再生水中余氯和氨氮的关系研究

来源:http://www.shuizhifenxi.com/ 作者:余氯检测仪 时间:2019-01-08

  摘要:再生水的消毒处理工艺中,由于氨氮的普遍存在,其对加氯量和余氯的稳定有着极为重要的影响。本文通过研究余氯和氨氮的理论关系并进行了相关加氯试验分析,结合再生水厂实际水质情况,总结了在不同氨氮含量下加氯点的选择和余氯控制值的确定,从而以最小的加氯量来保持合理的余氯量,达到供水安全的目的。

实验室台式氨氮检测仪
实验室台式氨氮检测分析仪

  关键词:氨氮 余氯 化合性余氯 游离性余氯

  前言

  水的消毒方法有很多,加氯消毒经济有效,使用方便,在再生水消毒处理中应用最为广泛。余氯是指加氯消毒后为抑制水中残留微生物再度繁殖尚需维持的剩余氯量。而氨氮在再生水中普遍存在,会与余氯发生复杂的反应生成不同的存在形式对消毒效果产生影响。

实验室台式余氯检测分析仪
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  1.加氯量和余氯关系的理论分析

  图1加氯量和余氯的理论关系

  1.1.当水中不含氨氮时,理想状态下加氯量和余氯的关系如图1中虚线L1所示,为一条直线,OA表示需氯量,即杀灭微生物和氧化有机污染物所消耗的氯量。此时水中的余氯为游离性余氯,简称游离氯,主要以HOCl和OCl-形式存在,当氯溶解于水中后,瞬时发生的解离反应如下:

  HOClH++OCl-

  HOCl和OCl-存在的相对比例主要取决于温度和PH。水温高时,OCl-较多,反之HOCl 较多;PH高时,OCl-较多,当PH>9时,接近100%,PH低时,HOCl较多,当PH<6时,接近100%,当PH=7.5左右时,HOCl和OCl-大致相等。

  1.2.当水中含有氨氮时,加氯量—余氯曲线如图中实线L2所示,是一条折线。

  1.3氨氮对加氯的影响

  当水中含有氨氮时,如上图实线所示,在AB段发生如下反应:

  NH3+HOClNH2CL+H2O

  NH2CL +HOClNHCL2+ H2O

  NHCL2+HOClNCL3+ H2O

  水中的余氯主要为氯胺形式的化合性余氯,简称化合氯,PH在7左右时,以NH2CL为主。此时随着加氯量的增加,化合氯成比例增加,水中氨氮逐渐减少,当加氯量达到B点时,水中的氨氮降至零,化合性余氯升至最高,达到峰点。

  在曲线的BC段,继续增加加氯量,会发生如下反应:

  2NH2CL+ HOCl =N2 +3HCL+ H2O

  反应结果使水中的氯胺被氧化成一些不起消毒作用的化合物,余氯反而逐渐减少,当氯胺被完全氧化时,余氯降至曲线最低点C,称为折点。随着加氯量的继续增加,进入曲线CD段,水中余氯转为游离氯,随加氯量的增加而增加。

  1.4水中氨氮含量对加氯量影响的理论分析

  理论研究表明如上图1所示,达到折点C时氯与氨的理论质量比为:Cl2:N=7.6:1,当Cl2:N =4:1时,即余氯控制在图中的AB段其稳定性最好;氯胺比例范围在5:17.6:1进入CD段,即随加氯量增加游离余氯不断提高。

  在消毒氯处理工艺中,当水中存在氨氮时必定进入折点加氯,此时由余氯--加氯量曲线可知,对应同一个余氯值,可能存在三个不同的加氯点,假设余氯控制值为d,则加氯点分别在AB、BC、CD段的Q1、Q2、Q3点时,对应的加氯量从图中明显可区分出:yQ3> yQ2> yQ1。可见在曲线CD段Q3点进行游离加氯消毒的加氯量,远远高出在AB和BC段Q1、Q2点进行化合加氯消毒的加氯量,Q3点的游离加氯量通常可达到Q1点化合加氯量的2—3倍,因此从降低加氯量的角度出发,折点加氯时的加氯点宜定在加氯量-余氯曲线的AB段,此时的余氯是化合性氯。

  2.游离氯和氯胺消毒特点

  2.1.游离氯消毒特点

  (1)消毒能力强且快,5min内可杀灭细菌达99%以上。

  (2)易挥发、不稳定、维持时间短。在敞开水池或光照条件下,水中的余氯容

  易挥发和分解,影响消毒效果。

  (3)游离氯可与多种有机物发生氯化反应、生成三卤甲烷等致癌物质,危害人们的健康.

