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        南方某五間水廠消毒系統(tǒng)改造總結(jié)

        2022-06-18 05:49:10胡小芳劉清華張曉娜
        城鎮(zhèn)供水 2022年3期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        胡小芳 劉清華 張曉娜 巢 猛

        (東莞市東江水務(wù)有限公司,廣東東莞 523000)

        1.前言

        南方某市五間自來(lái)水廠自成立以來(lái)一直采用氯氣消毒的方式,在重大危險(xiǎn)源備案、反恐資料報(bào)送、應(yīng)對(duì)安監(jiān)局與公安局例行檢查、漏氯搶險(xiǎn)演習(xí)、應(yīng)急設(shè)備與漏氯吸收裝置維護(hù)、更換液氯鋼瓶以及氯庫(kù)相關(guān)操作與維護(hù)等方面耗費(fèi)了大量人力和物力。各水廠儲(chǔ)存液氯鋼瓶的氯庫(kù)均為重大危險(xiǎn)源,隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn),各水廠加氯間與居民區(qū)之間的距離也在逐步縮小,安全風(fēng)險(xiǎn)逐步提升,氯氣泄漏事故一旦發(fā)生,擴(kuò)散的氯氣可能對(duì)周邊居民及環(huán)境造成較大危害,導(dǎo)致的負(fù)面社會(huì)影響難以估量。

        各水廠均采用D 江水作為原水,原水pH均值約6.8,總硬度均值約40mg/L,屬于弱酸性、低硬度水體。經(jīng)過(guò)水廠的混凝沉淀和砂濾工藝后水體pH 值進(jìn)一步降低。由于氯氣在水中溶解生成了次氯酸和鹽酸,氯氣消毒后水體pH 值還會(huì)再次有所降低(當(dāng)水體有氨氮、投氯量處于折點(diǎn)加氯曲線的峰點(diǎn)之后時(shí),投加氯氣后水體pH 降低幅度增大)。為了提高出廠水pH、增強(qiáng)管網(wǎng)水化學(xué)穩(wěn)定性,各水廠均在消毒工藝后增設(shè)了投堿工藝,耗堿成本較高。據(jù)統(tǒng)計(jì),將出廠水pH 升至7.0~7.2,各水廠平均投堿量約5mg/L(以純氫氧化鈉計(jì)),投堿平均成本約0.03 元/噸水。

        而次氯酸鈉消毒的成本雖然比液氯高,但次氯酸鈉溶液本身就是強(qiáng)堿性溶液,因此,投加次氯酸鈉可明顯降低各水廠投堿量。次氯酸鈉可與水以任意比例互溶,不存在跑氣泄漏的風(fēng)險(xiǎn),其投加設(shè)備比液氯簡(jiǎn)單,安全性明顯高于液氯投加,可有效降低水廠安全風(fēng)險(xiǎn),并可省去液氯投加的換氯瓶、維護(hù)加氯機(jī)、漏氯搶險(xiǎn)演習(xí)等大量人力物力?;诖?,各水廠近年來(lái)陸續(xù)將原有的液氯投加系統(tǒng)改造成為次氯酸鈉投加系統(tǒng),并取得了較好的運(yùn)行效果。本文擬對(duì)消毒系統(tǒng)改造方案、運(yùn)行效果、運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題和解決方法進(jìn)行總結(jié),為全國(guó)其它水廠消毒系統(tǒng)改造提供技術(shù)參考。

        2.次氯酸鈉投加系統(tǒng)改造方案

        2.1 藥劑供應(yīng)方式

        次氯酸鈉供應(yīng)可采用現(xiàn)場(chǎng)制備或購(gòu)買成品藥劑的方式。

        現(xiàn)場(chǎng)制備方式是采用次氯酸鈉發(fā)生器電解生成次氯酸鈉,投入成本較高、運(yùn)行管理要求高。購(gòu)買成品則投加和運(yùn)行方式相對(duì)簡(jiǎn)單、維護(hù)成本低,但次氯酸鈉不宜遠(yuǎn)途購(gòu)買,若水廠所在區(qū)域就近貨源充足、并有多家供貨廠家能確保不斷供,才能滿足次氯酸鈉投加的需要。經(jīng)調(diào)研,水廠周邊地區(qū)成品次氯酸鈉溶液生產(chǎn)廠家產(chǎn)量、運(yùn)輸?shù)惹闆r見(jiàn)表1。

