二氧化氯消毒设备在供水加压站中的应用
1 概述
天津开发区（以下简称开发区）位于渤海之滨，占地41平方公里，是1984年12月国务院批准成立的14个国家级开发区之一。为确保区域安全供水和优化投资服务环境，开发区建有独立的供水系统，其净水厂的处理能力为15万吨/日，一、二加压站的储水能力分别为0.5和2万吨。开发区净水厂投产前，由塘沽水源五厂负责供给开发区全部用水，两个加压站起着日常增压和事故供水的作用；开发区净水厂投产后，其主要作用为高峰调节和事故供水另外二站还负责向邻近的保税区供水。
2 增设消毒设备的重要性和必要性
开发区净水厂投产前，由于日常增压和事故供水的需要，加压站水泵开启较频繁，持续运行时间也较长，水在清水池中的停留时间较短，一般两日为一个周期，水中余氯损失也较小，均符合规定值≥0.05mg/L的要求，因此两个加压站一直没有设消毒设备。开发区净水厂投产后，加压站水泵开启频次和持续运行时间都明显减少，水在清水池中的停留时间相对较长，水中余氯损失也较大。因此为确保供水水质符合国家现行标准的要求，加压站增设消毒设备就显得尤为重要。
2.1 为降低供水电耗和成本加压站需要增设消毒设备
从近几年加压站的运行情况看，清水池储水一周更换一次便可起到调峰和事故供水的作用。但实际上为了保证清水池水的余氯符合规定要求，必须增加加压站水泵的开启频次和持续运行时间，使清水池内的水流动和实现换水（约3天更换一次）。同时净水厂出水经加压站清水池泄压储存后，又通过加压站水泵提升送至管网，此泄压和提升过程造成了电能的浪费，加压站水泵开启越频繁、持续时间越长，这种能量浪费就越明显。如果增设消毒设备，以调峰和事故供水的需要控制加压站水泵的运行，清水池换水时间可延长到一周左右更换一次，节能降耗效果明显。以两个加压站均增设二氧化氯消毒设备计算，其供水成本按0.04元/吨，则每年所需成本为（20000+5000） 0.04×5×12 = 60000元。所节电费减去消毒设备供水成本119250-60000= 59250元，即为两个加压站每年可节约的供水费用。下表列出了加压站增设消毒设备前后的能耗比较情况。
增设消毒设备前后的能耗比较表
|
状态 |
站名 |
池容积 |
供水电耗 |
换水次数 |
用电量 |
单位电费 |
月电费 |
年电费 |
|
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 为降低出厂水余氯需要增设消毒设备
确保加压站清水池余氯符合规定要求的另一个办法是增加净水厂出厂水的余氯，通过在消毒处理环节增加投氯量来实现。下表为2001年出厂水和部分管网点余氯检测情况，其中出厂水余氯一般为0.5-1.0 mg/L。可以看出，出厂水余氯虽然符合标准值≥0.3mg/L的要求，但高出标准值的幅度较大，导致距离净水厂较近用户的水中余氯偏高，经常有就近企业打来电话反映此种情况，特别是那些需要对自来水再进行膜净化的企业（如顶津、富士通天、国华能源）反映更强烈，不仅造成了氯的浪费，更重要的是直接影响了供水水质。加压站增设消毒设备后，可根据整个供水管网检测点的余氯情况，适当降低滤后余氯和出厂水余氯，预计出厂水余氯可控制在0.3-0.7mg/L。因此从改善供水水质、降低氯耗角度讲，加压站增设消毒设备更为合理和有效。
2001年生产过程及部分管网点余氯检测值表 单位：mg/L
|
日期 |
出厂水 |
一站 |
二站 |
欣园 |
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 为确保向保税区供水水质需要增设消毒设备
预计从2004年初开始，开发区将负责向保税区供水，初期供水量为
2.4 为改善起步区供水水质需要增设消毒设备
第一加压站服务的起步区特别是生活区的供水管网已使用十多年，采用的管材都是灰口铸铁管。由于管道内壁锈蚀较严重已明显影响了管网水质，用户经常来电反映水质不好问题，特别是在夏季有的小区存在个别水样细菌超标的现象，其原因除了与管材及使用年限有关外，与第一加压站出水的余氯量偏低密不可分。从上面“余氯检测值表”中也不难看出，起步区供水“欣园检测点”的余氯值明显偏低。因此我们认为一方面要加强对这部分管网的改造，另一方面更有必要在一站安装消毒设备。
从以上节约能源、降低氯耗、改善供水管网水质等几方面的分析，在第一、二加压站增设消毒设备是非常必要的，对平衡整个开发区供水管网的水质起着极重要的作用。
3 消毒设备的选型
3.1 常用消毒剂的综合比较
国内外关于水处理消毒剂的研究表明，理想的消毒剂应具有杀菌广普、有效浓度低、作用速度快、性质稳定、易溶于水、毒性低、无腐蚀性、可低温条件使用、不易受物理化学因素影响、无色无臭无味、易于去除残留物、使用无危险、价格低廉、易于运输等特性。目前给水处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、紫外线消毒和氯胺消毒，其中二氧化氯消毒法以其高效快速的杀菌效果、安全无毒、对人体无副作用、自动化程度高、运行费用低等诸多特点，成为目前国际上公认的新一代消毒处理方法而被广泛采用。因此通过对各种消毒方法的性价比较，确定在第一、二加压站各设一套二氧化氯消毒设备。