  2.2氯胺消毒特点.

  (1)氯胺消毒是通过缓慢释放的HCIO作用的,其消毒的持久力比较强,但是消毒能力比较弱,相同条件下,接触时间5min杀菌率仅达60%,需延长十几小时才能达99%以上的灭菌效果。

  (2)氯胺的稳定性好,在管网中的持续时间长,可以有效能抑制残余细菌的再繁殖,杀菌持久性强, 更可以保证管网余氯量的要求。

  (3)由于氯胺可以避免或减缓水中一些有机污染物发生氯化反应,因此氯胺消毒一般很少产生三卤甲烷(THMS)和卤乙酸(HAAs),产生致癌致突变的化合物也比较少。

  (4)氯胺消毒对设备及供水管网的腐蚀性比较小。

  (5)采用氯胺消毒时,只要严格控制好余氯量及氨氮含量,就可以有效控制亚硝酸盐的生成,避免氯耗。

  3.加氯量对氨氮和余氯影响的试验研究

  本人通过实际加氯和余氯测定试验,得到下图所示的加氯量与水中余氯含量的实际关系曲线。

  从图中可以看出,当水中存在一定含量的氨氮时,随着加氯量的提高,水中总余氯的含量基本上呈上升的趋势,并未出现折点,但也呈现了一定的规律性。当加氯量较高时,总余氯升高的幅度也变大。而游离性余氯增加的相对比较平缓,氨氮下降的也比较平缓。虽然理论上当氯投加量满足需氯量后达水中氨氮浓度的7.6倍时会到达折点,表明所有氨氮化合物均被分解,进一步增大加氯量,就会形成游离氯。而实际上在折点处很少出现氨氮被全部分解,在游离氯存在的情况下,某些氯胺一定会继续存在,同样在未过折点之前也会有一定量的游离氯存在。原因可能是由于以上化学反应均是可逆反应,反应方程式中的反应物和产物可以同时存在,具体余氯存在形式和浓度应由加氯量、氨氮的浓度及某一反应的化学反应平衡常数所决定。更合理的解释需要进一步的研究试验。

  4.折点加氯在再生水消毒处理中的应用

  一些水厂的生产实践表明:一般当源水氨氮在0.35mg/l以上时,应控制在峰点以前,采用化合性余氯消毒;在0.35mg/l以下时,通常控制在折点后,采用游离余氯消毒。在加氯调整过程中,可能出现既检测不到游离氯又检测不到化合氯的现象,使人误认为加氯量太小产生脱氯。其实此时加氯点正好落在曲线的底部的折点C附近,应大胆地进一步减小加氯量,使加氯点前移到曲线的AB 段后,就可以产生并检测到我们所需要的化合性余氯。当切换到化合性余氯消毒以后,随着源水中胺氮的减少,会逐渐检测到游离性余氯的存在,并且游离性余氯值越来越大,化合余氯值越来越小,甚至无法将化合氯控制到目标值,这时应该考虑重新调整加氯点至曲线CD段,改加游离氯消毒。

  针对再生水生产的现实情况和水质的复杂性,可将总余氯作为控制指标,出厂水总余氯的控制值确定为1.0mg/l。相应的比较合理的加氯量从天大的中试课题表明不同季节、不同氨氮浓度的水样,在设计加氯量范围均是2~12mg/L的条件下,为了保证出水总余氯浓度值达标所需的参考值总结如下:

  当氨氮浓度小于0.5mg/L时,加氯量为7mg/L。

  当氨氮浓度在0.5~2mg/L范围内时,加氯量为4mg/L。

  当氨氮浓度在2~10mg/L范围内时,秋冬季节的加氯量为3mg/L,春夏季节的加氯量为5mg/L。

  当氨氮浓度在大于10mg/L时,秋冬季节的加氯量为3mg/L,春夏季节的加氯量为5mg/L。

  参考文献:

  严煦世,范瑾初主编.给水工程(第3版),北京:中国建筑工业出版社,1995

  肖锦.城市污水处理与回用技术,北京:化学工业出版社,2001

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