        表1 周邊地區(qū)成品次氯酸鈉溶液生產(chǎn)廠家情況

        由于水廠周邊有多個(gè)廠家供應(yīng)自來(lái)水廠水處理劑級(jí)別的成品次氯酸鈉,且貨源充足,可保障各水廠的次氯酸鈉用量要求,故選擇購(gòu)買成品次氯酸鈉的供應(yīng)方式。

        2.2 藥劑儲(chǔ)存方式

        次氯酸鈉溶液穩(wěn)定性較差,存儲(chǔ)要求較高,若暴露在高溫、日照環(huán)境下,其有效氯含量會(huì)迅速衰減。故次氯酸鈉儲(chǔ)存容器應(yīng)盡可能密封以減少有效氯的衰減,同時(shí)宜放置在室內(nèi)低溫、避光環(huán)境下。水廠的次氯酸鈉儲(chǔ)存方式可采用10%原液儲(chǔ)存或者10%原液按一定比例稀釋后儲(chǔ)存的方式。

        小試試驗(yàn)結(jié)果表明,將有效氯10%的次氯酸鈉溶液在室溫條件下(約30℃)避光儲(chǔ)存,10d內(nèi)次氯酸鈉有效氯的衰減率約0.3%~1.1%,對(duì)次氯酸鈉投加系統(tǒng)的影響較小;又考慮到各水廠消毒系統(tǒng)的占地限制,故采用次氯酸鈉10%原液儲(chǔ)存的方式,用耐強(qiáng)堿腐蝕的黑色PE 立罐密封避光儲(chǔ)存,各水廠儲(chǔ)藥罐總?cè)莘e均可滿足7~9 天次氯酸鈉用量。

        2.3 投加系統(tǒng)

        與液氯投加系統(tǒng)相比,次氯酸鈉投加系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單,其主要流程為:

        加藥間的儲(chǔ)藥罐設(shè)有通往室外的進(jìn)藥管,槽車通過(guò)此管道直接向儲(chǔ)藥罐灌藥,儲(chǔ)藥罐出藥管與次氯酸鈉加藥間連接。儲(chǔ)藥罐上還設(shè)置了溢流管、排空管等。

        投加設(shè)備由計(jì)量泵、變頻器、流量計(jì)和電動(dòng)控制閥等組成。在投加工藝管線中設(shè)置Y 型過(guò)濾器、脈動(dòng)阻尼器、安全閥、排氣閥以及背壓閥等設(shè)備,保障整個(gè)投加系統(tǒng)運(yùn)行安全流暢。

        次氯酸鈉投加系統(tǒng)立面圖見(jiàn)圖1。

        圖1 次氯酸鈉投加系統(tǒng)立面圖

        2.4 投加點(diǎn)

        各水廠液氯投加系統(tǒng)自投產(chǎn)以來(lái)只設(shè)置了前加氯、主加氯投加點(diǎn),主加氯采用單點(diǎn)投加方式。在此次消毒系統(tǒng)改造中,各水廠均在清水池后增設(shè)了補(bǔ)加氯投加點(diǎn),主加氯采用兩點(diǎn)投加方式,可更好地保障出廠水余氯的穩(wěn)定性。

        3.次氯酸鈉投加系統(tǒng)運(yùn)行效果

        3.1 改造及運(yùn)行時(shí)間

        五間水廠次氯酸鈉投加系統(tǒng)正式投入運(yùn)行的時(shí)間見(jiàn)表2。截至2020 年5 月,各水廠次氯酸鈉投加系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間約2 年至4.5 年;各水廠有設(shè)計(jì)供水規(guī)模18 萬(wàn)m3/d 天的小型水廠,有設(shè)計(jì)供水規(guī)模50~75 萬(wàn)m3/d 的中型水廠,也有設(shè)計(jì)供水規(guī)模110 萬(wàn)m3/d 的大型水廠,但其次氯酸鈉投加系統(tǒng)均保持了長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行效果,表明次氯酸鈉投加系統(tǒng)在大、中、小型水廠均有良好的適應(yīng)性。

