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兩級(jí)次氯酸鈉消毒在長距離原水輸送中的系統(tǒng)選擇及設(shè)計(jì)

2022-02-04 13:44劉占會(huì)郭冬艷
供水技術(shù) 2022年6期
關(guān)鍵詞:計(jì)量泵有效氯儲(chǔ)液

劉占會(huì), 郭冬艷, 魏 旭

(1.徐州金石工程技術(shù)咨詢有限公司,江蘇徐州221111;2.徐州市環(huán)境監(jiān)測中心,江蘇徐州220006;3.中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司,湖北武漢430061)

長期運(yùn)行的長距離輸水管道的管壁上會(huì)附著并生長多種微生物,形成生物膜,造成水體的污染和水流動(dòng)阻力的增加[1]。此外,湖泊水體中可能存在的貝類幼體進(jìn)入輸水管道內(nèi),并附著在管道內(nèi)壁上,隨著其生長變大,造成管道輸送能力的下降[2]。根據(jù)國內(nèi)原水輸水管水生生物、微生物孳生抑制的經(jīng)驗(yàn),投加氯予以抑制甚至滅活水生生物、微生物及貝類是目前應(yīng)用最廣泛的方法[3]。采用次氯酸鈉代替液氯的氧化作用,可進(jìn)一步減少消毒副產(chǎn)物(DBPs)的產(chǎn)生[4],其運(yùn)輸、儲(chǔ)存與投加操作比液氯更為簡單、方便和安全[5]。

1 工程概況

徐州市某原水輸送工程取水規(guī)模30×104m3/d,沿途向3個(gè)水廠輸送原水,輸送規(guī)模分別為5×104、10×104、15×104m3/d,總輸送距離63 km,如圖1所示。原水水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)為Ⅲ類,主要污染因子是高錳酸鹽指數(shù)和硫酸鹽,原水藻類高,優(yōu)勢種類為綠藻。針對(duì)高錳酸鹽指數(shù)含量較高條件下的微污染水,水廠設(shè)計(jì)時(shí)采用生物預(yù)處理+常規(guī)處理+臭氧-活性炭吸附深度處理工藝。為應(yīng)對(duì)藻類大規(guī)模爆發(fā)等重大污染事件,在取水泵站設(shè)置高錳酸鉀和粉末活性炭投加設(shè)施,系應(yīng)急投加。為應(yīng)對(duì)微生物及貝類在輸水管道內(nèi)的孳生,在取水泵站和加壓泵站設(shè)置次氯酸鈉投加設(shè)施,系常規(guī)投加。

圖1 工程概化圖Fig.1 General graph of the project

2 系統(tǒng)選擇

2.1 消毒方式

采用次氯酸鈉消毒時(shí),可購買商品次氯酸鈉溶液或通過次氯酸鈉發(fā)生器電解食鹽水現(xiàn)場制取。用于現(xiàn)場制備的次氯酸鈉發(fā)生器利用鈦陽極電解食鹽水產(chǎn)生次氯酸鈉,反應(yīng)方程式為:NaCl+H2O→NaClO+H2。在現(xiàn)場制備次氯酸鈉過程中有氫氣產(chǎn)生,氫氣的爆炸極限為體積濃度的4.0%~75.6%,其火災(zāi)危險(xiǎn)性為甲類[6],因此需采取措施將氫氣濃度控制在1%以下,使其不具有可燃性。此外,次氯酸鈉發(fā)生器還存在電極結(jié)垢、食鹽水需每日配置等問題。

商品次氯酸鈉溶液有效氯濃度為10%,一般由供應(yīng)商采用槽罐車運(yùn)送至水廠或泵站,儲(chǔ)存于儲(chǔ)液罐中。與現(xiàn)場制備次氯酸鈉相比,投加商品液系統(tǒng)簡單,前期投入低。但10%次氯酸鈉溶液屬于危險(xiǎn)化學(xué)品,運(yùn)輸安全性差[7]。商品次氯酸鈉溶液中的有效氯易受日光、溫度的影響而分解,有效氯濃度會(huì)隨時(shí)間的推移而降低。

