供水管网余氯偏低的问题分析

供水管网余氯偏低的问题分析李　荣１ꎬ　胡建坤１ꎬ　陈文杰２ꎬ　张旭东１ꎬ　张学博１(１.天津水务集团有限公司ꎬ天津３０００４２ꎻ２.天津津滨威立雅水业有限公司ꎬ天津３００３００)　　摘　要:　以天津某水厂为例ꎬ针对管网余氯偏低的情况ꎬ分析了水厂近３年加药量ꎬ出厂水和管网水余氯、氨氮、氯氨比ꎬ以及管网水亚硝酸盐的变化规律ꎮ对管网余氯和氨氮的相关性分析结果表明ꎬ两者之间有明显的正线性相关关系ꎬ在只增加出厂水余氯含量的情况下ꎬ由于管网中硝化反应的发生ꎬ使氨氮含量降低ꎬ从而导致管网余氯偏低ꎮ　　关键词:　氯胺ꎻ　消毒ꎻ　管网ꎻ　余氯ꎻ　氨氮ꎻ　硝化反应中图分类号:ＴＵ９９１.３３　　文献标志码:Ｂ　　文章编号:１６７３－９３５３(２０１９)０１－００３１－０４ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７３－９３５３.２０１９.０１.００９ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｌｏｗｒｅｓｉｄｕａｌｃｈｌｏｒｉｎｅｉｎｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｎｅｔｗｏｒｋＬｉＲｏｎｇ１ꎬ　ＨｕＪｉａｎｋｕｎ１ꎬ　ＣｈｅｎＷｅｎｊｉｅ２ꎬ　ＺｈａｎｇＸｕｄｏｎｇ１ꎬ　ＺｈａｎｇＸｕｅｂｏ１(１.ＴｉａｎｊｉｎＷａｔｅｒＧｒｏｕｐＣｏ.Ｌｔｄ.ꎬＴｉａｎｊｉｎ３０００４２ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＴｉａｎｊｉｎＪｉｎｂｉｎＶｅｏｌｉａＷａｔｅｒＣｏＬｔｄ.ꎬＴｉａｎｊｉｎ３００３００ꎬＣｈｉｎａ)　　Ａｂｓｔｒａｃｔ:　ＴａｋｉｎｇａｗａｔｅｒｐｌａｎｔｉｎＴｉａｎｊｉｎａｓａｃａｓｅꎬｆｏｒｔｈｅｉｓｓｕｅｏｆｌｏｗｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｒｅｓｉｄｕａｌｃｈｌｏｒｉｎｅｉｎｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｎｅｔｗｏｒｋꎬｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｒｅｇｕｌａｒｉｔｙｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｄｏｓａｇｅꎬｒｅｓｉｄｕａｌｃｈｌｏｒｉｎｅꎬａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎꎬａｍｍｏｎｉａｔｏｃｈｌｏｒｉｄｅｒａｔｉｏｉｎｂｏｔｈｔｈｅｔｒｅａｔｅｄｗａｔｅｒａｎｄｐｉｐｅｗａｔｅｒꎬａｎｄｎｉｔｒｉｔｅｉｎｐｉｐｅｗａｔｅｒｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｄｕｒｉｎｇ２０１６ｔｏ２０１８.Ｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｗａｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｐｏｓｉｔｉｖｅｌｉｎｅａｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｃｈｌｏｒｉｎｅａｎｄａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎｉｎｐｉｐｅｗａｔｅｒ.Ｗｈｅｎｏｎｌｙｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｃｈｌｏｒｉｎｅｃｏｎｔｅｎｔｉｎｔｈｅｗａｔｅｒｗｏｒｋｓｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄꎬｔｈｅａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｎｔｅｎｔｉｎｔｈｅｐｉｐｅｎｅｔｗｏｒｋｗａｓｌｏｗｄｕｅｔｏｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎꎬｗｈｉｃｈｌｅａｄｓｔｏｔｈｅｌｏｗｒｅｓｉｄｕａｌｃｈｌｏｒｉｎｅｉｎｔｈｅｐｉｐｅｎｅｔｗｏｒｋ.　