水厂、泵站加氯加氨技术改进实践

水厂、泵站加氯加氨技术改进实践李梅【摘要】结合青草沙原水水质特点，进行加氯加氨技术改进。调整消毒药剂由次氯酸钠替代液氯，消除安全生产隐患；改进加氯加氨自动控制系统和参数检测系统，实现消毒工艺精细化控制，确保供水水质稳定；完善泵站补氨补氯，提高出水总氯，实现配水管网余氯大于0.3mg/L的上海市行业管理要求。【期刊名称】《城镇供水》【年(卷)，期】2015(000)004【总页数】8页(P35-41,15)【关键词】次氯酸钠;折点加氯;氯胺消毒启动控制;精细投加【作者】李梅【作者单位】上海南汇自来水有限公司，上海201300【正文语种】中文加氯加氨技改背景南汇自来水公司下属惠南、航头水厂(制水能力各24万m3/d)于2012年10月由黄浦江支流大治河原水切换为青草沙原水，原水水质特性发生很大变化。大治河属黄浦江支流，有机物含量高，浑浊度高，属于V类甚至劣V类水；青草沙原水有机物含量少，浑浊度低，属II~III类水。水质指标对比如表1所示。新的原水由于本身有机物含量少，氨氮低，因此我们取消了原有生物接触氧化预处理工艺；但由于其为水库水，藻类对水质影响尤为明显，冬春季以硅藻为主，夏秋季以蓝绿藻为主。为有效地杀菌灭藻，提高消毒效果，控制消毒副产物THMS，我们在消毒工艺和加药控制方式上做了改进。整个消毒工艺过程调整为，前折点加氯，生成游离氯分解降低水中有机物和杀灭藻类，后加氨补氯，生成一氯胺，确保管网水有持续消毒能力，控制管网中微生物生长，改善饮用水口感和嗅味。为适应新的消毒工艺，精细化控制加氯加氨，2013年，南汇自来水公司对两个制水厂从药剂替换、自动控制、参数检测三个方面进行了技术改进。继水厂完成加氯加氨消毒工艺改造后，针对5个泵站出厂余氯偏低、波动大、水质不达标的情况，为保持管网水余氯稳定并控制一定余氯量，2014年对5个泵站实施了加氯加氨改造。表1原水水质数据比较水质指标浊度（NTU）CODMn（mg/L）氨氮（mg/L）总磷（mg/L）pH大治河原水35—653.5一14.01.厂5.20.厂0.77-8青草沙原水10左右1.6~2.50.05-0.10.05-0.18-9图1水厂生产消毒工艺改造图2泵站消毒工艺改造惠南水厂液氯改次氯酸钠投加，消除重大危险源惠南水厂原消毒工艺采用液氯消毒，氯气是剧毒物品，氯瓶的运输、存放、使用始终是水厂安全生产的重大危险源，为了更好地改善水厂日常运行管理条件，从源头上消除氯瓶带来的安全隐患，采用次氯酸钠消毒替代液氯消毒。2.1次氯酸钠消毒原理及特，性10%有效氯浓度次氯酸钠液体：淡黄色，有少量刺激性气味，易溶于水，比重为1.18,pH=12，呈强碱性，稳定性差，见光要分解，随着溶液温度升高，有效氯成分衰减，不易曝晒和久藏，要贮藏在密闭容器中。次氯酸钠液体遇水瞬间水解形成次氯酸和次氯酸根，次氯酸具有极强氧化性，通过破坏菌体和病毒上的蛋白质等酶系统杀死病原微生物。2.2次氯酸钠替代液氯技改方案在原加矶间东侧房间，制造一个聚丙烯塑料储液桶(6米*7米*2.5米，两格)，地上放置，通过提升泵提升进液，根据液位控制在桶内自动完成药剂稀释配制，并通过计量泵、电磁流量计、加药管道进行药剂投加，同时安装远程、就地双控的PLC自动控制柜。图3次氯酸钠加注工艺流程2.3次氯酸钠投加设备设施图4次氯酸钠投加泵及管路系统(1)PP提升中转桶尺寸：1.5mx1.5mx0.6m=1.35m3,有效解决了提升泵直接从槽罐车抽药临近结束时因管道内存在大量空气造成提升泵空转机封严重磨损从而导致药液喷溅渗漏的问题。(2)PP储液桶尺寸：6mx7mx2.5m=105m3,分两仓设置，切换使用，每仓用量三天。桶采用20mm厚聚丙烯塑料板焊接加工而成，具有很强的耐腐蚀性；桶内采用拉筋，桶外采用工字钢架支撑加固，避免承压过大变形。(3)加药泵：配备流量170L/h机械隔膜计量泵8台，6用2备，每台控制一个加药点，变频控制，与电磁流量仪组成加药控制系统。