再生水中余氯和氨氮的關系研究

來源：http://www.ssygc.com/ 作者：余氯檢測儀 時間：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極為重要的影響。本文通過研究余氯和氨氮的理論關系并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余氯控制值的確定，從而以最小的加氯量來保持合理的余氯量，達到供水安全的目的。

　　關鍵詞：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，會與余氯發生復雜的反應生成不同的存在形式對消毒效果產生影響。

　　1.加氯量和余氯關系的理論分析

　　圖1加氯量和余氯的理論關系

　　1.1.當水中不含氨氮時，理想狀態下加氯量和余氯的關系如圖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污染物所消耗的氯量。此時水中的余氯為游離性余氯，簡稱游離氯，主要以HOCl和OCl-形式存在，當氯溶解于水中后，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于溫度和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—余氯曲線如圖中實線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

　　水中的余氯主要為氯胺形式的化合性余氯，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，化合性余氯升至最高，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，余氯反而逐漸減少，當氯胺被完全氧化時，余氯降至曲線最低點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C時氯與氨的理論質量比為：Cl2:N=7.6:1，當Cl2:N =4：1時，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，當水中存在氨氮時必定進入折點加氯，此時由余氯--加氯量曲線可知，對應同一個余氯值，可能存在三個不同的加氯點，假設余氯控制值為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點進行游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點的游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-余氯曲線的AB段，此時的余氯是化合性氯。

　　2.游離氯和氯胺消毒特點

　　2.1.游離氯消毒特點

　　(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，水中的余氯容

　　易揮發和分解，影響消毒效果。

　　(3)游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，可以有效能抑制殘余細菌的再繁殖，殺菌持久性強， 更可以保證管網余氯量的要求。

　　(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，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

　　本人通過實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際關系曲線。

　　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，水中總余氯的含量基本上呈上升的趨勢，并未出現折點，但也呈現了一定的規律性。當加氯量較高時，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足需氯量后達水中氨氮濃度的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，就會形成游離氯。而實際上在折點處很少出現氨氮被全部分解，在游離氯存在的情況下，某些氯胺一定會繼續存在，同樣在未過折點之前也會有一定量的游離氯存在。原因可能是由于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，應控制在峰點以前，采用化合性余氯消毒;在0.35mg/l以下時，通?？刂圃谡埸c后，采用游離余氯消毒。在加氯調整過程中，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 段后，就可以產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，隨著源水中胺氮的減少，會逐漸檢測到游離性余氯的存在，并且游離性余氯值越來越大，化合余氯值越來越小，甚至無法將化合氯控制到目標值，這時應該考慮重新調整加氯點至曲線CD段，改加游離氯消毒。

　　針對再生水生產的現實情況和水質的復雜性，可將總余氯作為控制指標，出廠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，加氯量為7mg/L。

　　當氨氮濃度在0.5~2mg/L范圍內時，加氯量為4mg/L。

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

　　當氨氮濃度在大于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，范瑾初主編.給水工程(第3版)，北京：中國建筑工業出版社，1995

　　肖錦.城市污水處理與回用技術，北京：化學工業出版社，2001

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