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:　ｃｈｌｏｒｉｎａｔｉｏｎꎻ　ｄｉｓｉｎｆｅｃｔｉｏｎꎻ　ｐｉｐｅｌｉｎｅｎｅｔｗｏｒｋꎻ　ｒｅｓｉｄｕａｌｃｈｌｏｒｉｎｅꎻ　ａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎꎻ　ｎｉｔｒａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎ　　目前ꎬ许多水厂都采用氯胺作为氯气的替代消毒剂[１－２]ꎮ氯胺容易生成、原料便于运输且安全性更高[３]ꎬ同时能显著降低三氯甲烷、卤乙酸等消毒副产物含量[４－５]ꎮ此外ꎬ氯胺消毒的稳定性好ꎬ杀菌持久性强ꎬ在管网中的持续时间长ꎬ可以有效控制管网中微生物的繁殖和生物膜的形成[６]ꎮ从２０１６年开始ꎬ天津市的自来水厂陆续采用次氯酸钠和硫酸铵的氯胺消毒方式ꎮ次氯酸钠生成和释放ＨＣｌＯ的速度比较缓慢ꎬ当ＨＣＩＯ因消耗而减少时ꎬ氯胺缓慢释放出ＨＣＩＯ持续补充ꎬ从而延长管网中余氯的持续时间ꎬ确保管网末梢的余氯量能满足长距离管网要求而无需中途加氯[７]ꎮ因此ꎬ氯胺消毒在管网较长、供水区域较大的水厂的应用优势更明显[８]ꎮ随着时间的推移ꎬ天津市供水管网余氯偏低的问题逐渐凸显ꎬ且低余氯区间所占比例有逐渐增大的趋势ꎮ笔者以某水厂为例ꎬ通过对比分析其所辖供水管网２０１６—２０１８年的相关生产运行数据ꎬ分析管网余氯和氨氮的相关性ꎬ以期找出余氯偏低的原因ꎬ为水厂生产运行提供参考依据ꎮ􀅰１３􀅰第１３卷　第１期２０１９年２月　　　　　　　　　　　　　　　供水技术ＷＡＴＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　　　　　　　　　　　　　　　Ｖｏｌ.１３Ｎｏ.１Ｆｅｂ.２０１９１　存在的问题天津市Ａ水厂的供水能力为５０×１０４ｍ３/ｄꎬ从２０１６年开始采用次氯酸钠＋硫酸铵的消毒方式ꎬ其所辖供水管网中２０１６—２０１８年的余氯浓度如表１所示ꎮ表１　２０１６—２０１８年Ａ水厂所辖管网余氯Ｔａｂ.１　ＲｅｓｉｄｕａｌｃｈｌｏｒｉｎｅｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅｎｅｔｗｏｒｋｏｆｗａｔｅｒｗｏｒｋｓＡｄｕｒｉｎｇ２０１６ｔｏ２０１８％年份低氯区间(≤０.２ｍｇ/Ｌ)中氯区间(０.３~０.５ｍｇ/Ｌ)高氯区间(≥０.６ｍｇ/Ｌ)２０１６年２.５０３.５０９４.００２０１７年１１.３０１５.２０７３.５０２０１８年１６.５０１８.６０６４.９０　　从表１可以看出ꎬＡ水厂所辖管网中低氯和中氯区间占比逐年增大ꎬ存在余氯衰减速度加快、余氯偏低的问题ꎮ经消毒后余氯合格的出厂水在供水管网中发生了复杂的反应ꎬ使余氯浓度存在不同程度的下降ꎮ２　原因分析２􀆰１　加药量根据Ａ水厂２０１６—２０１８年次氯酸钠和硫酸钠的加药量ꎬ计算得到其氯氨比如图１所示ꎮ月份12.010.08.06.04.02.0氯氨比12345678910112016年2017年2018年年份：图１　Ａ水厂氯氨比的变化Ｆｉｇ.１　Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｃｈｌｏｒｉｎｅｔｏａｍｍｏｎｉａｒａｔｉｏ２０１６—２０１８年ꎬＡ水厂次氯酸钠投加量逐年上升ꎬ尤其在每年５—１０月消耗量较大ꎬ这可能与环境温度升高导致水体中藻类等耗氯物质大量增加有关ꎮ硫酸铵的投加量变化不大ꎬ在０.４~０.６ｍｇ/Ｌ内ꎻ氯氨比的变化趋势与次氯酸钠投加量相同ꎬ即逐年增加ꎬ且每年６—１０月较大ꎬ在８~１０之间ꎮ２􀆰２　余氯、氨氮与氯氨比药剂投加量的变化会引起出厂水和管网水中余氯、氨氮、氯氨比等指标的变化ꎬ具体数据见表２、表３ꎮ表２　Ａ水厂出厂水余氯、氨氮和氯氨比Ｔａｂ.２　ＲｅｓｉｄｕａｌｃｈｌｏｒｉｎｅꎬａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎꎬａｍｍｏｎｉａｔｏｃｈｌｏｒｉｄｅｒａｔｉｏｉｎｔｈｅｔｒｅａｔｅｄｗａｔｅｒｏｆＡｗａｔｅｒｗｏｒｋｓ年份余氯/(ｍｇ􀅰Ｌ－１)氨氮/(ｍｇ􀅰Ｌ－１)氯氨比２０１６年１.０８３±０.００４０.３９９±０.００１２.７１９±０.００９２０１７年１.０１９±０.００３０.４１１±０.００１２.４８３±０.００７２０１８年１.１５３±０.００５０.４１２±０.００１２.８０１±０.０１３　　从表２可以看出ꎬＡ水厂２０１８年出厂水余氯比前两年升高ꎬ且波动也较大ꎻ氨氮的变化较小ꎻ氯氨比的变化与余氯相同ꎬ主要由余氯的变化引起ꎬ这与水厂加药量的变化趋势相吻合ꎮ表３　Ａ水厂管网水余氯、氨氮、氯氨比Ｔａｂ.３　ＲｅｓｉｄｕａｌｃｈｌｏｒｉｎｅꎬａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎꎬａｍｍｏｎｉａｔｏｃｈｌｏｒｉｄｅｒａｔｉｏｉｎｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅｗａｔｅｒｏｆＡｗａｔｅｒｗｏｒｋｓ年份余氯/(ｍｇ􀅰Ｌ－１)氨氮/(ｍｇ􀅰Ｌ－１)氯氨比２０１６年０.