綜合以上分析,結(jié)合工程周邊次氯酸鈉貨源充足、保證率高的情況,本工程采用商品次氯酸鈉溶液投加。

2.2 投加位置

次氯酸鈉一般投加在地表水的取水口,可控制微生物及貝類在輸水管道內(nèi)的生長繁殖, 還起到一定的消毒殺菌效果,使水廠出水水質(zhì)得以明顯改善。但次氯酸鈉投加量過大會(huì)造成毒性較大的副產(chǎn)物三鹵甲烷(THMs)生成,影響水質(zhì)安全[8]。次氯酸鈉投加時(shí)既要考慮輸水距離及運(yùn)行時(shí)間,又要考慮投加濃度的影響。本工程取水規(guī)模分期及原水在管道中的運(yùn)行時(shí)間見表1。

表1 取水規(guī)模和運(yùn)行時(shí)間Tab.1 Scale of water intaking and operation time

由表1可知,從取水泵站到水廠3,原水在管道中的運(yùn)行時(shí)間最短為15 h,最長達(dá)到63 h。為了使次氯酸鈉投加濃度不致過高,并且保證原水管線末端有一定的余氯量,本工程在取水泵站和加壓泵站同時(shí)建設(shè)次氯酸鈉投加設(shè)施。在取水泵站,次氯酸鈉投加至吸水井前端。在加壓泵站,次氯酸鈉投加至調(diào)節(jié)池進(jìn)水管。

3 加氯設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1.1投加量

在取水泵站、加壓泵站內(nèi)設(shè)置加氯間,為避免產(chǎn)生副產(chǎn)物,平均投加量按2.0 mg/L(有效氯1.0 mg/L)為宜,最大投加量3.0 mg/L(有效氯1.5 mg/L)。

3.1.2儲(chǔ)液罐容積

考慮到有效氯濃度的維持受環(huán)境溫度影響較大,儲(chǔ)液罐容積按最大加注量的5 d用量確定。

3.1.3投加濃度

投加商品次氯酸鈉溶液,有效氯濃度10%。

3.2 設(shè)備參數(shù)及選型

3.2.1計(jì)量泵

計(jì)量泵是最常用的投加計(jì)量設(shè)備,一般采用隔膜計(jì)量泵。本工程選用數(shù)字式投加隔膜計(jì)量泵,流量可在0到最大額定流量之間任意調(diào)節(jié),安全性能高,計(jì)量輸送精確,調(diào)節(jié)直觀清晰。計(jì)量泵流量計(jì)算公式如下:

(1)

式中:Q為計(jì)量泵流量,L/h;Q0為原水輸送流量,m3/h;c為投加濃度,mg/L;ρ為商品次氯酸鈉密度,kg/m3;w為商品次氯酸鈉有效氯濃度,一般取10%(質(zhì)量濃度);n為計(jì)量泵工作臺(tái)數(shù)。

取水泵站設(shè)置3臺(tái)隔膜計(jì)量泵,2用1備,單泵參數(shù)為:流量375 L/h,揚(yáng)程30 m,功率1.5 kW。加壓泵站設(shè)置3臺(tái)隔膜計(jì)量泵,2用1備,單泵參數(shù)為:流量375 L/h,揚(yáng)程30 m,功率1.5 kW。由于次氯酸鈉溶液呈堿性,泵頭及隔膜材質(zhì)須具有極好的耐腐蝕性。

3.2.2儲(chǔ)液罐

與儲(chǔ)液池相比,儲(chǔ)液罐占地面積小,搬運(yùn)靈活,無需考慮池體防腐。儲(chǔ)液罐一般采用耐腐性的塑料材質(zhì),整體一次成型,無焊接縫,抗沖擊,抗老化,重量輕,本工程采用PE材質(zhì)儲(chǔ)液罐。

取水泵站設(shè)置2個(gè)次氯酸鈉儲(chǔ)液罐,單罐有效容積為15 m3,尺寸為φ2.8 m×3.3 m。加壓泵站設(shè)置2個(gè)次氯酸鈉儲(chǔ)液罐,單罐有效容積為10 m3,尺寸為φ2.3 m×3.0 m。

