浅析二级泵站补充加氯保障措施

庄海峰，朱 涛

(上海金山新城自来水有限公司，上海 200540)

近年来，城市配水系统的水质管理标准逐步提高，供水管网的余氯含量必须按标准严格控制。当城镇供水管网延伸长、二级水库泵站容积大、管网末梢余氯含量难以保证时，需要在二级泵站补充加氯，这样既能保证管网末梢的余氯，又不至于使水厂管网余氯过高。

供水管网中二级泵站补加氯方式有多种，较为普遍采用投加次氯酸钠作为后期补加氯的主要方式，而如何进行定量补加氯是核心及关键点。补加氯效果的好坏取决于许多因素：水厂出厂剩余氨氮值、氯胺的衰减速度、管网末梢余氯维持量、二次供水设施对管网余氯的要求等。管网水质在线仪表的分布以及水质检测频率的增加为二级泵站定量投加次氯酸钠操作提供了信息依据，进一步指导了二级泵站补加氯的方向。

1 二级泵站运行现状

上海金山新城自来水有限公司供水水源由金山一水厂(海川公司)提供，金山一水厂同时还向区内各个二级加压泵站输送自来水，二级加压泵站向区内城镇居民及各工业区供水。

以山阳龙宇路泵站(三泵)、石化街道泵站(五泵)为例，从金山一水厂(一级泵站)加压后至山阳泵站(二级泵站)过程中，DN1600给水管0.35 km，DN1400给水管6 km，DN1000给水管10 km。山阳泵站至三泵站分成2根DN800给水管，各3 km。三泵站(二级泵站)距金山一水厂(一级泵站)管线总长约19.35 km；三泵再向五泵清水库供水，供水管线DN700长约4.7 km，五泵是末梢二级泵站，五泵站距金山一水厂管线总长约24.05 km。

金山一水厂经深度处理工艺后的水质情况较先前有了明显的改善，同时，为进一步改善出厂水的口感，出厂余氯由原先的1.6 mg/L降至1.1～1.2 mg/L。原水经25 km左右长距离管道输送后，水体中的余氯衰减明显，特别在夏季高温时期，出厂水到达二级泵站的余氯只有0.5～0.7 mg/L，显然不能满足管网水的余氯要求。

据统计，金山一水厂出厂余氯如果维持在1.2 mg/L左右，一级泵站至二级泵站余氯(氯胺)在夏季衰减约0.5～0.6 mg/L，其他季节在0.2 mg/L左右。因此，在夏季高温时期，管网末梢和二次供水的余氯经过2～3 d的消耗后，管网末梢维持或达到0.05 mg/L余氯量，余氯量明显不足；二级泵站(三泵、五泵)都需要用次氯酸钠进行补加氯，提高供水管网中余氯的指标，满足管网末梢及二次供水设施、设备对余氯量的要求。

上海金山新城自来水有限公司根据管网在线余氯仪与化验室实测反馈的数据进行测算，夏季高温季节需补加氯约0.4～0.6 mg/L。

1.1 供水方式和加氯点位置

1.1.1 三泵站

三泵站采用水库泵、管道泵直供和超越管直供3种供水方式。每天6∶00左右开始至当天23∶30，由管道泵(有加氯点)直供和水库泵加压(进水库有加氯、加氨点，出站有加氯点)后对新城区、工业区供水；其余时段由于金山一水厂供水管道水压满足管网水压要求，采用超越管直供城市管网，超越管阀门后设置加氯点。

1.1.2 五泵站

五泵站采用水库泵供水方式。每天5∶30开始至当天23∶45，由水库泵加压后(进水库有加氯、加氨点，出站吸水井有加氯点)对石化南部城区供水；其余时段由于金山一水厂供水管道水压和水量能满足城区南部管网压力与水量的要求，泵站可停止对外供水，清水库仍保持200 t/h左右进水量，继续起到调节水量的作用。

1.2 药剂储存及投加方式

1.2.1 储存设施

三泵有2座体积为6.56 m3的硫酸铵(5%)药剂池和2座体积为6.34 m3的次氯酸钠(10%)药剂原液池和储液池；五泵有2座体积为11.34 m3的硫酸铵(5%)药剂池；2座体积为4.13 m3的次氯酸钠(10%)药剂原液池和储液池。

