二氧化氯消毒設備在供水加壓站中的應用
1 概述
天津開發區（以下簡稱開發區）位于渤海之濱，占地41平方公里，是1984年12月國務院批準成立的14個國家級開發區之一。為確保區域安全供水和優化投資服務環境，開發區建有獨立的供水系統，其凈水廠的處理能力為15萬噸/日，一、二加壓站的儲水能力分別為0.5和2萬噸。開發區凈水廠投產前，由塘沽水源五廠負責供給開發區全部用水，兩個加壓站起著日常增壓和事故供水的作用；開發區凈水廠投產后，其主要作用為高峰調節和事故供水另外二站還負責向鄰近的保稅區供水。
2 增設消毒設備的重要性和必要性
開發區凈水廠投產前，由于日常增壓和事故供水的需要，加壓站水泵開啟較頻繁，持續運行時間也較長，水在清水池中的停留時間較短，一般兩日為一個周期，水中余氯損失也較小，均符合規定值≥0.05mg/L的要求，因此兩個加壓站一直沒有設消毒設備。開發區凈水廠投產后，加壓站水泵開啟頻次和持續運行時間都明顯減少，水在清水池中的停留時間相對較長，水中余氯損失也較大。因此為確保供水水質符合國家現行標準的要求，加壓站增設消毒設備就顯得尤為重要。
2.1 為降低供水電耗和成本加壓站需要增設消毒設備
從近幾年加壓站的運行情況看，清水池儲水一周更換一次便可起到調峰和事故供水的作用。但實際上為了保證清水池水的余氯符合規定要求，必須增加加壓站水泵的開啟頻次和持續運行時間，使清水池內的水流動和實現換水（約3天更換一次）。同時凈水廠出水經加壓站清水池泄壓儲存后，又通過加壓站水泵提升送至管網，此泄壓和提升過程造成了電能的浪費，加壓站水泵開啟越頻繁、持續時間越長，這種能量浪費就越明顯。如果增設消毒設備，以調峰和事故供水的需要控制加壓站水泵的運行，清水池換水時間可延長到一周左右更換一次，節能降耗效果明顯。以兩個加壓站均增設二氧化氯消毒設備計算，其供水成本按0.04元/噸，則每年所需成本為（20000+5000） 0.04×5×12 = 60000元。所節電費減去消毒設備供水成本119250-60000= 59250元，即為兩個加壓站每年可節約的供水費用。下表列出了加壓站增設消毒設備前后的能耗比較情況。
增設消毒設備前后的能耗比較表
|
狀態 |
站名 |
池容積 |
供水電耗 |
換水次數 |
用電量 |
單位電費 |
月電費 |
年電費 |
|
米3 |
度/米3 |
次/月 |
度/月 |
元/度 |
元/月 |
元/年 |
||
|
增加 前 |
一站 |
5000 |
0.15 |
10 |
7500 |
0.53 |
3975 |
47700 |
|
二站 |
20000 |
0.15 |
10 |
30000 |
0.53 |
15900 |
190800 |
|
|
增加 后 |
一站 |
5000 |
0.15 |
5 |
3750 |
0.53 |
1987.5 |
23850 |
|
二站 |
20000 |
0.15 |
5 |
15000 |
0.53 |
7950 |
95400 |
2.2 為降低出廠水余氯需要增設消毒設備
確保加壓站清水池余氯符合規定要求的另一個辦法是增加凈水廠出廠水的余氯，通過在消毒處理環節增加投氯量來實現。下表為2001年出廠水和部分管網點余氯檢測情況，其中出廠水余氯一般為0.5-1.0 mg/L。可以看出，出廠水余氯雖然符合標準值≥0.3mg/L的要求，但高出標準值的幅度較大，導致距離凈水廠較近用戶的水中余氯偏高，經常有就近企業打來電話反映此種情況，特別是那些需要對自來水再進行膜凈化的企業（如頂津、富士通天、國華能源）反映更強烈，不僅造成了氯的浪費，更重要的是直接影響了供水水質。加壓站增設消毒設備后，可根據整個供水管網檢測點的余氯情況，適當降低濾后余氯和出廠水余氯，預計出廠水余氯可控制在0.3-0.7mg/L。因此從改善供水水質、降低氯耗角度講，加壓站增設消毒設備更為合理和有效。
2001年生產過程及部分管網點余氯檢測值表 單位：mg/L