3.2.3卸料泵

槽罐車卸料時(shí),卸料泵將商品次氯酸鈉溶液輸送至儲(chǔ)液罐內(nèi),具有較高的強(qiáng)度,較好的耐腐性等。

取水泵站設(shè)置2臺(tái)卸料泵,1用1備,單泵參數(shù)為:流量20 m3/h,揚(yáng)程20 m,功率2.2 kW。加壓泵站設(shè)置2臺(tái)卸料泵,1用1備,單泵參數(shù)為:流量20 m3/h,揚(yáng)程20 m,功率2.2 kW。

3.3 投加系統(tǒng)

次氯酸鈉投加系統(tǒng)由卸料泵、儲(chǔ)液罐、過濾器、計(jì)量泵、安全閥、脈沖阻尼器、壓力表、背壓閥等基本部件組成,如圖2所示。過濾器過濾溶液中的雜質(zhì),保證計(jì)量泵安全和正常運(yùn)行,脈沖阻尼器將計(jì)量泵輸出的脈沖流轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的連續(xù)流,背壓閥使計(jì)量泵保持一定的輸出壓力,當(dāng)投加壓力過高時(shí)安全閥可自動(dòng)將溶液釋放回流至儲(chǔ)液罐。供應(yīng)商用槽罐車運(yùn)送商品次氯酸鈉溶液至泵站后,由卸料泵將商品次氯酸鈉溶液輸送至儲(chǔ)液罐,再經(jīng)計(jì)量泵投加至投加點(diǎn)。投加管路為PVC管,具有耐次氯酸鈉腐蝕性。

圖2 NaClO投加示意Fig.2 Schematic diagram of NaClO dosing

3.4 加氯間布置

加氯間應(yīng)布置在靠近投加點(diǎn)的位置。以加壓泵站加氯間為例,其平面尺寸為10.5 m×8.0 m,凈高為5.7 m。計(jì)量泵安裝在撬架上,儲(chǔ)液罐安裝在隔液池內(nèi)。隔液池平面尺寸為7.6 m×3.8 m,深0.75 m。隔液池設(shè)置集水坑,集水坑平面尺寸為0.6 m×0.6 m,深0.6 m。集水坑設(shè)置放空管,排至室外漏液池。漏液池平面尺寸為3.0 m×2.3 m,深1.6 m。加氯間布置見圖3、圖4。

圖3 加氯間平面Fig.3 Plan of chlorination room

圖4 加氯間剖面Fig.4 Section of chlorination room

3.5 防腐、通風(fēng)和安全保護(hù)

3.5.1防腐

考慮到環(huán)氧防腐會(huì)與次氯酸鈉發(fā)生反應(yīng),混凝土池壁及環(huán)氧樹脂會(huì)逐漸侵蝕和剝落[9],加氯間隔液池池壁及地面采用耐堿水泥砂漿和耐堿瓷磚,瓷磚規(guī)格不大于0.3 m×0.3 m;內(nèi)墻面采用耐堿水泥砂漿。

3.5.2通風(fēng)

次氯酸鈉溶液存在微量的溶液分解和揮發(fā)氣體,為改善室內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量,設(shè)置機(jī)械通風(fēng),每小時(shí)換氣8~12次。加氯間安裝2臺(tái)低位軸流風(fēng)機(jī),單臺(tái)流量為2 208 m3/h,功率為0.06 kW。

3.5.3安全保護(hù)

加氯間出入口設(shè)置洗眼器,為操作人員提供不慎接觸到次氯酸鈉溶液后的應(yīng)急自救設(shè)施。

4 結(jié)語

次氯酸鈉消毒因投加方便、運(yùn)行安全、消毒效果好且持久、消毒副產(chǎn)物低等優(yōu)點(diǎn),已在原水輸送和凈水處理中得到越來越多的應(yīng)用。在取水泵站、加壓泵站同時(shí)設(shè)置次氯酸鈉投加設(shè)施,既可使長距離原水管線全程保有一定的余氯量,控制微生物和貝類的孳生,又避免了因投加濃度過高而產(chǎn)生副產(chǎn)物。原水管線兩級(jí)投加商品次氯酸鈉溶液,操作簡單,管理靈活,對(duì)類似工程有借鑒意義。

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