1.2.2 投加设备

投加设备采用普罗门特公司(ProMinen Meta)隔膜泵，共计10台，均为同一型号(S3CAH120145PVTB110WA00000)，出口压力为10 Pa，最大流量为160 L/h。其中，五泵站次氯酸钠隔膜变频泵3台，硫酸铵2台；三泵站次氯酸钠隔膜变频泵3台，硫酸铵2台。

2 前期准备工作

2.1 余氯控制

化验室及泵站操作人员密切关注进出站、管网末梢余氯量，特别在夏季高温季节，增加手工检测频次。结合分布在管网的在线余氯仪的检测值，管网水质变化情况及进出站余氯衰减程度，及时反馈和更新余氯检测数据，为二级泵站补加氯提供技术指导。

2.2 水质三级预警应急预案

2.2.1 补氯启动条件

当在线仪表和人工检测管网末梢余氯≤0.07 mg/L时，联系管线科对该处管网水进行排放，当排放水余氯≥0.2 mg/L时，停止排放恢复正常供水；当管网末梢水无法通过排放提高水中余氯且管网末梢余氯<0.05 mg/L时，采取泵站补加氯方式提高管网水余氯。

2.2.2 进站氨氮值

在正式补加氯前，泵站管理及操作人员密切关注一水厂的进站氨氮数值，后2 h检测进水氨氮<0.1 mg/L，则准备执行加氯、加氨操作；当氨氮达到0.15～0.2 mg/L或以上时，可以按比例直接投加次氯酸钠，以达到出厂水余氯0.8～1.00 mg/L的标准。正式投加后，可每隔4 h检测水体中的氨氮，合理调节加氯剂量，确保加氯在可控范围内。

2.2.3 管网余氯分布

观测分布在供水管网各个位置上的在线余氯检测值，结合手工检测等措施，反馈给泵站，泵站对加氯量进行合理的调整。二次供水设施处的余氯检测值同时反馈给泵站，为泵站调节加氯量提供准确依据。

2.3 次氯酸钠的配置

如直接投加10%次氯酸钠溶液，要调低隔膜泵的频率和冲程，如操作人员感到难控制，可以对10%浓度的次氯酸钠溶液稀释至3%浓度后，适当调高频率与冲程，确保投加量较平稳地控制。科室按药剂池的容积，计算出3%浓度的水与药剂的液位高度，指导当班员工进行现场配置(稀释池)；如直接投加可选用10%次氯酸钠原液池进行相关操作。

2.4 其他准备工作

在正式补加氯前，运营调度科已做好原料10%的次氯酸钠溶液储备、加氯防护用具、安全操作作业指导书、操作手册、操作规程、投加量测算对照表等工作，对岗位操作人员进行次氯酸钠及硫酸铵投加的作业、工艺、投加量测算培训等都进行了事先培训，操作人员培训合格签字确认后，准备操作。

3 加氯操作

3.1 加氯量控制

3.1.1 加氯量控制依据

要求当班员工每4 h手工检测进站的氨氮数值，作为判断依据：

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

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

3.1.2 加药量计算

次氯酸钠的加药量=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，此时出站余氯为0.5 mg/L，按照出站余氯控制在1.00 mg/L进行模拟计算，如式(2)。

加药量=0.5(mg/L)×1.8(103t)=0.9 kg

(2)

根据加药量0.9 kg计算值于《次氯酸钠泵加注量与冲程频率对照表3%浓度》查得接近的冲程和频率数值，在加氯机上调至相应的刻度开始投加，待反应30 min后经手工检测值，再对加药泵的频率进行微调，使余氯控制在0.8～1.00 mg/L。

3.2 投药量统计

夏季高峰供水期间共消耗浓度为10%的次氯酸钠30 t，其中五泵(水库泵站)用量为25 t(清水库容量为1.1万t)，实用单耗约为0.6～0.7 kg/(103t水)；三泵(水库泵站与管道加压直供)用量为5 t，单耗约为0.2 kg/(103t水)(清水库容量为0.4万t)。

三泵站水库容量较五泵水库容量要小，水的停留时间短，三泵还有管道泵和超越管直供，氯消耗量少，补加氯量明显比五泵要少。

五泵是纯水库泵站，清水库容量大，处于末梢二级泵站，晚间停泵，水力停留时间长，氯胺消耗量大，加氯量明显比三泵高。

4 工艺改进

前期准备工作较为充分，加药设备很快投入使用，在当班员工的操作下，泵站出水情况仪表显示正常，出厂水的氯稳定在0.9～1.10 mg/L，五泵供水区域管网末梢水余氯控制在0.5～0.8 mg/L；但三泵供水区域东、西部有不均匀现象发生，某些末梢区域余氯量还是上不去，经分析发现，三泵出站水补加氯点在管道泵上(不进水库)，水库损耗的氯没得到及时补充，考虑增加单独水库出水加氯点。

