二次供水末端水質(zhì)應(yīng)急保障研究

趙曉旻，殷曉嵐，王宏軍

（濟(jì)南水務(wù)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

濟(jì)南市地形南高北低，東西狹長(zhǎng)，供水管網(wǎng)龐大，加上建筑物高度越建越高，為了滿足用戶的供水壓力需求，彌補(bǔ)城市管線供水壓力不足等缺陷，越來越多二次供水泵站投入運(yùn)行。目前加壓供水管理部下轄349 座二次供水泵站，后期隨著小區(qū)物業(yè)逐步向水務(wù)集團(tuán)移交進(jìn)行統(tǒng)一管理，2023 年加壓供水管理部還要接收100 座左右，二次供水泵站數(shù)量較多，管理難度逐步增大。

二次供水泵站作為城市公共供水的重要組成部分，目前水源多為市政自來水水廠經(jīng)處理合格后通過管道輸送的水。在城市供水過程中，出廠水要經(jīng)過數(shù)十公里甚至數(shù)百公里的距離才能到達(dá)用戶，水在管網(wǎng)中流動(dòng)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天時(shí)間，在這個(gè)過程中，水質(zhì)偶爾會(huì)受到管網(wǎng)、供水管道及其附屬設(shè)備和周邊環(huán)境的影響，出現(xiàn)突發(fā)狀況。

1 課題研究背景

二次供水泵站在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，由于輸送管線長(zhǎng)短不一，末端余氯參差不齊，不可避免的會(huì)出現(xiàn)類似余氯較低的突發(fā)情況，而目前大部分泵站均未設(shè)計(jì)應(yīng)急消毒設(shè)備，容易造成因突發(fā)原因停水的情況發(fā)生。為了保證用戶長(zhǎng)期用水安全，針對(duì)二次供水泵站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，根據(jù)二次供水泵站水質(zhì)問題突發(fā)事件中應(yīng)急消毒設(shè)備應(yīng)用的要求，尋找一種安全有效、易于調(diào)節(jié)的二次供水泵站應(yīng)急消毒方式，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急消毒設(shè)備對(duì)二次供水泵站穩(wěn)定運(yùn)行的可靠支持，提升二次供水泵站應(yīng)對(duì)水質(zhì)突發(fā)情況的處理能力，提高末端水質(zhì)的余氯值和水質(zhì)安全，切實(shí)保障居民的用水安全。

2 研究方法及步驟

2.1 前期調(diào)研

目前濟(jì)南市區(qū)二次供水泵站大致分為兩種情況：一種是水箱式恒壓供水；另一種是無負(fù)壓恒壓供水。目前加壓供水管理部所管轄的二次供水泵站多為無人值守，有人巡檢管理模式的地下泵站，且泵房空間有限，為便于應(yīng)急補(bǔ)氯的及時(shí)快速和安全高效，已有部分泵站加裝消毒設(shè)施（紫外線）。在日常使用中，因紫外線殺菌沒有持續(xù)消毒能力，存在微生物的光復(fù)活現(xiàn)象，不能保證余氯值，容易造成末端水細(xì)菌復(fù)活不達(dá)標(biāo)的情況，無法完全保證水質(zhì)的安全。且用紫外線產(chǎn)品消毒時(shí)，紫外線強(qiáng)度能達(dá)到正午太陽光強(qiáng)度的數(shù)倍，存在對(duì)人體造成一定傷害等弊端。

相比紫外線消毒，次氯酸鈉消毒設(shè)備使用過程中只需要鹽水箱內(nèi)有充足的食鹽用于溶解即可，部分型號(hào)的設(shè)備還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳可控等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)智能投加，保證消毒效果及設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，方便使用、節(jié)省人力、節(jié)省時(shí)間。解決了其他消毒方式存在的安全隱患，為泵站運(yùn)行提供安全保障，避免安全事故的發(fā)生，是目前適用于二次供水泵站較為穩(wěn)妥的一種消毒方式。

2.2 方法比較

目前二次供水泵站比較常用的次氯酸鈉消毒方式是使用維護(hù)成本低、操作簡(jiǎn)單、安全有保障的次氯酸鈉原液和次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場(chǎng)制備兩種形式：

次氯酸鈉原液應(yīng)用于水廠及一級(jí)加壓站，但由于原液容易分解，運(yùn)輸受限，對(duì)于只用于應(yīng)急投加、不經(jīng)常使用的二次供水泵站，容易造成次氯酸鈉溶液分解失效。