常用几种消毒剂综合比较表
|
序号 |
比较方面 |
液氯 |
二氧化氯 |
臭氧 |
紫外线 |
|
１ |
消毒效果 |
较好 |
很好 |
很好 |
一般 |
|
２ |
除臭去味 |
无作用 |
好 |
好 |
无作用 |
|
３ |
pH值的影响 |
很大 |
小 |
较小 |
无 |
|
４ |
水中溶解度 |
高 |
很高 |
低 |
无 |
|
５ |
水中停留时间 |
长 |
长 |
短 |
短 |
|
６ |
杀菌速度 |
一般 |
快 |
快 |
快 |
|
７ |
ＴＨＭs的形成 |
极明显 |
无 |
当溴存在时有 |
无 |
|
８ |
处理水量 |
大 |
大 |
较小 |
小 |
|
９ |
原料供应 |
易得 |
易得 |
－ |
－ |
|
１０ |
管理简便性 |
较简便 |
简便 |
复杂 |
较复杂 |
|
１１ |
操作安全性 |
不安全 |
安全 |
不安全 |
— |
|
１２ |
自动化程度 |
一般 |
高 |
较高 |
较高 |
|
１３ |
投资 |
低 |
低 |
高 |
较高 |
|
１４ |
电耗 |
低 |
低 |
高 |
较高 |
|
１５ |
运行维护费用 |
低 |
低 |
高 |
较高 |
3.2 二氧化氯消毒设备的选型
二氧化氯的制备方法主要有氯化钠电解法、氯酸钠法及亚氯酸钠法。氯化钠电解法属于第一代产品，氯酸钠法属于第二代产品，亚氯酸钠法属于第三代产品。亚氯酸钠法生产的二氧化氯纯度较高，一般大于９５％，反应过程不需要加热，发生量调节方便，适用范围比较广泛。按原料不同此法又分为亚氯酸钠／氯气法、亚氯酸钠／盐酸法。前者比较适用于自来水厂，原水水质较好时可直接加氯以降低运行成本，原水水质较差时可通过投加二氧化氯以防止三氯甲烷超标和形成氯酚等有毒有害物质。后者为高纯二氧化氯生成法，是目前应用于饮用水消毒的最常用的也是比较成熟的一种方法。
在选择加压站的二氧化氯消毒设备时，主要考虑了以下几个方面：
a. 生产的二氧化氯纯度要高，原料利用要完全，副产物含量要低；
b. 二氧化氯发生器的发生量调整要方便，反应快速，不滞后；
c. 设备本身的安全措施得当；
d. 原料来源方便，使用安全，运行成本低；
e. 占地面积小，自动化程度高，运行维护方便。
通过以上对二氧化氯各种生成方法的比较，选择亚氯酸钠／盐酸法的二氧化氯发生器作为加压站的消毒设备，并根据清水池的储水能力确定一、二加压站的二氧化氯发生器的额定发生量分别为
4 投加点和投加量的确定
4.1 投加点的确定
为确保一、二加压站清水池的储水符合水质标准的要求，二氧化氯的投加设定为两点投加。第一投加点两个加压站均设在清水池的总进水管上，通过进入清水池的流量信号控制和调节二氧化氯的发生量和投加量；第二投加点一站设在水泵吸水管路上，二站设在水泵吸水井内，均通过出水管路上的二氧化氯残留量反馈控制和调节二氧化氯的发生量和投加量。
4.2 投加量的确定
目前我国尚未出台有关二氧化氯投加量控制的国家标准或行业标准，在重庆市技术监督局１９９７年发布的地方标准《二氧化氯消毒生活饮用水卫生标准》中，规定出厂水中二氧化氯残余量大于０.０５mg/L，管网末梢二氧化氯残余量大于０.０２mg/L。通过参考国外其他国家的有关标准值，确定加压站进水管路上二氧化氯投加量为０.２～０.4mg/L，出水管路上二氧化氯的残余量为０.０5～０.３mg/L。
国外对二氧化氯消毒剂的使用标准
|
国家 |
二氧化氯投加量 |
消毒剂残余量 |
|
美国 |
＜0.8 mg/L |
ClO2+ ClO2-+ ClO3- ≤1.0 mg/L |
|
比利时 |
＜0.5 mg/L |
|
|
德国 |
0.2 ~ 0.4 mg/L |
0.05 ~ 0.2 mg/L |
|
英国 |
|
ClO2+ ClO2- ≤0.5 mg/L |
|
西班牙 |
＜0.3 mg/L |
|
|
瑞典 |
＜0.7 mg/L |
|
|
荷兰 |
＜0.2 mg/L |
|
5 二氧化氯发生器试运行情况
两个供水加压站增设二氧化氯发生器后，经过三个多月的试运行，已基本满足正常使用要求。加压站通过二氧化氯的投加，延长了清水池水的停留时间，确保了清水池的储水水质，降低了出厂水的余氯量，改善了整个开发区供水管网的水质，达到了预期效果，产生了明显的经济效益和社会效益。在今后二氧化氯发生器运行中，我们将继续积累运行经验和数据，不断完善和优化系统运行的工况，积极跟踪国内外有关二氧化氯消毒的信息，确保二氧化氯发生器在开发区供水系统中发挥更好的作用。
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