再生水中余氯和氨氮的關(guān)系研究

來(lái)源：http://www.thesierramadre.com/ 作者：余氯檢測儀 時(shí)間：2019-07-09

　　摘要：再生水的消毒處理工藝中，由于氨氮的普遍存在，其對加氯量和余氯的穩定有著(zhù)極為重要的影響。本文通過(guò)研究余氯和氨氮的理論關(guān)系并進(jìn)行了相關(guān)加氯試驗分析，結合再生水廠(chǎng)實(shí)際水質(zhì)情況，總結了在不同氨氮含量下加氯點(diǎn)的選擇和余氯控制值的確定，從而以最小的加氯量來(lái)保持合理的余氯量，達到供水安全的目的。

　　關(guān)鍵詞：氨氮 余氯 化合性余氯 游離性余氯

　　前言

　　水的消毒方法有很多，加氯消毒經(jīng)濟有效，使用方便，在再生水消毒處理中應用最為廣泛。余氯是指加氯消毒后為抑制水中殘留微生物再度繁殖尚需維持的剩余氯量。而氨氮在再生水中普遍存在，會(huì )與余氯發(fā)生復雜的反應生成不同的存在形式對消毒效果產(chǎn)生影響。

　　1.加氯量和余氯關(guān)系的理論分析

　　圖1加氯量和余氯的理論關(guān)系

　　1.1.當水中不含氨氮時(shí)，理想狀態(tài)下加氯量和余氯的關(guān)系如圖1中虛線(xiàn)L1所示，為一條直線(xiàn)，OA表示需氯量，即殺滅微生物和氧化有機污染物所消耗的氯量。此時(shí)水中的余氯為游離性余氯，簡(jiǎn)稱(chēng)游離氯，主要以HOCl和OCl-形式存在，當氯溶解于水中后，瞬時(shí)發(fā)生的解離反應如下：

　　HOClH++OCl-

　　HOCl和OCl-存在的相對比例主要取決于溫度和PH。水溫高時(shí)，OCl-較多，反之HOCl 較多;PH高時(shí)，OCl-較多，當PH>9時(shí)，接近100%，PH低時(shí)，HOCl較多，當PH<6時(shí)，接近100%，當PH=7.5左右時(shí)，HOCl和OCl-大致相等。

　　1.2.當水中含有氨氮時(shí)，加氯量—余氯曲線(xiàn)如圖中實(shí)線(xiàn)L2所示，是一條折線(xiàn)。

　　1.3氨氮對加氯的影響

　　當水中含有氨氮時(shí)，如上圖實(shí)線(xiàn)所示，在A(yíng)B段發(fā)生如下反應：

　　NH3+HOClNH2CL+H2O

　　NH2CL +HOClNHCL2+ H2O

　　NHCL2+HOClNCL3+ H2O

　　水中的余氯主要為氯胺形式的化合性余氯，簡(jiǎn)稱(chēng)化合氯，PH在7左右時(shí)，以NH2CL為主。此時(shí)隨著(zhù)加氯量的增加，化合氯成比例增加，水中氨氮逐漸減少，當加氯量達到B點(diǎn)時(shí)，水中的氨氮降至零，化合性余氯升至最高，達到峰點(diǎn)。

　　在曲線(xiàn)的BC段，繼續增加加氯量，會(huì )發(fā)生如下反應：

　　2NH2CL+ HOCl =N2 +3HCL+ H2O

　　反應結果使水中的氯胺被氧化成一些不起消毒作用的化合物，余氯反而逐漸減少，當氯胺被完全氧化時(shí)，余氯降至曲線(xiàn)最低點(diǎn)C，稱(chēng)為折點(diǎn)。隨著(zhù)加氯量的繼續增加，進(jìn)入曲線(xiàn)CD段，水中余氯轉為游離氯，隨加氯量的增加而增加。

　　1.4水中氨氮含量對加氯量影響的理論分析

　　理論研究表明如上圖1所示，達到折點(diǎn)C時(shí)氯與氨的理論質(zhì)量比為：Cl2:N=7.6:1，當Cl2:N =4：1時(shí)，即余氯控制在圖中的AB段其穩定性最好;氯胺比例范圍在5:17.6:1進(jìn)入CD段，即隨加氯量增加游離余氯不斷提高。

　　在消毒氯處理工藝中，當水中存在氨氮時(shí)必定進(jìn)入折點(diǎn)加氯，此時(shí)由余氯--加氯量曲線(xiàn)可知，對應同一個(gè)余氯值，可能存在三個(gè)不同的加氯點(diǎn)，假設余氯控制值為d,則加氯點(diǎn)分別在A(yíng)B、BC、CD段的Q1、Q2、Q3點(diǎn)時(shí)，對應的加氯量從圖中明顯可區分出：yQ3> yQ2> yQ1?？梢?jiàn)在曲線(xiàn)CD段Q3點(diǎn)進(jìn)行游離加氯消毒的加氯量，遠遠高出在A(yíng)B和BC段Q1、Q2點(diǎn)進(jìn)行化合加氯消毒的加氯量，Q3點(diǎn)的游離加氯量通?？蛇_到Q1點(diǎn)化合加氯量的2—3倍，因此從降低加氯量的角度出發(fā)，折點(diǎn)加氯時(shí)的加氯點(diǎn)宜定在加氯量-余氯曲線(xiàn)的AB段，此時(shí)的余氯是化合性氯。

　　2.游離氯和氯胺消毒特點(diǎn)

　　2.1.游離氯消毒特點(diǎn)

　　(1)消毒能力強且快，5min內可殺滅細菌達99%以上。

　　(2)易揮發(fā)、不穩定、維持時(shí)間短。在敞開(kāi)水池或光照條件下，水中的余氯容

　　易揮發(fā)和分解，影響消毒效果。

　　(3)游離氯可與多種有機物發(fā)生氯化反應、生成三鹵甲烷等致癌物質(zhì)，危害人們的健康.