次氯酸鈉發(fā)生器現(xiàn)場(chǎng)制備應(yīng)用于水廠、一級(jí)加壓站及二次供水泵站使用，利用電解食鹽水產(chǎn)生的次氯酸鈉溶液進(jìn)行消毒，安全性高，原材料易于采購(gòu)，且次氯酸鈉溶液加入水中，具有持續(xù)殺菌能力。

由于次氯酸鈉消毒設(shè)備相比紫外線前期投資較大，鑒于各泵站的實(shí)際運(yùn)行情況，采用體積小，占地面積小，可快速移動(dòng)和拆裝，可實(shí)現(xiàn)泵站間快速轉(zhuǎn)移的設(shè)備，迅速達(dá)到顯著、及時(shí)的應(yīng)急消毒效果。適用普遍泵站使用的小型移動(dòng)式可拆裝插接連接方式的次氯酸鈉消毒設(shè)備，針對(duì)二次供水泵站可實(shí)行區(qū)域性的應(yīng)急補(bǔ)氯措施。

2.3 二次供水泵站特點(diǎn)

1）水箱式泵站：消毒設(shè)備投加點(diǎn)安裝在水箱進(jìn)水口，投加點(diǎn)無備壓，消毒劑可與進(jìn)水充分混合，并有足夠的消毒停留時(shí)間。

水箱式泵站特點(diǎn)：水箱容量較大（大部分容積約在90 m3）；停留時(shí)間長(zhǎng)（按平均用水量可停留4~10 h 不等）；有時(shí)進(jìn)水流量較大。

2）無負(fù)壓式泵站：消毒設(shè)備投加點(diǎn)安裝在市政來水總進(jìn)水處，消毒劑可在前端管道及緩沖罐內(nèi)與來水充分混合，考慮到市政來水有一定備力，故消毒劑投加泵選用了高輸出壓力投加泵（輸出壓力1 MPa），可保證消毒劑正常加入來水管道。

無負(fù)壓式泵站特點(diǎn)為：水罐容積小（大部分容積在0.2 m3左右），停留時(shí)間短，進(jìn)出水流量相對(duì)均勻且流量小，高低峰流量偏差大。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)無負(fù)壓供水一般設(shè)置高區(qū)供水、中區(qū)供水，恒壓泵最大流量為16 m3/h，最大的二次供水泵站最多運(yùn)行2 臺(tái)。即所有無負(fù)壓供水泵站最大流量為32 m3/h。

2.4 研究方法

根據(jù)對(duì)二次供水的水質(zhì)、數(shù)據(jù)及分布情況進(jìn)行分析、分類，結(jié)合水質(zhì)中心出具的參數(shù)標(biāo)定等項(xiàng)目權(quán)威數(shù)據(jù)，選取幾個(gè)有代表性的站點(diǎn)，實(shí)地考察，針對(duì)不同類型的二次供水泵站情況提出具體方案及實(shí)施方法。結(jié)合各泵站實(shí)際調(diào)研情況進(jìn)行合理配置，針對(duì)長(zhǎng)期余氯偏低或無余氯的二次供水泵站可安裝固定式次氯酸鈉發(fā)生器；針對(duì)余氯正常的二次供水泵站按比例配備一定數(shù)量的次氯酸鈉發(fā)生器，用于突發(fā)事件應(yīng)急使用，確保在遇突發(fā)情況下，采用移動(dòng)式次氯酸鈉發(fā)生器快速實(shí)現(xiàn)應(yīng)急消毒。依據(jù)調(diào)研情況及二次供水末端水質(zhì)應(yīng)急保障的需要，對(duì)具備合作研發(fā)的設(shè)備廠家進(jìn)行實(shí)地考察調(diào)研，制定具體實(shí)施方案后，進(jìn)行應(yīng)急補(bǔ)氯設(shè)備的研發(fā)、安裝及相關(guān)試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，形成系統(tǒng)的二次供水末端水質(zhì)應(yīng)急保障方案。

3 應(yīng)用效果

3.1 應(yīng)用場(chǎng)景

濟(jì)南市燕子山路小區(qū)位于歷下區(qū)燕子山路38-2 號(hào)，屬于老小區(qū)，整個(gè)小區(qū)共4 棟樓，每棟樓最高6 層，住戶只有20～40 戶，每天用水10 m3左右，平均流量0.5～0.8 m3/h，每小時(shí)流量變化不大。小區(qū)二次供水站為疊壓供水，進(jìn)水余氯基本為0.07～0.09 mg/L。

