清水池通风口影响氯耗实例
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摘要：从我市两个水厂的理论与实际生产氯耗相互矛盾出发，分析推断江北水厂清水池通风口挥发面积大消耗游离性余氯导致高氯耗；通过统一更换，半年多的生产数据表明江北水厂氯耗在更换通风口后明显降低，从而证明清水池通风口也是影响氯耗的主要因素之一，进而引出“到底多大的通风面积是合适的?”这一问题供大家探讨。
关键词：清水池通风口 氯耗 挥发
??在我市江北水厂和河南岸水厂（下称南岸水厂）的生产中，我们发现江北水厂在水源水质、生产条件占优的情况下，氯耗明显高于南岸水厂。通过分析推断，确认是由于江北水厂清水池通风口挥发面积大消耗游离性余氯造成的。2003年11月，两个水厂的清水池通风口进行了统一更换，半年多的生产数据表明江北水厂氯耗在更换通风口后明显降低。
一、两个水厂生产数据显示江北水厂氯耗比南岸水厂高
??长期以来两个水厂的生产数据显示，南岸水厂的总氯耗和滤后水余氯一直低于江北水厂。表一是两个水厂2003年1～7月生产月报表统计，日常生产情况可从表二的生产日志上得到体现，它代表了2004年前两个水厂生产数据关系的最普遍情况。
①、表一生产月报表统计：2003年1～7月南岸水厂平均总氯耗是0.883Kg/dam3,而江北水厂是1.233 Kg/dam3,比南岸水厂高0.35 Kg/dam3。
②、生产日志显示江北水厂出厂水与滤后水余氯的差值高达0.2～0.3mg/l，而南岸水厂两者之差只有0.05mg/l。这表示要保证同样的出厂水余氯，江北水厂就必须要有较高的滤后水余氯，即江北水厂从滤后水到出厂水的余氯消耗要比南岸水厂高0.2mg/l左右。
③、生产日志还显示两个水厂的后氯耗基本相同，那江北水厂滤后水余氯为什么会明显高于南岸水厂？我们分析原因有：一是江北水厂较高的前氯耗保证了滤前水余氯保持在0.1 mg/l，这个余氯与后加氯量一迭加，可使江北水厂的滤后水余氯提高0.1～0.2mg/l，而南岸水厂滤前水余氯一般在0.01～0.03 mg/l，对滤后水影响不大；二是江北水厂滤池工作条件保证了滤后水浊度优于南岸水厂，而低浊度的水质不但有利于消毒、防止细菌重新繁殖，还可使配水系统保持适当余氯、降低细菌病毒数目，相应地提高了氯消毒的余氯值。
??从数据分析②、③的关系中知道：前加氯与后加氯的迭加才保证了滤后水较高的余氯，如不投加前氯，江北水厂的后氯耗必须提高才能保证较高的滤后水余氯，因此江北水厂总氯耗应是大于南岸水厂。这一事实与两个水厂生产条件比较应有的氯耗关系是相矛盾的。
二、两个水厂生产条件的比较
??江北水厂和南岸水厂同为东江水源，吸水口相距三公里，两个水厂水处理工艺流程相同如图一。江北水厂是1999年9月建成投产的一期20万M3/天，南岸水厂是1991～1993年分三期建成的18万M3/天，两个水厂都是二次投氯，其中投矾、投氯均采用自动监控系统完成。两个水厂最大的区别就是南岸水厂滤池是虹吸大阻力普通快滤池，而江北水厂则是V型均质滤料气水反冲快滤池，过滤效果明显好于南岸水厂。
1、生产数据准确可*，是可比的
??在对数据进行统计比较时，我们保证了两个水厂生产数据的准确可*，是可比的。一是保证在线仪表采样点和读数的一致性：两个水厂浊度、余氯采样位置、采样时间基本相同；二是仪表的准确与稳定性可*：两个水厂的浊度仪都是HACH的1720C和1720D，江北水厂的余氯仪是2台Captial的1870E余氯分析仪，南岸水厂则是3台W&T的DEPLOX 3余氯分析仪；三是仪表的标定与每日一次的读数校对均由化验室工作人员完成。
2、两个水厂水源水质比较
??由于南岸水厂吸水口位于江北水厂下游三公里处，一般情况，上游江北水厂的水质应略好于下游的南岸水厂；而且河南岸吸水口选在河流丁字坝上游三、四十米水流相对阻留处，水质相对江北的顺畅又稍逊一筹。市水质监测站通过对两个水厂长期的水质监测，总结出江北水厂源水水质一般好于南岸水厂源水。表三是市水质监测站对两个水厂2003年6、7月的源水、出厂水每月1次随机的水质全分析中影响液氯消毒效果的水质参数摘抄，它代表了两个水厂水质的普遍情况。
