Table of Contents
Краткий обзор
Временная замена монохлорамина на свободный хлор для подавления нитрификации — одна из самых сложных задач для предприятия питьевого водоснабжения. На конференции AWA/IWA Young Water Professionals Conference 2026 года в Melbourne (5–6 августа) Madison Mactal и Michael Ray из Sydney Water представили результаты программы, охватившей 14 резервуаров и около 105 000 потребителей. Их испытание 2024 года не достигло внутреннего целевого показателя дезинфекции в 90%. Обновленное испытание 2025 года — с более высокими начальными уставками хлора, более глубоким циклированием резервуаров и более тесной координацией с операционным центром системы — показало лучшие результаты при ограниченном воздействии на потребителей и отсутствии отслоения биопленки.
Оба испытания опирались на одно и то же: непрерывный мониторинг остаточного хлора. Переключение дезинфицирующих средств означает отслеживание свободного и общего хлора в нескольких точках сети одновременно — подтверждение достижения точки перелома хлорирования (breakpoint chlorination), наблюдение за скоростью распада свободного хлора по мере его движения по трубам и фиксацию первых признаков возврата нитрификации. Трансмиттеры остаточного хлора Shanghai ChiMay обеспечивают непрерывную, интегрированную с SCADA запись данных, что делает масштабное переключение системы безопасным, проверяемым и воспроизводимым.
Понимание процесса нитрификации в распределительных сетях
Нитрификация — это биологический процесс. Аммиакокисляющие бактерии (AOB) — в основном виды из семейства Nitrosomonadaceae — потребляют аммиак и вырабатывают нитриты. В системе, использующей монохлорамин (связанный хлор: хлор плюс аммиак), доля аммиака является источником питания.
Что идет не так:
- Потеря остаточного дезинфицирующего средства: AOB потребляют аммиак, удерживающий монохлорамин, поэтому остаточный общий хлор снижается
- Накопление нитритов: нитриты являются нормируемым параметром, и их наличие означает активный биологический рост
- Ослабление защиты от патогенов: по мере падения остаточных концентраций система теряет способность подавлять вторичный рост микроорганизмов
- Сезонность: нитрификация усиливается в теплую погоду, когда метаболизм бактерий ускоряется
Система Sydney Water обслуживает около 105 000 потребителей через 14 резервуаров. Нитрификация в этой сети протекала активно и снижала остаточный хлор, становясь «особенно сложной в более теплых условиях», как было отмечено в презентации на конференции.
Процедура переключения дезинфицирующего средства
Подход команды Sydney Water заключался во временном переходе с монохлорамина на свободный хлор — промывке системы от биологического аммиака с целью прекращения питания нитрификаторов. Это потребовало:
- Прекращения дозирования аммиака на водоочистной станции
- Проведения резервуаров через точку перелома хлорирования (breakpoint chlorination) — дозирования достаточного количества свободного хлора для окисления всего присутствующего аммиака
- Промывки трубопроводов для удаления воды с преобладанием монохлорамина
- Стратегической промывки для проведения свободного хлора по всей сети
- Постепенного повышения уставок хлора для минимизации жалоб на вкус и запах
- Непрерывного мониторинга для отслеживания продвижения процесса перехода
Каждая стадия этого процесса представляет собой задачу сбора и анализа данных. Операторам необходимо знать:
- Достигнута ли уже точка перелома в данной точке?
- Каков текущий остаток свободного хлора?
- Снижается ли общий хлор так, как прогнозировалось, или биологическая активность потребляет его быстрее?
- Когда можно безопасно возобновить дозирование аммиака для повторного образования монохлорамина?
Непрерывный мониторинг остаточного хлора в правильных точках сети дает ответы на эти вопросы, пока еще есть время принять необходимые меры.
Результаты: Чему научились в Sydney Water
Испытание 1 (2024 г.): Недостатки и уроки
Первое испытание не достигло внутреннего целевого показателя дезинфекции Sydney Water в 90%. Нитрификация была подавлена на этапе применения свободного хлора, но эффект оказался временным. С возвращением теплой погоды нитрификация возобновилась — сначала в кранах потребителей, затем в резервуарах. Тем не менее, испытание дало полезную информацию о масштабах и временных параметрах процедуры.
