淺析二級泵站補充加氯保障措施

莊海峰，朱 濤

(上海金山新城自來水有限公司，上海 200540)

近年來，城市配水系統(tǒng)的水質管理標準逐步提高，供水管網(wǎng)的余氯含量必須按標準嚴格控制。當城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)延伸長、二級水庫泵站容積大、管網(wǎng)末梢余氯含量難以保證時，需要在二級泵站補充加氯，這樣既能保證管網(wǎng)末梢的余氯，又不至于使水廠管網(wǎng)余氯過高。

供水管網(wǎng)中二級泵站補加氯方式有多種，較為普遍采用投加次氯酸鈉作為后期補加氯的主要方式，而如何進行定量補加氯是核心及關鍵點。補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、二次供水設施對管網(wǎng)余氯的要求等。管網(wǎng)水質在線儀表的分布以及水質檢測頻率的增加為二級泵站定量投加次氯酸鈉操作提供了信息依據(jù)，進一步指導了二級泵站補加氯的方向。

1 二級泵站運行現(xiàn)狀

上海金山新城自來水有限公司供水水源由金山一水廠(海川公司)提供，金山一水廠同時還向區(qū)內各個二級加壓泵站輸送自來水，二級加壓泵站向區(qū)內城鎮(zhèn)居民及各工業(yè)區(qū)供水。

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

金山一水廠經(jīng)深度處理工藝后的水質情況較先前有了明顯的改善，同時，為進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，特別在夏季高溫時期，出廠水到達二級泵站的余氯只有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，金山一水廠出廠余氯如果維持在1.2 mg/L左右，一級泵站至二級泵站余氯(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，在夏季高溫時期，管網(wǎng)末梢和二次供水的余氯經(jīng)過2～3 d的消耗后，管網(wǎng)末梢維持或達到0.05 mg/L余氯量，余氯量明顯不足；二級泵站(三泵、五泵)都需要用次氯酸鈉進行補加氯，提高供水管網(wǎng)中余氯的指標，滿足管網(wǎng)末梢及二次供水設施、設備對余氯量的要求。

上海金山新城自來水有限公司根據(jù)管網(wǎng)在線余氯儀與化驗室實測反饋的數(shù)據(jù)進行測算，夏季高溫季節(jié)需補加氯約0.4～0.6 mg/L。

1.1 供水方式和加氯點位置

1.1.1 三泵站

三泵站采用水庫泵、管道泵直供和超越管直供3種供水方式。每天6∶00左右開始至當天23∶30，由管道泵(有加氯點)直供和水庫泵加壓(進水庫有加氯、加氨點，出站有加氯點)后對新城區(qū)、工業(yè)區(qū)供水；其余時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)，超越管閥門后設置加氯點。

1.1.2 五泵站

五泵站采用水庫泵供水方式。每天5∶30開始至當天23∶45，由水庫泵加壓后(進水庫有加氯、加氨點，出站吸水井有加氯點)對石化南部城區(qū)供水；其余時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，泵站可停止對外供水，清水庫仍保持200 t/h左右進水量，繼續(xù)起到調節(jié)水量的作用。

1.2 藥劑儲存及投加方式

1.2.1 儲存設施

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%)藥劑原液池和儲液池。

1.2.2 投加設備

投加設備采用普羅門特公司(ProMinen Meta)隔膜泵，共計10臺，均為同一型號(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，硫酸銨2臺；三泵站次氯酸鈉隔膜變頻泵3臺，硫酸銨2臺。

2 前期準備工作

2.1 余氯控制

化驗室及泵站操作人員密切關注進出站、管網(wǎng)末梢余氯量，特別在夏季高溫季節(jié)，增加手工檢測頻次。結合分布在管網(wǎng)的在線余氯儀的檢測值，管網(wǎng)水質變化情況及進出站余氯衰減程度，及時反饋和更新余氯檢測數(shù)據(jù)，為二級泵站補加氯提供技術指導。

2.2 水質三級預警應急預案

2.2.1 補氯啟動條件

當在線儀表和人工檢測管網(wǎng)末梢余氯≤0.07 mg/L時，聯(lián)系管線科對該處管網(wǎng)水進行排放，當排放水余氯≥0.2 mg/L時，停止排放恢復正常供水；當管網(wǎng)末梢水無法通過排放提高水中余氯且管網(wǎng)末梢余氯<0.05 mg/L時，采取泵站補加氯方式提高管網(wǎng)水余氯。

2.2.2 進站氨氮值

在正式補加氯前，泵站管理及操作人員密切關注一水廠的進站氨氮數(shù)值，后2 h檢測進水氨氮<0.1 mg/L，則準備執(zhí)行加氯、加氨操作；當氨氮達到0.15～0.2 mg/L或以上時，可以按比例直接投加次氯酸鈉，以達到出廠水余氯0.8～1.00 mg/L的標準。正式投加后，可每隔4 h檢測水體中的氨氮，合理調節(jié)加氯劑量，確保加氯在可控范圍內。

2.2.3 管網(wǎng)余氯分布

觀測分布在供水管網(wǎng)各個位置上的在線余氯檢測值，結合手工檢測等措施，反饋給泵站，泵站對加氯量進行合理的調整。二次供水設施處的余氯檢測值同時反饋給泵站，為泵站調節(jié)加氯量提供準確依據(jù)。

2.3 次氯酸鈉的配置

如直接投加10%次氯酸鈉溶液，要調低隔膜泵的頻率和沖程，如操作人員感到難控制，可以對10%濃度的次氯酸鈉溶液稀釋至3%濃度后，適當調高頻率與沖程，確保投加量較平穩(wěn)地控制?？剖野此巹┏氐娜莘e，計算出3%濃度的水與藥劑的液位高度，指導當班員工進行現(xiàn)場配置(稀釋池)；如直接投加可選用10%次氯酸鈉原液池進行相關操作。

