再生水中餘氯和氨氮的關係研究

來源:http://www.wsgwwz.com/ 作者:餘氯檢測儀 時間:2019-01-08

  摘要:再生水的消毒處理工藝中,由於氨氮的普遍存在,其對加氯量和餘氯的穩定有著極為重要的影響。本文通過研究餘氯和氨氮的理論關係並進行了相關加氯試驗分析,結合再生水廠實際水質情況,總結了在不同氨氮含量下加氯點的選擇和餘氯控製值的確定,從而以最小的加氯量來保持合理的餘氯量,達到供水安全的目的。

實驗室台式氨氮檢測儀
實驗室台式氨氮檢測分析儀

  關鍵詞:氨氮 餘氯 化合性餘氯 遊離性餘氯

  前言

  水的消毒方法有很多,加氯消毒經濟有效,使用方便,在再生水消毒處理中應用最為廣泛。餘氯是指加氯消毒後為抑製水中殘留微生物再度繁殖尚需維持的剩餘氯量。而氨氮在再生水中普遍存在,會與餘氯發生複雜的反應生成不同的存在形式對消毒效果產生影響。

實驗室台式餘氯檢測分析儀
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  1.加氯量和餘氯關係的理論分析

  圖1加氯量和餘氯的理論關係

  1.1.當水中不含氨氮時,理想狀態下加氯量和餘氯的關係如圖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汙染物所消耗的氯量。此時水中的餘氯為遊離性餘氯,簡稱遊離氯,主要以HOCl和OCl-形式存在,當氯溶解於水中後,瞬時發生的解離反應如下:

  HOClH++OCl-

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

  1.2.當水中含有氨氮時,加氯量—餘氯曲線如圖中實線L2所示,是一條折線。

  1.3氨氮對加氯的影響

  當水中含有氨氮時,如上圖實線所示,在AB段發生如下反應:

  NH3+HOClNH2CL+H2O

  NH2CL +HOClNHCL2+ H2O

  NHCL2+HOClNCL3+ H2O

  水中的餘氯主要為氯胺形式的化合性餘氯,簡稱化合氯,PH在7左右時,以NH2CL為主。此時隨著加氯量的增加,化合氯成比例增加,水中氨氮逐漸減少,當加氯量達到B點時,水中的氨氮降至零,化合性餘氯升至最高,達到峰點。

  在曲線的BC段,繼續增加加氯量,會發生如下反應:

  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,餘氯反而逐漸減少,當氯胺被完全氧化時,餘氯降至曲線最低點C,稱為折點。隨著加氯量的繼續增加,進入曲線CD段,水中餘氯轉為遊離氯,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C時氯與氨的理論質量比為:Cl2:N=7.6:1,當Cl2:N =4:1時,即餘氯控製在圖中的AB段其穩定性最好;氯胺比例範圍在5:17.6:1進入CD段,即隨加氯量增加遊離餘氯不斷提高。

  在消毒氯處理工藝中,當水中存在氨氮時必定進入折點加氯,此時由餘氯--加氯量曲線可知,對應同一個餘氯值,可能存在三個不同的加氯點,假設餘氯控製值為d,則加氯點分別在AB、BC、CD段的Q1、Q2、Q3點時,對應的加氯量從圖中明顯可區分出:yQ3> yQ2> yQ1。可見在曲線CD段Q3點進行遊離加氯消毒的加氯量,遠遠高出在AB和BC段Q1、Q2點進行化合加氯消毒的加氯量,Q3點的遊離加氯量通常可達到Q1點化合加氯量的2—3倍,因此從降低加氯量的角度出發,折點加氯時的加氯點宜定在加氯量-餘氯曲線的AB段,此時的餘氯是化合性氯。

  2.遊離氯和氯胺消毒特點

  2.1.遊離氯消毒特點

  (1)消毒能力強且快,5min內可殺滅細菌達99%以上。

  (2)易揮發、不穩定、維持時間短。在敞開水池或光照條件下,水中的餘氯容

  易揮發和分解,影響消毒效果。

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

  2.2氯胺消毒特點.

  (1)氯胺消毒是通過緩慢釋放的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,接觸時間5min殺菌率僅達60%,需延長十幾小時才能達99%以上的滅菌效果。

  (2)氯胺的穩定性好,在管網中的持續時間長,可以有效能抑製殘餘細菌的再繁殖,殺菌持久性強, 更可以保證管網餘氯量的要求。

  (3)由於氯胺可以避免或減緩水中一些有機汙染物發生氯化反應,因此氯胺消毒一般很少產生三鹵甲烷(THMS)和鹵乙酸(HAAs),產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的腐蝕性比較小。

  (5)采用氯胺消毒時,隻要嚴格控製好餘氯量及氨氮含量,就可以有效控製亞硝酸鹽的生成,避免氯耗。

  3.加氯量對氨氮和餘氯影響的試驗研究

  本人通過實際加氯和餘氯測定試驗,得到下圖所示的加氯量與水中餘氯含量的實際關係曲線。

  從圖中可以看出,當水中存在一定含量的氨氮時,隨著加氯量的提高,水中總餘氯的含量基本上呈上升的趨勢,並未出現折點,但也呈現了一定的規律性。當加氯量較高時,總餘氯升高的幅度也變大。而遊離性餘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足需氯量後達水中氨氮濃度的7.6倍時會到達折點,表明所有氨氮化合物均被分解,進一步增大加氯量,就會形成遊離氯。而實際上在折點處很少出現氨氮被全部分解,在遊離氯存在的情況下,某些氯胺一定會繼續存在,同樣在未過折點之前也會有一定量的遊離氯存在。原因可能是由於以上化學反應均是可逆反應,反應方程式中的反應物和產物可以同時存在,具體餘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反應平衡常數所決定。更合理的解釋需要進一步的研究試驗。

  4.折點加氯在再生水消毒處理中的應用

  一些水廠的生產實踐表明:一般當源水氨氮在0.35mg/l以上時,應控製在峰點以前,采用化合性餘氯消毒;在0.35mg/l以下時,通常控製在折點後,采用遊離餘氯消毒。在加氯調整過程中,可能出現既檢測不到遊離氯又檢測不到化合氯的現象,使人誤認為加氯量太小產生脫氯。其實此時加氯點正好落在曲線的底部的折點C附近,應大膽地進一步減小加氯量,使加氯點前移到曲線的AB 段後,就可以產生並檢測到我們所需要的化合性餘氯。當切換到化合性餘氯消毒以後,隨著源水中胺氮的減少,會逐漸檢測到遊離性餘氯的存在,並且遊離性餘氯值越來越大,化合餘氯值越來越小,甚至無法將化合氯控製到目標值,這時應該考慮重新調整加氯點至曲線CD段,改加遊離氯消毒。

  針對再生水生產的現實情況和水質的複雜性,可將總餘氯作為控製指標,出廠水總餘氯的控製值確定為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,在設計加氯量範圍均是2~12mg/L的條件下,為了保證出水總餘氯濃度值達標所需的參考值總結如下:

  當氨氮濃度小於0.5mg/L時,加氯量為7mg/L。

  當氨氮濃度在0.5~2mg/L範圍內時,加氯量為4mg/L。

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

  當氨氮濃度在大於10mg/L時,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,範瑾初主編.給水工程(第3版),北京:中國建築工業出版社,1995

  肖錦.城市汙水處理與回用技術,北京:化學工業出版社,2001

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