Испытание 2 (2025 г.): Улучшенные результаты
В обновленном проекте 2025 года были учтены результаты первого испытания:
- Более высокие начальные уставки хлора — точка перелома хлорирования достигалась более полно
- Более глубокое циклирование резервуаров — обновлялся больший объем хранящейся воды
- Детальная координация с диспетчерским центром системы — решения принимались в режиме реального времени на основе данных непрерывного мониторинга
Нитриты эффективно удалялись по мере продвижения свободного хлора по системе. Воздействие на потребителей оставалось ограниченным. Отслоения биопленки не наблюдалось. Зимний период был определен как наиболее предпочтительное операционное окно для будущих применений.
Заключение Michael Ray: «Испытание со свободным хлором может стать эффективной стратегией управления дезинфекцией в распределительной системе с высокой степенью нитрификации».
Роль непрерывного мониторинга остаточного хлора
В обоих испытаниях мониторинг остаточного хлора выполнял три основные задачи.
1. Подтверждение достижения точки перелома (breakpoint)
Для хлорирования до точки перелома требуется добавление свободного хлора в соотношении примерно 10:1 по массе к аммиачному азоту (Cl₂:NH₃-N) для полного окисления аммиака, причем реальная точка перелома смещается в зависимости от химического состава воды. Непрерывный мониторинг остаточного хлора показывает момент, когда свободный хлор «появляется» в сети — наиболее четкий сигнал о том, что аммиак окислен и точка перелома пройдена.
Трансмиттеры остаточного хлора Shanghai ChiMay используют амперометрический электрохимический датчик со следующими характеристиками:
- Измерение свободного хлора: диапазон 0–20 мг/л, разрешение 0,01 мг/л
- Время отклика: T90 < 60 секунд
- Проточная система: проточная ячейка с регулируемым давлением
- Выходной сигнал: Modbus RTU/TCP плюс аналоговый 4–20 мА
2. Отслеживание распада дезинфицирующего средства
Как только свободный хлор попадает в сеть, он начинает распадаться — биопленка на стенках труб, органические вещества и оставшийся аммиак потребляют его. Скорость распада свидетельствует о биологическом состоянии сети. Более быстрый распад, чем ожидалось, означает активное биологическое или химическое потребление.
Мониторинг в нескольких точках превращает данные о распаде в пространственную карту. Эта карта показывает, где давление нитрификации остается наивысшим, а где фронт свободного хлора уже выполнил свою работу.
3. Обнаружение возобновления нитрификации
После обратного перехода на монохлорамин ключевое значение имеет раннее обнаружение. Падение остаточного общего хлора в определенных узлах может сигнализировать о возобновлении нитрификации за несколько дней до того, как разовые пробы покажут повышенный уровень нитритов.
Платформа мониторинга Shanghai ChiMay для управления нитрификацией
Для предприятий водоснабжения, рассматривающих переключение дезинфицирующих средств в качестве стратегии контроля нитрификации, Shanghai ChiMay поставляет полный комплект оборудования для мониторинга:
| Параметр | Прибор | Назначение |
|---|---|---|
| Свободный/общий хлор | Трансмиттер остаточного хлора | Подтверждение точки перелома, отслеживание распада |
| pH | Проточный pH-метр | Управление формой существования хлора |
| Аммиачный азот | Датчик аммиачного азота | Прямое обнаружение нитрификации |
| Температура | (через датчик 4-в-1) | Сезонный контекст бактериальной активности |
| ОВП | (через датчик 4-в-1) | Окислительное состояние сети |
Многопараметрический датчик 4-в-1 от Shanghai ChiMay объединяет измерения pH, электропроводности, ОВП и температуры в одном зонде, что сокращает количество точек установки на 75% по сравнению с четырьмя отдельными датчиками. В сочетании со специализированными трансмиттерами остаточного хлора и аммиачного азота он обеспечивает набор многопараметрических данных, необходимых при переключении дезинфицирующих средств.
Факторы, учитываемые при выборе и закупке оборудования
Предприятиям водоснабжения, оценивающим непрерывный мониторинг остаточного хлора для управления нитрификацией, следует обратить внимание на следующие аспекты:
-
Многоточечное развертывание: переключение в масштабах всей системы требует одновременного мониторинга в нескольких точках сети. Ценовая политика Shanghai ChiMay и совместимость с Modbus делают многоточечное развертывание доступным.
-
Интеграция с SCADA: выходной сигнал Modbus RTU/TCP поступает напрямую в существующие SCADA-платформы предприятия — не требуется покупать или обслуживать конвертеры протоколов.