        表2 各水廠次氯酸鈉投加系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)間

        3.2 改造后的消毒效果及水質(zhì)情況

        各水廠將液氯投加系統(tǒng)改造成為次氯酸鈉投加系統(tǒng)以來(lái),消毒效果和水質(zhì)情況長(zhǎng)期保持著穩(wěn)定良好的狀態(tài)。本文統(tǒng)計(jì)了2018 年7 月至2020 年4 月(共22 個(gè)月)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),結(jié)果如下。

        3.2.1 出廠水和管網(wǎng)水余氯

        3.2.2 出廠水和管網(wǎng)水微生物指標(biāo)

        表4 2018 年7 月至2020 年4 月出廠水和管網(wǎng)水微生物指標(biāo)

        3.2.3 出廠水和管網(wǎng)水消毒副產(chǎn)物指標(biāo)

        由表3~表5 可知,各水廠將液氯投加系統(tǒng)改造成為次氯酸鈉投加系統(tǒng)后,從2018年7 月至2020 年4 月的22 個(gè)月內(nèi),出廠水和管網(wǎng)水余氯范圍分別為0.60~1.30mg/L 和0.10~1.10mg/L,出廠水和管網(wǎng)水的余氯、微生物指標(biāo)、消毒副產(chǎn)物指標(biāo)均符合國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求,表明次氯酸鈉投加系統(tǒng)保持了長(zhǎng)期穩(wěn)定的消毒效果,可保障相關(guān)供水水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

        表3 2018 年7 月至2020 年4 月出廠水和管網(wǎng)水余氯

        表5 2018 年7 月至2020 年4 月出廠水和管網(wǎng)水消毒副產(chǎn)物指標(biāo)

        4.消毒系統(tǒng)改造前后的藥劑用量和運(yùn)行成本核算

        各水廠消毒系統(tǒng)改造前和改造后兩年內(nèi)投氯和投堿的藥劑用量和成本(C 水廠的數(shù)據(jù)為改造前后22 個(gè)月內(nèi))見(jiàn)表6,其中藥耗成本以液氯單價(jià)3500 元/噸、次氯酸鈉單價(jià)800 元/噸、氫氧化鈉單價(jià)1860 元/噸(質(zhì)量濃度為32%)計(jì)。

        由表6 可知,將液氯投加系統(tǒng)改造成為次氯酸鈉投加系統(tǒng)后,各水廠氫氧化鈉耗量明顯下降,其單位耗量由3.50~5.94mg/L(均值為4.88mg/L)降至1.01~1.79mg/L(均值為1.27mg/L);各水廠投氯投堿藥耗成本明顯下降,五個(gè)水廠節(jié)省的藥耗成本總和為714.42 萬(wàn)元/年。

        按表6 中的藥劑單位耗量數(shù)據(jù)和有效氯投加量約2.0mg/L 計(jì),次氯酸鈉投加系統(tǒng)改造前后的單位水量藥耗成本見(jiàn)表7。由表7 可知,改造前后的投氯投堿總藥耗成本分別為0.0354元/噸水、0.0234 元/噸水,將液氯投加系統(tǒng)改造為次氯酸鈉投加系統(tǒng)后,節(jié)省的藥耗成本約0.012 元/噸水。

        表6 各水廠消毒系統(tǒng)改造前后兩年內(nèi)的投氯和投堿藥劑用量和成本

        表7 次氯酸鈉投加系統(tǒng)改造前后的單位水量藥耗成本

        5.次氯酸鈉投加系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)注意的問(wèn)題

        5.1 儲(chǔ)藥設(shè)備的微滲漏問(wèn)題

        由于次氯酸鈉具有強(qiáng)腐蝕性,次氯酸鈉儲(chǔ)藥設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中存在微滲漏甚至明顯滲漏問(wèn)題。某些水廠部分次氯酸鈉儲(chǔ)藥罐的出液口、閥門、焊接法蘭處等部位隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)出現(xiàn)了微滲漏現(xiàn)象,甚至有個(gè)別儲(chǔ)藥罐出現(xiàn)了明顯滲漏現(xiàn)象。故應(yīng)定期檢查次氯酸鈉儲(chǔ)藥設(shè)備是否運(yùn)行正常,對(duì)導(dǎo)致微滲漏的設(shè)備或配件進(jìn)行及時(shí)維修或更換老化配件,防止和減少儲(chǔ)藥設(shè)備微滲漏現(xiàn)象。次氯酸鈉儲(chǔ)藥間四周宜設(shè)置一定高度的防泄漏墻防止藥液外流,儲(chǔ)藥間與加藥間應(yīng)嚴(yán)格分開(kāi)以防止儲(chǔ)藥設(shè)備發(fā)生泄漏時(shí)損壞次氯酸鈉投加設(shè)備;次氯酸鈉儲(chǔ)藥間宜設(shè)置集水溝和集水坑收集滲漏及放空溢流的液體,收集液可經(jīng)充分稀釋后排入室外雨水系統(tǒng)。