??从表一和表三中可以确认河南岸源水浊度略高于江北水厂，源水的氨氮、硝酸盐氮等耗氯参数也是南岸水厂略高于江北水厂。综合各项水质参数，可以确认江北水厂源水水质优于南岸水厂，理论上江北水厂氯耗应小于南岸水厂。
3、滤池工作情况比较
??由于江北水厂是99年底投产，采用V型均质滤料长柄滤头气水反冲快滤池，PLC自动监控：恒水位滤水、以滤水周期或堵塞度<1M时自动反冲。一般只要滤前水浊度控制在4～6NTU正常滤水，滤后水浊度就能保持在0.2NTU以下。
??而南岸水厂是1991～1993年间建成的虹吸大阻力水冲普通快滤池，至今已有十多年生产时间。在2002年水源搬迁以前，南岸水厂一直使用97年就降至四、五类水源的西枝江水；而且南岸水厂位于市区，一直是主力生产、调度水厂，滤池长期处于差水质、高负荷、高水量的状态下工作；再加上公司计划对南岸水厂滤池全面改造，近几年一直没有换过滤砂。多种因素的长期积累，使南岸水厂滤池工作状态一直欠佳，为保证合格的出厂水浊度，河南岸滤前水浊度一般都控制在3～4NTU。即使如此其滤后水、出厂水浊度仍高于江北水厂，从表一、表二都可以体现。
??毫无疑问，江北水厂滤池工作效果、滤后水浊度均优于南岸水厂，这也表示江北水厂的滤池有助于降低氯耗。
??从上面2个方面的比较可以确认江北水厂比南岸水厂有更好的源水水质、优质的滤池生产条件，理论上应该所需消毒液氯少，氯耗低。但实际生产情况相反，江北水厂的平均氯耗比南岸水厂高0.35 Kg/dam3。
三、江北水厂高氯耗的原因分析
??两个水厂在相同的工艺流程，在保证出厂水余氯相同的情况下，为什么江北水厂的平均氯耗比南岸水厂高？从表二的生产日志可以知道：两个水厂的主要差别在于江北水厂滤后水到出厂水余氯消耗明显高于南岸水厂。
??氯消耗包括水中有机物细菌的消耗及其自然挥发。从两个水厂生产条件比较可以确认江北水厂在水质方面的消耗应低于南岸水厂，则消耗多的原因要从消耗时间和挥发大小上分析。从后加氯到出厂，水经过了清水池、吸水井、二泵房，由于在吸水井、二泵房停留时间极短，其对余氯的影响基本可以忽略不计，所以两个水厂氯耗的差别就应从清水池上分析。
1、两个水厂清水池工艺结构
??图二是两个水厂清水池的工艺平面图，池的有效高度均是3.8M，江北水厂2个池有效容积是2万M3，南岸水厂3个池有效容积1.9万M3。
??两个水厂清水池相同之处：一是两个水厂清水池有效容积均是日供水量的10%左右；二是清水池水流流程基本相同：江北水厂每池2面导流墙，流程≈91M*3=273M，南岸水厂每池3～4面导流墙，流程≈27M*2+50M*4=254M(或27M+60M*4=267M)。
2、两个水厂清水池停留时间比较
??表四是两个水厂2003-8-11日与清水池有关的生产日志摘抄。由于表四是我市夏季供水最典型的一天，两个水厂基本上天天按照这样的水量、清水池水位调度生产。
??从表中可以知道南岸水厂清水池水位基本保持在2.8～2.4M，上水量基本恒定为7700 M3/h，出水量则随着管网压力在7600～8100 M3/h之间变化，所以清水池停留时间基本保持在1: 40小时左右（前一小时水位/池有效水位3.8M×容积1.9万M3/当前出水量）；而江北水厂由于下午低峰期需停一台机，清水池水位从最低的1.51M升至最高3.15M，按前一小时水位与出水量的关系，水流经清水池时间在出水量为6500 M3/h的3个小时停留时间最长为1:30～2小时，其它停留时间只有1:30～0:50小时。
??从停留时间的比较来看，江北水厂清水池的停留时间总体上少于南岸水厂。又因为停留时间最少也在1小时左右，已足以保证水与氯消毒的接触时间，在同样水质的基础上，谁停留时间越长谁的氯挥发消耗就越多。这也意味着江北水厂余氯的消耗时间与挥发时间短，这也有利于降低江北水厂氯耗。则氯耗大的原因就要在挥发大小即通风口挥发面积上寻找。
3、两个水厂清水池通风口比较
??如图二，江北水厂两个清水池每池有12个Ф400*400、高度20cm的通风口，通风面积为侧面积的1/2；而南岸水厂3个池共有38个Ф200*200、高度25cm的通风口，通风面积为侧面积的1/3。
