再生水中余氯和氨氮的關(guān)系研究

來(lái)源：http://www.tymozhou.com/ 作者：余氯檢測(cè)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(duì)加氯量和余氯的穩(wěn)定有著極為重要的影響。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(yàn)分析，結(jié)合再生水廠實(shí)際水質(zhì)情況，總結(jié)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(dá)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(jì)有效，使用方便，在再生水消毒處理中應(yīng)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(fù)雜的反應(yīng)生成不同的存在形式對(duì)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(dāng)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L1所示，為一條直線，OA表示需氯量，即殺滅微生物和氧化有機(jī)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)稱游離氯，主要以HOCl和OCl-形式存在，當(dāng)氯溶解于水中后，瞬時(shí)發(fā)生的解離反應(yīng)如下：

　　HOClH++OCl-

　　HOCl和OCl-存在的相對(duì)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(dāng)PH>9時(shí)，接近100%，PH低時(shí)，HOCl較多，當(dāng)PH<6時(shí)，接近100%，當(dāng)PH=7.5左右時(shí)，HOCl和OCl-大致相等。

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

　　1.3氨氮對(duì)加氯的影響

　　當(dāng)水中含有氨氮時(shí)，如上圖實(shí)線所示，在AB段發(fā)生如下反應(yīng)：

　　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)稱化合氯，PH在7左右時(shí)，以NH2CL為主。此時(shí)隨著加氯量的增加，化合氯成比例增加，水中氨氮逐漸減少，當(dāng)加氯量達(dá)到B點(diǎn)時(shí)，水中的氨氮降至零，化合性余氯升至最高，達(dá)到峰點(diǎn)。

　　在曲線的BC段，繼續(xù)增加加氯量，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：

　　2NH2CL+ HOCl =N2 +3HCL+ H2O

　　反應(yīng)結(jié)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(dāng)氯胺被完全氧化時(shí)，余氯降至曲線最低點(diǎn)C，稱為折點(diǎn)。隨著加氯量的繼續(xù)增加，進(jìn)入曲線CD段，水中余氯轉(zhuǎn)為游離氯，隨加氯量的增加而增加。

　　1.4水中氨氮含量對(duì)加氯量影響的理論分析

　　理論研究表明如上圖1所示，達(dá)到折點(diǎn)C時(shí)氯與氨的理論質(zhì)量比為：Cl2:N=7.6:1，當(dāng)Cl2:N =4：1時(shí)，即余氯控制在圖中的AB段其穩(wěn)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(dāng)水中存在氨氮時(shí)必定進(jìn)入折點(diǎn)加氯，此時(shí)由余氯--加氯量曲線可知，對(duì)應(yīng)同一個(gè)余氯值，可能存在三個(gè)不同的加氯點(diǎn)，假設(shè)余氯控制值為d,則加氯點(diǎn)分別在AB、BC、CD段的Q1、Q2、Q3點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)的加氯量從圖中明顯可區(qū)分出：yQ3> yQ2> yQ1?？梢娫谇€CD段Q3點(diǎn)進(jìn)行游離加氯消毒的加氯量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出在AB和BC段Q1、Q2點(diǎn)進(jìn)行化合加氯消毒的加氯量，Q3點(diǎn)的游離加氯量通常可達(dá)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(qiáng)且快，5min內(nèi)可殺滅細(xì)菌達(dá)99%以上。

　　(2)易揮發(fā)、不穩(wěn)定、維持時(shí)間短。在敞開水池或光照條件下，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(jī)物發(fā)生氯化反應(yīng)、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(qiáng)，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(dá)60%，需延長(zhǎng)十幾小時(shí)才能達(dá)99%以上的滅菌效果。

　　(2)氯胺的穩(wěn)定性好，在管網(wǎng)中的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，可以有效能抑制殘余細(xì)菌的再繁殖，殺菌持久性強(qiáng)， 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(jī)污染物發(fā)生氯化反應(yīng)，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(duì)設(shè)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(yán)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(duì)氨氮和余氯影響的試驗(yàn)研究

　　本人通過(guò)實(shí)際加氯和余氯測(cè)定試驗(yàn)，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。

　　從圖中可以看出，當(dāng)水中存在一定含量的氨氮時(shí)，隨著加氯量的提高，水中總余氯的含量基本上呈上升的趨勢(shì)，并未出現(xiàn)折點(diǎn)，但也呈現(xiàn)了一定的規(guī)律性。當(dāng)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(duì)比較平緩，氨氮下降的也比較平緩。雖然理論上當(dāng)氯投加量滿足需氯量后達(dá)水中氨氮濃度的7.6倍時(shí)會(huì)到達(dá)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(xiàn)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(xù)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(yīng)均是可逆反應(yīng)，反應(yīng)方程式中的反應(yīng)物和產(chǎn)物可以同時(shí)存在，具體余氯存在形式和濃度應(yīng)由加氯量、氨氮的濃度及某一反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)所決定。更合理的解釋需要進(jìn)一步的研究試驗(yàn)。

　　4.折點(diǎn)加氯在再生水消毒處理中的應(yīng)用

　　一些水廠的生產(chǎn)實(shí)踐表明：一般當(dāng)源水氨氮在0.35mg/l以上時(shí)，應(yīng)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)，通常控制在折點(diǎn)后，采用游離余氯消毒。在加氯調(diào)整過(guò)程中，可能出現(xiàn)既檢測(cè)不到游離氯又檢測(cè)不到化合氯的現(xiàn)象，使人誤認(rèn)為加氯量太小產(chǎn)生脫氯。其實(shí)此時(shí)加氯點(diǎn)正好落在曲線的底部的折點(diǎn)C附近，應(yīng)大膽地進(jìn)一步減小加氯量，使加氯點(diǎn)前移到曲線的AB 段后，就可以產(chǎn)生并檢測(cè)到我們所需要的化合性余氯。當(dāng)切換到化合性余氯消毒以后，隨著源水中胺氮的減少，會(huì)逐漸檢測(cè)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(biāo)值，這時(shí)應(yīng)該考慮重新調(diào)整加氯點(diǎn)至曲線CD段，改加游離氯消毒。

　　針對(duì)再生水生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)情況和水質(zhì)的復(fù)雜性，可將總余氯作為控制指標(biāo)，出廠水總余氯的控制值確定為1.0mg/l。相應(yīng)的比較合理的加氯量從天大的中試課題表明不同季節(jié)、不同氨氮濃度的水樣，在設(shè)計(jì)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(dá)標(biāo)所需的參考值總結(jié)如下：

　　當(dāng)氨氮濃度小于0.5mg/L時(shí)，加氯量為7mg/L。

　　當(dāng)氨氮濃度在0.5~2mg/L范圍內(nèi)時(shí)，加氯量為4mg/L。

　　當(dāng)氨氮濃度在2~10mg/L范圍內(nèi)時(shí)，秋冬季節(jié)的加氯量為3mg/L，春夏季節(jié)的加氯量為5mg/L。

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

　　參考文獻(xiàn)：

　　嚴(yán)煦世，范瑾初主編.給水工程(第3版)，北京：中國(guó)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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