        5.2 加藥間的防腐等問(wèn)題

        次氯酸鈉加藥間的防腐要求較高,可在加藥間地面、內(nèi)墻(柱、梁)一定高度(儲(chǔ)藥罐容積高度)及以下采用乙烯基樹(shù)脂涂料、儲(chǔ)藥罐容積高度以上采用乳膠漆的方式進(jìn)行防腐處理。

        隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),次氯酸鈉溶液可能會(huì)腐蝕投加管道上的Y 型過(guò)濾器、雙活接球閥、計(jì)量泵泵頭單向閥的密封圈等,應(yīng)定期檢查投加泵、投加管道情況并及時(shí)更換腐蝕或老化的配件。

        5.3 投加管道的排氣問(wèn)題

        次氯酸鈉在儲(chǔ)存過(guò)程中易分解產(chǎn)生氧氣等氣體并積聚于投加管道中形成氣囊,導(dǎo)致計(jì)量泵停用一段時(shí)間后再開(kāi)啟時(shí)(如切換備用泵時(shí))無(wú)法正常投藥。因此宜在次氯酸鈉投加管道安裝排氣閥和流量計(jì),用排氣閥定期排除管道內(nèi)的氣體,用流量計(jì)監(jiān)控投加泵流量是否正常,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理異常情況。

        5.4 原水pH 升高的問(wèn)題

        次氯酸鈉溶液為強(qiáng)堿性溶液,投加次氯酸鈉會(huì)使水體pH 升高。對(duì)于原水呈弱酸性、出廠前投堿提高出廠水pH 的水廠,投加次氯酸鈉與投加液氯相比,可大大節(jié)省投堿量,具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但水廠原水pH 明顯升高時(shí)(如原水藻類升高時(shí),其pH 和DO 明顯上升),投加次氯酸鈉后水體pH 會(huì)進(jìn)一步升高,故采用聚氯化鋁等鋁鹽混凝劑的水廠應(yīng)及時(shí)監(jiān)測(cè)濾后水和出廠水鋁含量,必要時(shí)及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝(如通過(guò)供水調(diào)度降低水廠制水量、延長(zhǎng)水處理工藝停留時(shí)間,適度降低聚氯化鋁投加量,投加高錳酸鉀、粉末活性炭等預(yù)處理劑強(qiáng)化藻類去除效果和混凝效果等),以避免出廠水鋁超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn);若原水pH 過(guò)高(如原水pH 在8.5 甚至9.0 以上),必要時(shí)可換用硫酸鋁作為混凝劑,以降低出廠水pH 值和鋁含量。

        6.結(jié)論

        南方某五間自來(lái)水廠將液氯投加系統(tǒng)改造成為次氯酸鈉投加系統(tǒng)后,保持著長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行效果,出廠水和管網(wǎng)水余氯、微生物、消毒副產(chǎn)物等水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

        各水廠將液氯投加系統(tǒng)改造成為次氯酸鈉投加系統(tǒng)后,氫氧化鈉單位耗量均值由4.88mg/L 降至1.27mg/L,節(jié)省的投氯投堿藥耗成本總和為714.42 萬(wàn)元/年,單位水量藥耗成本降低了約0.012 元/噸水,除此之外還可省去液氯投加的換氯瓶、維護(hù)加氯機(jī)、漏氯搶險(xiǎn)演習(xí)等大量人力物力,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

        次氯酸鈉投加系統(tǒng)不存在跑氣泄漏的風(fēng)險(xiǎn),可有效降低水廠及其周邊區(qū)域的安全風(fēng)險(xiǎn),具有良好的社會(huì)效益。

        次氯酸鈉投加系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中,應(yīng)注意儲(chǔ)藥設(shè)備的微滲漏、加藥間的防腐、投加管道的排氣、原水pH 升高等問(wèn)題。

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