??计算两个水厂清水池通风面积：
??江北水厂=2池*12个/池*Л*D*高*1/2=24*Л*0.8m*0.2*1/2=6.03m2
??南岸水厂=38个*Л*D*高*1/3=38*Л*0.4m*0.25*1/3=3.98m2
??从计算数据可知南岸水厂通风口挥发面积大约为江北的1/2。由于通风面积较大，江北水厂清水池特别是通风口周围有明显氯味，而且通风口的铁网基本腐蚀掉了。
4、两个水厂出厂水溶解氧比较
??从两个水厂出厂水溶解氧比较，发现江北水厂出厂水溶解氧高于南岸水厂的概率为70%，这与两个水厂通风面积的大小关系是一致的，即大的通风面积有高的溶解氧含量。
四、分析推断结论
??从上面的数据与原因分析，我们知道江北水厂在源水水质优、滤池处理效果好、清水池停留时间短的优势下，受限于要保证与南岸水厂相同的出厂水游离性余氯就必须制出高于出厂水余氯0.2～0.3mg/l的滤后水余氯，而这必然要提高后氯耗或总氯耗为代价。而要制出高的滤后水余氯的原因是由于江北水厂清水池通风面积大约是南岸水厂的2倍，挥发消耗游离性余氯比较大。如想减小清水池的耗氯影响可以适当减少挥发面积，将通风口侧面的通风比例减小。
??鉴于以上的分析与判断，供水分公司于2003年11月对两个水厂的清水池通风口进行了统一更换。
五、统一更换清水池通风口后，江北水厂氯耗降低：
1、两个水厂更换清水池通风口
??2003年11月两个水厂更换了象蘑菇形状的清水池1#通风口，在其底平面钻孔通风，比例示图如下；南岸水厂另有14个更换成2#通风口：
??计算两个厂清水池通风面积：
??江北水厂=2池*12个/池*Л*(R2-r2)*1/2=24*Л*(0.332-0.22)*1/2=2.60m2
??南岸水厂=24个*Л*(R2-r2)*1/2+14*5*8*Л*0.0052
=24*Л*(0.332-0.222)*1/2+0.044=2.32m2
??更换通风口后，两个厂通风面积相近，而江北水厂通风面积比更换前减小了3.43 m2,而南岸水厂减小了1.66 m2。
2、两个水厂更换清水池通风口后的生产数据比较分析：
??江北水厂在2003至2004年的生产基本保持稳定，而南岸水厂在2003年9月至2004年3月分别对三期滤池进行了改造，把虹吸大阻力普通快滤池改造成均质滤料水冲普通快滤池，过滤效果明显好于以往，有利于降低氯耗，扩大与江北水厂的氯耗差。
??表五是两个水厂在统一更换清水池通风口后2004年1～7月生产月报表统计。
①、从表五的月报表上可以看出滤池改造使南岸水厂的滤后水浊度明显好于江北水厂，有利于降低南岸水厂的氯耗。
②、表五生产月报表统计，2004年1～7月南岸水厂平均总氯耗是1.032Kg/dam3,而江北水厂是1.187 Kg/dam3,比南岸水厂只高0.155 Kg/dam3，比换通风口前的差值0.35 Kg/dam3降了0.195 Kg/dam3。
??从数据分析①、②中可以知道，在南岸水厂改造滤池、降低氯耗的条件下，更换清水池通风口仍可以明显缩小江北水厂与南岸水厂的氯耗差；江北水厂的生产日志也显示，出厂水与滤后水余氯的差值平均在0.1～0.2mg/l，比更换通风口前差值减小了0.1mg/l。以南岸水厂氯耗为基准，这也意味着江北水厂的氯耗比更换清水池通风口前明显降低。
六、结论与探讨
??从我市两个水厂在更换通风口前后的氯耗差值，以江北水厂每月550万吨的供水量计算，节约的氯气量近1070Kg，价值约3500元。日积月累，清水池通风口的挥发面积对一个水厂的氯耗影响是显著的，直接关系到节能降耗。
??另外在江北水厂四年的生产经验中，我们发现清水池水位的高低、风速气向也影响游离性余氯挥发强度。即同一个清水池在高水位、风速大时挥发量大于低水位、风速小时的挥发量。
??在此基础上，又提出一个问题：到底多大的通风面积是合适的？既能保证清水池的通风换气；又尽可能减少氯挥发，降低氯耗。带着这个问题我们查阅了行业相关资料，对于通风口的设计都没有一个明确的规范或要求。这将有待大家的进一步实践与探讨。