2.4次氯酸钠稀释、投加自动控制系统(1)自动稀释配药系统图5次氯酸钠自动控制画面10%次氯酸钠溶液在见光和温度升高的情况下，有效氯成分发生衰减，炎热的夏季，储存周期10天左右，有效氯衰减加快，可衰减至4%~6%左右，影响了投加量的准确性，造成了药剂的浪费。因此，在这次技改中尝试对原液进行稀释。在PP储液桶内，通过电磁阀、液位计自动控制进水量，并充入压缩空气进行药液搅拌混匀，实现目标浓度药液的配置。图6自动配药画面图7自动投加画面经检测，10%次氯酸钠溶液浓度稀释至5%~7%，一周内药液有效氯成分基本无衰减。自动投加系统采用流量比例自动投加方式，在控制画面中人工设定投加比，得到投加量计算值，计量泵获取信号进行投加，流量计反馈实际加药量，修正计量泵输出频率，提高投加准确性。次氯酸钠的投加流量计算：Q次氯酸钠=。进水*p/(1000*次氯酸钠有效氯含量*次氯酸钠溶液密度)其中，Q次氯酸钠单位为L/h,Q进水单位为m3/h,p为氯的投加量mg/L-CL2。实际运行中，由于生产构筑物中氯的消耗量会根据环境条件变化而变化，次氯酸钠有效氯浓度会变化，计量泵投加准确度会改变，需要密切跟踪水中余氯检测值，根据检测值与目标值的差值情况来调整投加比p。2.5遇到的问题及解决措施次氯酸钠原液经稀释后，避免了有效氯衰减，增加了加注的准确性，同时也产生了药液结晶问题。次氯酸钠溶液中的OH-与自来水中Mg2+、Ca2+反应产生沉淀物，即白色结晶体，附着于管道内壁，造成阻塞。因此，投加原液时，在加药点与水接触的地方，药管内因附着结晶体，口径逐渐变小，久而久之管道堵塞，只能更换。关于次氯酸钠溶液遇自来水结晶的问题一直是一个难题，目前还没有比较有效的解决措施。药液用自来水稀释亦无法避免结晶问题。PP储液桶两仓内完成药液稀释后，通过出液电动阀自动切换使用，由于电动阀内壁附着了坚硬的结晶体，阀门无法正常开闭，从而严重影响了两仓药液的自动切换。对此，经研究，从以下两点进行了改进。（1） 减小储液桶出液管口径，将口径由DN100降至DN50，管道流速增至4倍，减少了结晶体在管道及阀门内壁的沉积。（2） 通过自控程序设置，两个储液桶出液电动阀每24小时开关一次（也可增加开关频率），可避免阀门长时间不动作造成内壁结晶体增多变硬。通过以上措施，避免了次氯酸钠溶液结晶的影响，系统运行正常。此外，通过实验室小试，分别用自来水、去离子水、纯水稀释10%次氯酸钠原液，结晶的程度：自来水〉去离子水〉纯水，因此，有条件的情况下，也可考虑用纯水进行稀释。水厂加氨自动控制系统改进，实现精细化投加图8硫酸铵加注工艺流程3.1加氨自控系统改进原因（1）惠南水厂、航头水厂原硫酸氨投加采用手动控制，仅靠操作工人调节计量泵冲程，存在投加量不准确、变化响应不及时、操作不方便等缺陷，对消毒工艺系统控制极为不利。（2）青草沙原水切换后，对出厂水总氯参数控制要求提高，同时新增了出厂水游离氨控制要求，确保一氯胺的生成，改善自来水口感，保障管网水质，这就要求硫酸铵实现精确投加。3.2自控系统改进方案通过加装计量泵远程控制设备、出口流量计、PLC控制柜、进行自动控制程序改造，实现流量比例自动投加。系统工作原理：自控系统计算药剂投加量并输出控制信号——计量泵接收信号投加——流量计反馈投加量一一自控系统检测输出调整控制信号——计量泵接收信号调整运行频率一一系统实时运行。从而保证投加与生产水量变化的实时同步控制，药剂投加精准稳定控制。同时，系统控制参数（投加比）直接与水质控制指标（mg/L）挂钩，减少了职工在药剂投加量与控制指标之间的换算，操作界面人性、简捷、直观，减小职工操作难度。硫酸铵的投加流量计算：Q硫酸铵=Q滤后水*p/（1000*硫酸铵的含氮量*硫酸铵溶液密度）其中，Q硫酸铵单位为L/h,Q滤后水单位为m3/h次为加氨量mg/L-N。