺的穩(wěn)定性，影響飲用水的嗅味及口感，這是一直困擾泵站補(bǔ)加氯操作的關(guān)鍵步驟。

5.3 余氯與泵站補(bǔ)充加氯的修正關(guān)系

按規(guī)定對(duì)設(shè)置在管網(wǎng)末梢具有代表性的在線監(jiān)測(cè)儀表與人工檢測(cè)相結(jié)合，定期將管網(wǎng)末梢和二次供水設(shè)施對(duì)氯的消耗量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，制定出合理的二級(jí)泵站出水氯胺的投加量及投加比例，這將直接影響到二級(jí)泵站補(bǔ)加氯的效果。

泵站藥劑定量投加前期的準(zhǔn)備工作：

(1)做好泵站的加藥設(shè)備校驗(yàn)和實(shí)際投加量的標(biāo)定工作；

(2)操作步驟要細(xì)化到員工能判斷和掌握如何調(diào)整計(jì)量；

(3)通過(guò)檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)加氯調(diào)節(jié)。

在二次供水設(shè)施處的管網(wǎng)三級(jí)消毒設(shè)備多樣性的情況下(臭氧消毒、紫外線消毒、微電解消毒)，二級(jí)泵站補(bǔ)加氯工藝仍然是保證管網(wǎng)末梢和二次供水設(shè)施水質(zhì)達(dá)標(biāo)(用戶龍頭出水達(dá)到0.05 mg/L)的關(guān)鍵。因此，需根據(jù)管網(wǎng)末梢數(shù)據(jù)及二次供水設(shè)施上余氯與二級(jí)泵站出站數(shù)據(jù)的比對(duì)，及時(shí)地對(duì)加氯量進(jìn)行調(diào)節(jié)，這將直接決定二級(jí)泵站補(bǔ)加氯的效果。

5.4 失效藥劑的處理

藥劑池中的溶液，如儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)或次氯酸鈉有效含量在5%以下，經(jīng)稀釋后沖洗排放；每年的清水庫(kù)沖洗時(shí)，將上年的硫酸銨及次氯酸鈉藥劑池中的殘液分別稀釋后，分時(shí)段進(jìn)行排放(防止兩種藥劑在污水管道中混合后發(fā)生劇烈反應(yīng))。

綜上所述的前3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，將直接影響二級(jí)泵站補(bǔ)加氯實(shí)際操作效果。參照現(xiàn)有的管網(wǎng)特點(diǎn)和二次供水對(duì)水質(zhì)的需求，確定合理的定量投加工藝，使管網(wǎng)補(bǔ)加氯操作滿足管網(wǎng)變化的要求，實(shí)現(xiàn)定量精確調(diào)整，并使水庫(kù)泵站和管道直供泵站出水余氯值控制在合理范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)十三五規(guī)劃中對(duì)城市供水的水質(zhì)要求。