针对这种情况，公司做了如下工艺改进。

(1)增加加药点

生48#阀门后端DN1000管道上打孔，焊接一段带法兰片钢管，加药管道与加注点以法兰片相接，加药管深入管道中。

(2)加氯管改造

对应水库进口原有的加药管上加装三通管，标明一路去水库进口，另一路去水库出口(生48#阀门后端)，之间由阀门控制；由1#、2#二台隔膜变频泵负责投加。

经加氯工艺改进后，二级泵站出站水满足了管网末梢水、二次供水设施和设备对余氯的要求，稳定并提高了管网水水质，符合国标细菌学考核指标的要求。

5 问题及建议

5.1 氯胺稳定性

长距离输送过程中氯胺稳定性是泵站补加氯的关键。水厂出水中的氨氮衰减速率受以下4个方面影响：(1)氯胺在水厂水库中反应不充分，后续在管道中继续反应；(2)管壁上还原性物质消耗；(3)输水管道容积大，用户水量少；(4)夏季温度高，氯胺挥发严重。

后3个问题几乎无法改善，唯一能延缓衰减速率的途径是保证氯胺在出厂前有充分的接触反应时间，且维持氯胺比例的稳定。在氯胺比例稳定的前提下，带有0.1～0.2 mg/L的游离氯，可以中和各类还原性物质对氯氨的消耗，减缓氯胺在供水管道中的消耗。

5.2 氯胺目标值的控制

金山一水厂为减少加氯副产物产生，改善饮用水的口感，已将出厂水的氯胺从1.6 mg/L下降为1.1～1.2 mg/L，水体中氨氮的存量已经减少，如氯胺值再降到0.8 mg/L，到二级泵站的氨氮将大幅减少，这将直接给二级泵站投加氯胺的操作增加难度。

公司规定：(1)出站氨氮严格控制在0.5 mg/L以下，应保持在0.15～0.20 mg/L，可略带0.1～0.2 mg/L的游离氯，这将满足管网末梢和二次供水的氯胺需求；(2)跟踪管网末梢亚硝酸盐的检测数据，对>0.15 mg/L的点或局部区域，管网水要进行排放，防止管网末梢亚硝酸盐的产生。

二级泵站氯和氨的投加比例将直接影响管网中氯胺的稳定性，影响饮用水的嗅味及口感，这是一直困扰泵站补加氯操作的关键步骤。

5.3 余氯与泵站补充加氯的修正关系

按规定对设置在管网末梢具有代表性的在线监测仪表与人工检测相结合，定期将管网末梢和二次供水设施对氯的消耗量数据进行比对，制定出合理的二级泵站出水氯胺的投加量及投加比例，这将直接影响到二级泵站补加氯的效果。

泵站药剂定量投加前期的准备工作：

(1)做好泵站的加药设备校验和实际投加量的标定工作；

(2)操作步骤要细化到员工能判断和掌握如何调整计量；

(3)通过检测，并根据检测结果及时进行补加氯调节。

在二次供水设施处的管网三级消毒设备多样性的情况下(臭氧消毒、紫外线消毒、微电解消毒)，二级泵站补加氯工艺仍然是保证管网末梢和二次供水设施水质达标(用户龙头出水达到0.05 mg/L)的关键。因此，需根据管网末梢数据及二次供水设施上余氯与二级泵站出站数据的比对，及时地对加氯量进行调节，这将直接决定二级泵站补加氯的效果。

5.4 失效药剂的处理

药剂池中的溶液，如储存时间长或次氯酸钠有效含量在5%以下，经稀释后冲洗排放；每年的清水库冲洗时，将上年的硫酸铵及次氯酸钠药剂池中的残液分别稀释后，分时段进行排放(防止两种药剂在污水管道中混合后发生剧烈反应)。

综上所述的前3个关键点，将直接影响二级泵站补加氯实际操作效果。参照现有的管网特点和二次供水对水质的需求，确定合理的定量投加工艺，使管网补加氯操作满足管网变化的要求，实现定量精确调整，并使水库泵站和管道直供泵站出水余氯值控制在合理范围内，实现十三五规划中对城市供水的水质要求。