|
日期 |
出廠水 |
一站 |
二站 |
欣園 |
史克必成 |
行政中心 |
|
1 15 |
0.8 |
0.2 |
0.05 |
0.1 |
0.1 |
0.3 |
|
2 19 |
0.5 |
0.1 |
0.05 |
0.05 |
0.1 |
0.2 |
|
3 19 |
0.6 |
0.2 |
0.05 |
0.1 |
0.1 |
0.2 |
|
4 16 |
0.6 |
0.05 |
0.2 |
0.05 |
0.05 |
0.05 |
|
5 14 |
0.6 |
0.2 |
0.05 |
0.05 |
0.1 |
0.2 |
|
6 18 |
0.9 |
0.05 |
0.05 |
0.05 |
0.3 |
0.1 |
|
7 16 |
1.0 |
0.05 |
0.1 |
0.05 |
0.1 |
0.05 |
|
8 13 |
0.9 |
0.05 |
0.05 |
0.05 |
0.1 |
0.05 |
|
9 10 |
0.6 |
0.05 |
0.05 |
0.05 |
—— |
0.05 |
|
10 22 |
0.6 |
0.05 |
0.05 |
0.05 |
0.1 |
0.05 |
|
11 12 |
1.0 |
0.05 |
0.05 |
—— |
—— |
0.1 |
|
12 3 |
0.6 |
0.05 |
0.05 |
—— |
—— |
0.05 |
2.3 為確保向保稅區供水水質需要增設消毒設備
預計從2004年初開始，開發區將負責向保稅區供水，初期供水量為
2.4 為改善起步區供水水質需要增設消毒設備
第一加壓站服務的起步區特別是生活區的供水管網已使用十多年，采用的管材都是灰口鑄鐵管。由于管道內壁銹蝕較嚴重已明顯影響了管網水質，用戶經常來電反映水質不好問題，特別是在夏季有的小區存在個別水樣細菌超標的現象，其原因除了與管材及使用年限有關外，與第一加壓站出水的余氯量偏低密不可分。從上面“余氯檢測值表”中也不難看出，起步區供水“欣園檢測點”的余氯值明顯偏低。因此我們認為一方面要加強對這部分管網的改造，另一方面更有必要在一站安裝消毒設備。
從以上節約能源、降低氯耗、改善供水管網水質等幾方面的分析，在第一、二加壓站增設消毒設備是非常必要的，對平衡整個開發區供水管網的水質起著極重要的作用。
3 消毒設備的選型
3.1 常用消毒劑的綜合比較
國內外關于水處理消毒劑的研究表明，理想的消毒劑應具有殺菌廣普、有效濃度低、作用速度快、性質穩定、易溶于水、毒性低、無腐蝕性、可低溫條件使用、不易受物理化學因素影響、無色無臭無味、易于去除殘留物、使用無危險、價格低廉、易于運輸等特性。目前給水處理常用的消毒方法主要有液氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、紫外線消毒和氯胺消毒，其中二氧化氯消毒法以其高效快速的殺菌效果、安全無毒、對人體無副作用、自動化程度高、運行費用低等諸多特點，成為目前國際上公認的新一代消毒處理方法而被廣泛采用。因此通過對各種消毒方法的性價比較，確定在第一、二加壓站各設一套二氧化氯消毒設備。
常用幾種消毒劑綜合比較表
|
序號 |
比較方面 |
液氯 |
二氧化氯 |
臭氧 |
紫外線 |
|
１ |
消毒效果 |
較好 |
很好 |
很好 |
一般 |
|
２ |
除臭去味 |
無作用 |
好 |
好 |
無作用 |
|
３ |
pH值的影響 |
很大 |
小 |
較小 |
無 |
|
４ |
水中溶解度 |
高 |
很高 |
低 |
無 |
|
５ |
水中停留時間 |
長 |
長 |
短 |
短 |
|
６ |
殺菌速度 |
一般 |
快 |
快 |
快 |
|
７ |
ＴＨＭs的形成 |
極明顯 |
無 |
當溴存在時有 |
無 |
|
８ |
處理水量 |
大 |
大 |
較小 |
小 |
|
９ |
原料供應 |