2.4 其他準備工作

在正式補加氯前，運營調度科已做好原料10%的次氯酸鈉溶液儲備、加氯防護用具、安全操作作業(yè)指導書、操作手冊、操作規(guī)程、投加量測算對照表等工作，對崗位操作人員進行次氯酸鈉及硫酸銨投加的作業(yè)、工藝、投加量測算培訓等都進行了事先培訓，操作人員培訓合格簽字確認后，準備操作。

3 加氯操作

3.1 加氯量控制

3.1.1 加氯量控制依據(jù)

要求當班員工每4 h手工檢測進站的氨氮數(shù)值，作為判斷依據(jù)：

(1)進站氨氮<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，此時出站余氯為0.5 mg/L，按照出站余氯控制在1.00 mg/L進行模擬計算，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計算值于《次氯酸鈉泵加注量與沖程頻率對照表3%濃度》查得接近的沖程和頻率數(shù)值，在加氯機上調至相應的刻度開始投加，待反應30 min后經(jīng)手工檢測值，再對加藥泵的頻率進行微調，使余氯控制在0.8～1.00 mg/L。

3.2 投藥量統(tǒng)計

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(水庫泵站)用量為25 t(清水庫容量為1.1萬t)，實用單耗約為0.6～0.7 kg/(103t水)；三泵(水庫泵站與管道加壓直供)用量為5 t，單耗約為0.2 kg/(103t水)(清水庫容量為0.4萬t)。

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

五泵是純水庫泵站，清水庫容量大，處于末梢二級泵站，晚間停泵，水力停留時間長，氯胺消耗量大，加氯量明顯比三泵高。

4 工藝改進

前期準備工作較為充分，加藥設備很快投入使用，在當班員工的操作下，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)，三泵出站水補加氯點在管道泵上(不進水庫)，水庫損耗的氯沒得到及時補充，考慮增加單獨水庫出水加氯點。

針對這種情況，公司做了如下工藝改進。

(1)增加加藥點

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

(2)加氯管改造

對應水庫進口原有的加藥管上加裝三通管，標明一路去水庫進口，另一路去水庫出口(生48#閥門后端)，之間由閥門控制；由1#、2#二臺隔膜變頻泵負責投加。

經(jīng)加氯工藝改進后，二級泵站出站水滿足了管網(wǎng)末梢水、二次供水設施和設備對余氯的要求，穩(wěn)定并提高了管網(wǎng)水水質，符合國標細菌學考核指標的要求。

5 問題及建議

5.1 氯胺穩(wěn)定性

長距離輸送過程中氯胺穩(wěn)定性是泵站補加氯的關鍵。水廠出水中的氨氮衰減速率受以下4個方面影響：(1)氯胺在水廠水庫中反應不充分，后續(xù)在管道中繼續(xù)反應；(2)管壁上還原性物質消耗；(3)輸水管道容積大，用戶水量少；(4)夏季溫度高，氯胺揮發(fā)嚴重。

后3個問題幾乎無法改善，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時間，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對氯氨的消耗，減緩氯胺在供水管道中的消耗。

5.2 氯胺目標值的控制

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，到二級泵站的氨氮將大幅減少，這將直接給二級泵站投加氯胺的操作增加難度。

公司規(guī)定：(1)出站氨氮嚴格控制在0.5 mg/L以下，應保持在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數(shù)據(jù)，對>0.15 mg/L的點或局部區(qū)域，管網(wǎng)水要進行排放，防止管網(wǎng)末梢亞硝酸鹽的產(chǎn)生。

二級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加氯操作的關鍵步驟。

5.3 余氯與泵站補充加氯的修正關系

按規(guī)定對設置在管網(wǎng)末梢具有代表性的在線監(jiān)測儀表與人工檢測相結合，定期將管網(wǎng)末梢和二次供水設施對氯的消耗量數(shù)據(jù)進行比對，制定出合理的二級泵站出水氯胺的投加量及投加比例，這將直接影響到二級泵站補加氯的效果。

泵站藥劑定量投加前期的準備工作：

(1)做好泵站的加藥設備校驗和實際投加量的標定工作；

(2)操作步驟要細化到員工能判斷和掌握如何調整計量；

(3)通過檢測，并根據(jù)檢測結果及時進行補加氯調節(jié)。

在二次供水設施處的管網(wǎng)三級消毒設備多樣性的情況下(臭氧消毒、紫外線消毒、微電解消毒)，二級泵站補加氯工藝仍然是保證管網(wǎng)末梢和二次供水設施水質達標(用戶龍頭出水達到0.05 mg/L)的關鍵。因此，需根據(jù)管網(wǎng)末梢數(shù)據(jù)及二次供水設施上余氯與二級泵站出站數(shù)據(jù)的比對，及時地對加氯量進行調節(jié)，這將直接決定二級泵站補加氯的效果。

5.4 失效藥劑的處理

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

綜上所述的前3個關鍵點，將直接影響二級泵站補加氯實際操作效果。參照現(xiàn)有的管網(wǎng)特點和二次供水對水質的需求，確定合理的定量投加工藝，使管網(wǎng)補加氯操作滿足管網(wǎng)變化的要求，實現(xiàn)定量精確調整，并使水庫泵站和管道直供泵站出水余氯值控制在合理范圍內，實現(xiàn)十三五規(guī)劃中對城市供水的水質要求。