８５７±０.００７０.３７６±０.００３２.３２７±０.０２５２０１７年０.６９１±０.０１１０.３３８±０.００４２.１２１±０.０４８２０１８年０.６６１±０.１６３０.３０６±０.００６２.３７１±０.０９４　　从表３可以看出:Ａ水厂管网水余氯含量逐年下降ꎬ且变化范围较大ꎻ管网中氨氮含量逐年减小ꎮ余氯和氨氮的共同变化ꎬ也使氯氨比产生波动ꎮＡ水厂出厂水余氯２０１６年主要在１.０~１.１ｍｇ/Ｌꎬ２０１７年主要在０.８５~１.１３ｍｇ/Ｌꎮ２０１８年则集中分布在(１.０~１.１５)和(１.１５~１.３)ｍｇ/Ｌ这两个区间内ꎬ１.１５ｍｇ/Ｌ以上的余氯占比增大ꎬ导致年均余氯大于前两年ꎬ这与２０１８年水厂氯耗大于２０１６年和２０１７年一致ꎮ从图２、图３可以看出ꎬＡ水厂２０１６—２０１８年出厂水氨氮的变化不大ꎬ在０.３５~０.４５ｍｇ/Ｌ内均匀分布ꎮ受余氯变化影响ꎬＡ水厂２０１６—２０１８年出厂水氯氨比具有相似的变化趋势ꎮ从图３可以直观地看出ꎬＡ水厂管网水中低氯和中氯区间所占比例逐年增大ꎻ氨氮含量逐年减小ꎬ波动幅度大ꎬ氨氮在０.２ｍｇ/Ｌ以下的占比增加ꎻ氯氨比平均值的变化较小ꎬ但分布波动幅度较大ꎮ２􀆰３　余氯与氨氮的相关性分析利用ＳＰＳＳ软件对管网余氯和氨氮进行相关分析ꎬ结果如表４所示ꎮ２０１６—２０１８年的Ｐｅａｒｓｏｎ相关系数分别为０.７０２ꎬ０.７８３和０.７８８ꎬＰ＝０.０００ꎬ可以认为管网余氯与管网氨氮之间呈强正线性相关关系ꎮ􀅰２３􀅰第１３卷　第１期　　　　　　　　　　　　　　　　供　水　技　术　　　　　　　　　　　　　　　　２０１９年２月A水厂出厂水2018年氯氨比分布A水厂出厂水2017年氯氨比分布A水厂出厂水2016年氯氨比分布Mean=1.01899Std.Dev.=0.051495N=344Frequency0.800A水厂出厂水2016年余氯分布0.8001.0001.1001.2001.3001.4006050403020100Mean=1.08349Std.Dev.=0.081454N=437Frequency2520151050Mean=1.15331Std.Dev.=0.090796N=3020.900A水厂出厂水2017年余氯分布0.9501.0001.0501.1001.150A水厂出厂水2018年余氯分布1.0001.1001.2001.3001.400A水厂出厂水2016年氨氮分布50403020100Frequency6050403020100FrequencyMean=0.3992Std.Dev.=0.024112N=437Mean=0.3992Std.Dev.=0.025324N=3440.4500.4000.3500.30050403020100Frequency0.3500.4000.4500.500A水厂出厂水2017年氨氮分布A水厂出厂水2018年氨氮分布0.3600.3800.4000.4200.4400.460Mean=0.41199Std.Dev.=0.009498N=3026050403020100FrequencyMean=2.71878Std.Dev.=0.199959N=437806040200FrequencyFrequency806040200Mean=2.48324Std.Dev.=0.128538N=344Mean=2.80076Std.Dev.=0.228868N=3022.2002.4002.6002.8003.0003.2003.4003.6002.0002.2502.5002.7503.0003.2502.0002.2502.5002.7503.0003.2503.500图２　Ａ水厂出厂水余氯、氨氮与氯氨比Ｆｉｇ.２　ＲｅｓｉｄｕａｌｃｈｌｏｒｉｎｅꎬａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎꎬａｍｍｏｎｉａｔｏｃｈｌｏｒｉｄｅｒａｔｉｏｉｎｔｈｅｔｒｅａｔｅｄｗａｔｅｒｏｆＡｗａｔｅｒｗｏｒｋｓMean=0.85743Std.Dev.=0.18055N=603Frequency250200150100500A水厂管网水2016年总氯分布00.2000.4000.6000.8001.0001.200Frequency200150100500Mean=0.69065Std.Dev.=0.268272N=638Frequency100806040200Mean=0.669097Std.Dev.=0.317906N=38200.2000.4000.6000.8001.0001.200A水厂管网水2017年总氯分布00.2000.4000.6000.8001.0001.200A水厂管网水2018年总氯分布Frequency10080604020