易得 |
易得 |
－ |
－ |
|
１０ |
管理簡便性 |
較簡便 |
簡便 |
復雜 |
較復雜 |
|
１１ |
操作安全性 |
不安全 |
安全 |
不安全 |
— |
|
１２ |
自動化程度 |
一般 |
高 |
較高 |
較高 |
|
１３ |
投資 |
低 |
低 |
高 |
較高 |
|
１４ |
電耗 |
低 |
低 |
高 |
較高 |
|
１５ |
運行維護費用 |
低 |
低 |
高 |
較高 |
3.2 二氧化氯消毒設備的選型
二氧化氯的制備方法主要有氯化鈉電解法、氯酸鈉法及亞氯酸鈉法。氯化鈉電解法屬于第一代產品，氯酸鈉法屬于第二代產品，亞氯酸鈉法屬于第三代產品。亞氯酸鈉法生產的二氧化氯純度較高，一般大于９５％，反應過程不需要加熱，發生量調節方便，適用范圍比較廣泛。按原料不同此法又分為亞氯酸鈉／氯氣法、亞氯酸鈉／鹽酸法。前者比較適用于自來水廠，原水水質較好時可直接加氯以降低運行成本，原水水質較差時可通過投加二氧化氯以防止三氯甲烷超標和形成氯酚等有毒有害物質。后者為高純二氧化氯生成法，是目前應用于飲用水消毒的最常用的也是比較成熟的一種方法。
在選擇加壓站的二氧化氯消毒設備時，主要考慮了以下幾個方面：
a. 生產的二氧化氯純度要高，原料利用要完全，副產物含量要低；
b. 二氧化氯發生器的發生量調整要方便，反應快速，不滯后；
c. 設備本身的安全措施得當；
d. 原料來源方便，使用安全，運行成本低；
e. 占地面積小，自動化程度高，運行維護方便。
通過以上對二氧化氯各種生成方法的比較，選擇亞氯酸鈉／鹽酸法的二氧化氯發生器作為加壓站的消毒設備，并根據清水池的儲水能力確定一、二加壓站的二氧化氯發生器的額定發生量分別為
4 投加點和投加量的確定
4.1 投加點的確定
為確保一、二加壓站清水池的儲水符合水質標準的要求，二氧化氯的投加設定為兩點投加。第一投加點兩個加壓站均設在清水池的總進水管上，通過進入清水池的流量信號控制和調節二氧化氯的發生量和投加量；第二投加點一站設在水泵吸水管路上，二站設在水泵吸水井內，均通過出水管路上的二氧化氯殘留量反饋控制和調節二氧化氯的發生量和投加量。
4.2 投加量的確定
目前我國尚未出臺有關二氧化氯投加量控制的國家標準或行業標準，在重慶市技術監督局１９９７年發布的地方標準《二氧化氯消毒生活飲用水衛生標準》中，規定出廠水中二氧化氯殘余量大于０.０５mg/L，管網末梢二氧化氯殘余量大于０.０２mg/L。通過參考國外其他國家的有關標準值，確定加壓站進水管路上二氧化氯投加量為０.２～０.4mg/L，出水管路上二氧化氯的殘余量為０.０5～０.３mg/L。
國外對二氧化氯消毒劑的使用標準
|
國家 |
二氧化氯投加量 |
消毒劑殘余量 |
|
美國 |
＜0.8 mg/L |
ClO2+ ClO2-+ ClO3- ≤1.0 mg/L |
|
比利時 |
＜0.5 mg/L |
|
|
德國 |
0.2 ~ 0.4 mg/L |
0.05 ~ 0.2 mg/L |
|
英國 |
|
ClO2+ ClO2- ≤0.5 mg/L |
|
西班牙 |
＜0.3 mg/L |
|
|
瑞典 |
＜0.7 mg/L |
|
|
荷蘭 |
＜0.2 mg/L |
|
5 二氧化氯發生器試運行情況
兩個供水加壓站增設二氧化氯發生器后，經過三個多月的試運行，已基本滿足正常使用要求。加壓站通過二氧化氯的投加，延長了清水池水的停留時間，確保了清水池的儲水水質，降低了出廠水的余氯量，改善了整個開發區供水管網的水質，達到了預期效果，產生了明顯的經濟效益和社會效益。在今后二氧化氯發生器運行中，我們將繼續積累運行經驗和數據，不斷完善和優化系統運行的工況，積極跟蹤國內外有關二氧化氯消毒的信息，確保二氧化氯發生器在開發區供水系統中發揮更好的作用。
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