綠地濱河國(guó)際城小區(qū)位于天橋區(qū)濼安路5號(hào)，屬于新建小區(qū)，小區(qū)住戶多，最高層為26 層，每小時(shí)用水量為9～20 m3/h，晚上18：00～20：00 和周末用水量最大，周一至周五上班時(shí)間用水量小。小區(qū)二次供水站為水箱供水，水箱共兩套，底部聯(lián)通，總?cè)莘e100 m3，進(jìn)水余氯0.15～0.45 mg/L。

3.2 實(shí)際應(yīng)用情況

本次實(shí)驗(yàn)的目的主要分為以下兩部分：一是根據(jù)兩個(gè)小區(qū)二供泵站供水的情況，設(shè)置最佳的投加頻率或脈沖，保證兩個(gè)小區(qū)二供泵站出水余氯達(dá)到0.2～0.4 mg/L。二是檢驗(yàn)智能消毒機(jī)配套的氫氣消解裝置運(yùn)行情況。

3.2.1 燕子山路小區(qū)設(shè)備應(yīng)用情況

1）投加效果。該小區(qū)進(jìn)水余氯基本為0.07～0.09 mg/L，設(shè)計(jì)利用智能消毒機(jī)在一定脈沖下，持續(xù)穩(wěn)定投加，保證二供站出水余氯0.2～0.4 mg/L。

在觸摸屏上輸入“進(jìn)水余氯0.08 mg/L”“瞬時(shí)流量0.7 m3/h“”要求出廠余氯0.3 mg/L”，點(diǎn)擊“開始投加”，設(shè)備自動(dòng)投加。投加前取樣檢測(cè)試驗(yàn)記錄詳見表1。

表1 燕子山路小區(qū)智能消毒機(jī)使用效果

2）氫氣處理效果。電解制備次氯酸鈉消毒液時(shí)會(huì)有氫氣產(chǎn)生，而JZ-300 智能消毒機(jī)配有氫氣消解裝置，可以解決密閉空間氫氣無法外排的問題。試驗(yàn)表明：投加量在0.028 L/h 條件下，泵站出水余氯穩(wěn)定在0.2～0.4 mg/L 之間。設(shè)備在啟動(dòng)制備的前20 min 內(nèi)，會(huì)有少量氫氣釋放（最高濃度287ppm，在安全范圍內(nèi)），20 min 后無氫氣排放詳見表2。

3.2.2 綠地濱河國(guó)際城小區(qū)設(shè)備應(yīng)用情況

1）投加效果。該小區(qū)泵站進(jìn)水余氯在0.15～0.45 mg/L 波動(dòng)，水箱出水余氯0.18～0.37 mg/L,設(shè)計(jì)利用智能消毒機(jī)在一定脈沖下，持續(xù)穩(wěn)定投加，保證水箱出水余氯0.2～0.4 mg/L。

在觸摸屏上輸入“進(jìn)水余氯0.2 mg/L”“瞬時(shí)流量12 m3/h”“要求出廠余氯0.35 mg/L”，點(diǎn)擊“開始投加”，設(shè)備自動(dòng)投加。投加取樣檢測(cè)試驗(yàn)記錄見表3。

表2 不同時(shí)期泵房各個(gè)位點(diǎn)的氫氣濃度 ppm

表3 綠地濱河國(guó)際城小區(qū)智能消毒機(jī)使用效果

2）氫氣處理效果。電解制備次氯酸鈉消毒液時(shí)會(huì)有氫氣產(chǎn)生，而JZ-300 智能消毒機(jī)配有氫氣消解裝置，可以解決密閉空間氫氣無法外排的問題。

試驗(yàn)表明：投加量為0.24 L/h 時(shí)，水箱出水穩(wěn)定在0.2～0.4 mg/L。制備次氯酸鈉消毒液前20 min，會(huì)有少量氫氣釋放，30 min 后，氫氣排放濃度降為0。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用可以看出，采用小型智能次氯酸鈉發(fā)生器并且設(shè)備設(shè)計(jì)中加裝稀釋氫氣裝置的方法可以有效保障出水余氯值。同時(shí)，此方法對(duì)氫氣排放也有一定消除作用，提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，繼而也進(jìn)一步驗(yàn)證了該二次供水末端水質(zhì)應(yīng)急保障措施的有效性。