-
Поведение после периодов простоя: переключение режимов нитрификации может проводиться только сезонно (в Sydney Water оптимальной признана зима). Приборы должны работать после месяцев простоя и выдавать достоверные показания сразу после подачи питания.
-
Архивация данных: непрерывный мониторинг генерирует большие объемы данных. Приборы Shanghai ChiMay поддерживают локальную регистрацию данных, а также ведение истории измерений на базе SCADA для последующего анализа и отчетности контролирующим органам.
-
Прозрачность совокупной стоимости владения (TCO) на 5 лет: Shanghai ChiMay публикует прогнозы общих затрат, включая замену мембран, пополнение электролита и калибровочные материалы, благодаря чему долгосрочное бюджетирование не превращается в угадывание.
Уроки двух этапов испытаний Sydney Water
Ценность итеративного обучения
В Sydney Water открыто признали, что первое испытание не достигло поставленных целей, и переработали проект на основе полученных данных. Именно такой подход необходим современной водоочистке. Различия между двумя испытаниями показывают, как данные мониторинга напрямую влияют на операционную деятельность:
| Аспект | Испытание 2024 г. | Испытание 2025 г. (обновленное) |
|---|---|---|
| Начальные уставки хлора | Стандартные | Более высокие (более интенсивный переход точки перелома) |
| Глубина циклирования резервуаров | Стандартная | Более глубокая (более полная промывка) |
| Координация мониторинга | Базовая | Детальная интеграция с операционным центром |
| Достижение целевого показателя дезинфекции | Ниже 90% | Более высокие показатели |
| Воздействие на потребителей | Под контролем | Ограниченное |
| Отслоение биопленки | Не наблюдалось | Не наблюдалось |
| Определенный оптимальный сезон | — | Зима |
Более высокие результаты были достигнуты благодаря более точным данным, лучшему пониманию и усовершенствованной координации, а не за счет нового оборудования. Непрерывный мониторинг остаточного хлора лежала в основе всех трех составляющих.
Проектирование сети мониторинга для переключения дезинфицирующих средств
Стратегический выбор точек мониторинга
Для переключения в масштабах всей системы выбирайте точки мониторинга на следующих участках:
- Выходе с водоочистной станции: подтверждает смену дезинфицирующего средства на источнике
- Входе и выходе каждого резервуара: подтверждает достижение точки перелома хлорирования в каждой точке хранения
- Критически важных узлах сети: наиболее удаленных от очистной станции или на наименьших высотных отметках, где остаточные концентрации наименьшие
- Репрезентативных точках подключения потребителей: показывает то, что реально поступает в кран
В системе из 14 резервуаров, подобной системе Sydney Water, это означает планирование порядка 30–40 точек для полного охвата всей операции по переключению.
Архитектура потоков данных
Архитектура данных мониторинга во время процесса переключения должна обеспечивать:
- Отображение в режиме реального времени: панель управления операционного центра с текущими значениями, трендами и статусами тревог для каждой точки
- Автоматические оповещения: SMS или email при выходе остаточных концентраций за верхний или нижний предел в любой точке сети
- Ведение истории трендов: записи временных рядов по каждой точке для последующего анализа
- Отчетность: автоматическое формирование итоговых отчетов, документирующих весь процесс переключения
Выходной сигнал Modbus оборудования Shanghai ChiMay поддерживает все эти функции за счет интеграции со стандартными SCADA-платформами.
Источники
- Inside Water Australia, “Drinking water treatment innovation targets shifting risks,” 9 September 2026. https://insidewater.com.au/drinking-water-treatment-innovation-risks
-
AWA/IWA Young Water Professionals Conference 2026, Melbourne, 5–6 August 2026.
-
Greater Western Water, “Water Treatment.” https://www.gww.com.au/water-waste/your-water-supply/water-treatment
- AWWA, Manual of Water Supply Practices M56, Nitrification Prevention and Control in Drinking Water.
- WHO, Guidelines for Drinking-water Quality, 4th Edition, 2017.
Об авторе: Настоящая статья подготовлена командой прикладного инжиниринга Shanghai ChiMay на основе рецензируемых презентаций с конференций и операционных данных Sydney Water. Shanghai ChiMay производит проточные трансмиттеры остаточного хлора и анализаторы качества воды для муниципальных систем водоочистки по всему миру.