实际运行中，硫酸铵的浓度会发生变化，计量泵投加准确性也会改变，需要根据水中游离氨、氨氮检测值与目标值的差别情况来调整投加比p。水厂改进加氯加氨检测系统，确保消毒工艺流程可控为保证加氯、加氨过程中各个工艺环节的参数控制，改进在线检测仪表系统。图9硫酸铵投加泵及管路系统图10加氨自控系统（1）沉淀池出口安装余氯仪，实时监测沉淀池出水游离氯，严格控制前加氯量。科学合理的前加氯量，一方面要保证有效杀菌、灭藻，另一方面要避免消毒副产物（三卤甲烷）超标。我司夏秋季沉淀池出水游离氯控制中心值设定为0.4mg/L（当蓝绿藻爆发时，提高前加氯量，但尽量使沉淀池出水余氯不超过0.8mg/L）;冬春季，沉淀池出水余氯控制中心值设定为0.9mg/L（当硅藻爆发时，提高前加氯量，使沉淀池出水余氯达到1.0~1.5mg/L），当仪表显示实际值偏离控制值0.1mg/L以上时，根据偏离量调整投加比从而调整前加氯量。（2） 滤后、出厂水配置总氯仪，实时监测滤后及出厂总氯值，有效控制后加氯量。设定出厂水总氯控制中心值1.2mg/L，当仪表显示实际值偏离控制值0.1mg/L以上，根据偏离量调整投加比从而调整后加氯量。（3） 配置游离氨仪、出厂在线氨氮仪，实时监测游离氨及总氨氮，控制加氨量。设定清水池进口处最佳游离氨控制值为0.1mg/L，同时，出厂水总氨氮不超过0.4mg/L，根据检测值与目标控制值的偏差调整投加比从而调整加氨量，确保一氯胺生成，并避免细菌滋生。通过检测系统的完善，实时监测各工艺控制点的参数，及时修正药剂投加量，保障了出厂水总氯稳定，同时将出厂水三卤甲烷控制在国标值的一半即0.5以内。图11惠南水厂加氯加氨技改前、后出厂余氯趋势图（单位：mg/L）泵站完善补氨补氯措施，确保管网水余氯稳定控制改造分五部分：（1） 调整优化取样点、加药点。由进水库取样、加药调整为总管取样、加药，解决了原直通管无法加药的问题。图12康桥泵站加氯加氨技改前、后出厂余氯趋势图（单位：mg/L）（2） 增设加氨设施，确保一氯胺消毒稳定性。原泵站进水无补氨措施，在氨氮低的情况下，继续补氯非但补充不进去反而消耗原有的氯，导致出水余氯偏低，为此，在加氯之前进行补氨，将氨氮控制在0.3mg/L左右，从而保证出水总氯控制在1.0mg/L以上。（3） 更新加药设备，提高投加准确性。由于泵站存在直供水、水库增压供水、管道增压供水几种供水模式，流量波动大，从而导致加药量波动大，而且多数情况下是小流量加药，传统的机械隔膜计量泵无法满足准确投加要求，为此，经多方比较，选用调节范围宽20倍且自带投加流量实测模块的新型数字计量泵（调节比最高达1:3000），提高了少量投加的准确性。（4） 采用流量比例自动化投加方式，实现水量、药量变化同步控制。取消原手动控制加药，通过PLC实现基于进水流量的比例控制投加方式，工人只需根据进厂水质情况、加氯加氨目标值及实际出厂水质情况来调整氯、氨投加比，即可方便准确地控制加药量和出厂水质，避免了进水流量变化后，加药量变化响应不及时、投加不准确等情况的发生。建设在线及手工检测系统并通过数据上传完善SCADA信息，确保流程可控。经改造，各泵站出水总氯均由改造前0.1~0.7mg/L波动，配水管网余氯0.05mg/L提升至改造后出水总氯稳定控制在0.8~1.6mg/L，实现配水管网余氯大于0.3mg/L的上海市行业管理要求，对于控制夏季管网末梢的细菌效果显著，加强了供水安全保障。6结论青草沙原水切换后，通过先后完成对水厂、泵站的加氯加氨技术改进，取得了一定的经济、社会和环境效益。采用次氯酸钠消毒替代原液氯消毒，消除了氯瓶在运输及使用中的安全隐患，投加系统简单，方便了员工日常操作，设备维护量减少，运行管理简便。通过合理调整消毒工艺，进行氯、氨自动投加，完善水质参数检测，实现了消毒药剂精细化投加控制；夏秋季，沉淀池出水游离氯控制在0.3~0.5mg/L,冬春季，沉淀池出水游离氯控