二次供水末端水質應急保障研究

趙曉旻，殷曉嵐，王宏軍

（濟南水務集團有限公司，山東 濟南 250000）

濟南市地形南高北低，東西狹長，供水管網龐大，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，后期隨著小區物業逐步向水務集團移交進行統一管理，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，出廠水要經過數十公里甚至數百公里的距離才能到達用戶，水在管網中流動數小時甚至數天時間，在這個過程中，水質偶爾會受到管網、供水管道及其附屬設備和周邊環境的影響，出現突發狀況。

1 課題研究背景

二次供水泵站在長期運行過程中，由于輸送管線長短不一，末端余氯參差不齊，不可避免的會出現類似余氯較低的突發情況，而目前大部分泵站均未設計應急消毒設備，容易造成因突發原因停水的情況發生。為了保證用戶長期用水安全，針對二次供水泵站現場實際，根據二次供水泵站水質問題突發事件中應急消毒設備應用的要求，尋找一種安全有效、易于調節的二次供水泵站應急消毒方式，實現應急消毒設備對二次供水泵站穩定運行的可靠支持，提升二次供水泵站應對水質突發情況的處理能力，提高末端水質的余氯值和水質安全，切實保障居民的用水安全。

2 研究方法及步驟

2.1 前期調研

目前濟南市區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，為便于應急補氯的及時快速和安全高效，已有部分泵站加裝消毒設施（紫外線）。在日常使用中，因紫外線殺菌沒有持續消毒能力，存在微生物的光復活現象，不能保證余氯值，容易造成末端水細菌復活不達標的情況，無法完全保證水質的安全。且用紫外線產品消毒時，紫外線強度能達到正午太陽光強度的數倍，存在對人體造成一定傷害等弊端。

相比紫外線消毒，次氯酸鈉消毒設備使用過程中只需要鹽水箱內有充足的食鹽用于溶解即可，部分型號的設備還可以實現數據遠傳可控等技術手段，實現智能投加，保證消毒效果及設備長期穩定運行，方便使用、節省人力、節省時間。解決了其他消毒方式存在的安全隱患，為泵站運行提供安全保障，避免安全事故的發生，是目前適用于二次供水泵站較為穩妥的一種消毒方式。

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成本低、操作簡單、安全有保障的次氯酸鈉原液和次氯酸鈉發生器現場制備兩種形式：

次氯酸鈉原液應用于水廠及一級加壓站，但由于原液容易分解，運輸受限，對于只用于應急投加、不經常使用的二次供水泵站，容易造成次氯酸鈉溶液分解失效。

次氯酸鈉發生器現場制備應用于水廠、一級加壓站及二次供水泵站使用，利用電解食鹽水產生的次氯酸鈉溶液進行消毒，安全性高，原材料易于采購，且次氯酸鈉溶液加入水中，具有持續殺菌能力。

由于次氯酸鈉消毒設備相比紫外線前期投資較大，鑒于各泵站的實際運行情況，采用體積小，占地面積小，可快速移動和拆裝，可實現泵站間快速轉移的設備，迅速達到顯著、及時的應急消毒效果。適用普遍泵站使用的小型移動式可拆裝插接連接方式的次氯酸鈉消毒設備，針對二次供水泵站可實行區域性的應急補氯措施。

2.3 二次供水泵站特點

1）水箱式泵站：消毒設備投加點安裝在水箱進水口，投加點無備壓，消毒劑可與進水充分混合，并有足夠的消毒停留時間。

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

2）無負壓式泵站：消毒設備投加點安裝在市政來水總進水處，消毒劑可在前端管道及緩沖罐內與來水充分混合，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。

無負壓式泵站特點為：水罐容積小（大部分容積在0.2 m3左右），停留時間短，進出水流量相對均勻且流量小，高低峰流量偏差大。通過調研發現無負壓供水一般設置高區供水、中區供水，恒壓泵最大流量為16 m3/h，最大的二次供水泵站最多運行2 臺。即所有無負壓供水泵站最大流量為32 m3/h。

2.4 研究方法

根據對二次供水的水質、數據及分布情況進行分析、分類，結合水質中心出具的參數標定等項目權威數據，選取幾個有代表性的站點，實地考察，針對不同類型的二次供水泵站情況提出具體方案及實施方法。結合各泵站實際調研情況進行合理配置，針對長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生器；針對余氯正常的二次供水泵站按比例配備一定數量的次氯酸鈉發生器，用于突發事件應急使用，確保在遇突發情況下，采用移動式次氯酸鈉發生器快速實現應急消毒。依據調研情況及二次供水末端水質應急保障的需要，對具備合作研發的設備廠家進行實地考察調研，制定具體實施方案后，進行應急補氯設備的研發、安裝及相關試驗，對試驗結果進行分析總結，形成系統的二次供水末端水質應急保障方案。

3 應用效果

3.1 應用場景

濟南市燕子山路小區位于歷下區燕子山路38-2 號，屬于老小區，整個小區共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，每小時流量變化不大。小區二次供水站為疊壓供水，進水余氯基本為0.07～0.09 mg/L。

綠地濱河國際城小區位于天橋區濼安路5號，屬于新建小區，小區住戶多，最高層為26 層，每小時用水量為9～20 m3/h，晚上18：00～20：00 和周末用水量最大，周一至周五上班時間用水量小。小區二次供水站為水箱供水，水箱共兩套，底部聯通，總容積100 m3，進水余氯0.15～0.45 mg/L。

3.2 實際應用情況

本次實驗的目的主要分為以下兩部分：一是根據兩個小區二供泵站供水的情況，設置最佳的投加頻率或脈沖，保證兩個小區二供泵站出水余氯達到0.2～0.4 mg/L。二是檢驗智能消毒機配套的氫氣消解裝置運行情況。

3.2.1 燕子山路小區設備應用情況

1）投加效果。該小區進水余氯基本為0.07～0.09 mg/L，設計利用智能消毒機在一定脈沖下，持續穩定投加，保證二供站出水余氯0.2～0.4 mg/L。

在觸摸屏上輸入“進水余氯0.08 mg/L”“瞬時流量0.7 m3/h“”要求出廠余氯0.3 mg/L”，點擊“開始投加”，設備自動投加。投加前取樣檢測試驗記錄詳見表1。

表1 燕子山路小區智能消毒機使用效果

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

3.2.2 綠地濱河國際城小區設備應用情況

1）投加效果。該小區泵站進水余氯在0.15～0.45 mg/L 波動，水箱出水余氯0.18～0.37 mg/L,設計利用智能消毒機在一定脈沖下，持續穩定投加，保證水箱出水余氯0.2～0.4 mg/L。

在觸摸屏上輸入“進水余氯0.2 mg/L”“瞬時流量12 m3/h”“要求出廠余氯0.35 mg/L”，點擊“開始投加”，設備自動投加。投加取樣檢測試驗記錄見表3。

表2 不同時期泵房各個位點的氫氣濃度 ppm

表3 綠地濱河國際城小區智能消毒機使用效果

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

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

3.3 實驗結論

根據實際應用可以看出，采用小型智能次氯酸鈉發生器并且設備設計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，此方法對氫氣排放也有一定消除作用，提升了系統的穩定性，繼而也進一步驗證了該二次供水末端水質應急保障措施的有效性。