　　2.2氯胺消毒特點(diǎn).

　　(1)氯胺消毒是通過(guò)緩慢釋放的HCIO作用的，其消毒的持久力比較強，但是消毒能力比較弱，相同條件下，接觸時(shí)間5min殺菌率僅達60%，需延長(cháng)十幾小時(shí)才能達99%以上的滅菌效果。

　　(2)氯胺的穩定性好，在管網(wǎng)中的持續時(shí)間長(cháng)，可以有效能抑制殘余細菌的再繁殖，殺菌持久性強， 更可以保證管網(wǎng)余氯量的要求。

　　(3)由于氯胺可以避免或減緩水中一些有機污染物發(fā)生氯化反應，因此氯胺消毒一般很少產(chǎn)生三鹵甲烷(THMS)和鹵乙酸(HAAs)，產(chǎn)生致癌致突變的化合物也比較少。

　　(4)氯胺消毒對設備及供水管網(wǎng)的腐蝕性比較小。

　　(5)采用氯胺消毒時(shí)，只要嚴格控制好余氯量及氨氮含量，就可以有效控制亞硝酸鹽的生成，避免氯耗。

　　3.加氯量對氨氮和余氯影響的試驗研究

　　本人通過(guò)實(shí)際加氯和余氯測定試驗，得到下圖所示的加氯量與水中余氯含量的實(shí)際關(guān)系曲線(xiàn)。

　　從圖中可以看出，當水中存在一定含量的氨氮時(shí)，隨著(zhù)加氯量的提高，水中總余氯的含量基本上呈上升的趨勢，并未出現折點(diǎn)，但也呈現了一定的規律性。當加氯量較高時(shí)，總余氯升高的幅度也變大。而游離性余氯增加的相對比較平緩，氨氮下降的也比較平緩。雖然理論上當氯投加量滿(mǎn)足需氯量后達水中氨氮濃度的7.6倍時(shí)會(huì )到達折點(diǎn)，表明所有氨氮化合物均被分解，進(jìn)一步增大加氯量，就會(huì )形成游離氯。而實(shí)際上在折點(diǎn)處很少出現氨氮被全部分解，在游離氯存在的情況下，某些氯胺一定會(huì )繼續存在，同樣在未過(guò)折點(diǎn)之前也會(huì )有一定量的游離氯存在。原因可能是由于以上化學(xué)反應均是可逆反應，反應方程式中的反應物和產(chǎn)物可以同時(shí)存在，具體余氯存在形式和濃度應由加氯量、氨氮的濃度及某一反應的化學(xué)反應平衡常數所決定。更合理的解釋需要進(jìn)一步的研究試驗。

　　4.折點(diǎn)加氯在再生水消毒處理中的應用

　　一些水廠(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)踐表明：一般當源水氨氮在0.35mg/l以上時(shí)，應控制在峰點(diǎn)以前，采用化合性余氯消毒;在0.35mg/l以下時(shí)，通?？刂圃谡埸c(diǎn)后，采用游離余氯消毒。在加氯調整過(guò)程中，可能出現既檢測不到游離氯又檢測不到化合氯的現象，使人誤認為加氯量太小產(chǎn)生脫氯。其實(shí)此時(shí)加氯點(diǎn)正好落在曲線(xiàn)的底部的折點(diǎn)C附近，應大膽地進(jìn)一步減小加氯量，使加氯點(diǎn)前移到曲線(xiàn)的AB 段后，就可以產(chǎn)生并檢測到我們所需要的化合性余氯。當切換到化合性余氯消毒以后，隨著(zhù)源水中胺氮的減少，會(huì )逐漸檢測到游離性余氯的存在，并且游離性余氯值越來(lái)越大，化合余氯值越來(lái)越小，甚至無(wú)法將化合氯控制到目標值，這時(shí)應該考慮重新調整加氯點(diǎn)至曲線(xiàn)CD段，改加游離氯消毒。

　　針對再生水生產(chǎn)的現實(shí)情況和水質(zhì)的復雜性，可將總余氯作為控制指標，出廠(chǎng)水總余氯的控制值確定為1.0mg/l。相應的比較合理的加氯量從天大的中試課題表明不同季節、不同氨氮濃度的水樣，在設計加氯量范圍均是2~12mg/L的條件下，為了保證出水總余氯濃度值達標所需的參考值總結如下：

　　當氨氮濃度小于0.5mg/L時(shí)，加氯量為7mg/L。

　　當氨氮濃度在0.5~2mg/L范圍內時(shí)，加氯量為4mg/L。

　　當氨氮濃度在2~10mg/L范圍內時(shí)，秋冬季節的加氯量為3mg/L，春夏季節的加氯量為5mg/L。

　　當氨氮濃度在大于10mg/L時(shí)，秋冬季節的加氯量為3mg/L，春夏季節的加氯量為5mg/L。

　　參考文獻：

　　嚴煦世，范瑾初主編.給水工程(第3版)，北京：中國建筑工業(yè)出版社，1995

　　肖錦.城市污水處理與回用技術(shù)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001

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