次氯酸鈉消毒中水氨氮的變化

次氯酸鈉消毒中水氨氮的變化

處理后，仍然存在一定的氨氮，通常以nh-4或nh-3的形式存在。當(dāng)用氯作為消毒消毒時，氯消毒劑可以與水中的氨或銨離子反應(yīng)，生產(chǎn)氯胺。反應(yīng)取決于ph、溫度、接觸時間和氯氨比。在大多數(shù)情況下,占優(yōu)勢的2種化合物是一氯胺(NH2Cl)和二氯胺(NHCl2),在氯氨比達到2.0時,出現(xiàn)的三氯化氮數(shù)量可忽略不計。氯胺也起消毒劑作用,不過作用緩慢。氨氮與水中的消毒劑發(fā)生反應(yīng)將直接影響消毒劑投加量和滅菌效果。本文以中水為研究對象,研究氨氮濃度對次氯酸鈉消毒中水的影響,掌握氨氮與次氯酸鈉消毒劑的關(guān)系。1實驗部分1.1實驗用水水質(zhì)中水水質(zhì)變化較大,與中水水源、處理工藝、操作運行管理等密切相關(guān)。為保證實驗結(jié)果準確,實驗用水取自北京市高碑店污水處理廠砂濾池出水,水質(zhì)氨氮濃度0～5mg/L、COD15～50mg/L、BOD50～10mg/L、濁度1～5NTU。1.2實驗方法向水樣中投加一定量的次氯酸鈉,監(jiān)測氨氮、氯胺、總余氯和總大腸菌群等指標,研究各指標之間的相互影響關(guān)系,以及隨反應(yīng)時間的變化趨勢。1.3分析項目和方法實驗中分析項目包括氨氮、氯胺、總余氯和總大腸菌群等指標,分析方法按照國家標準進行。2結(jié)果與討論2.1接觸反應(yīng)時間向水樣中投加一定劑量次氯酸鈉消毒劑,水中氨氮、一氯胺、二氯胺和總余氯濃度隨接觸時間的變化規(guī)律見圖1。分別選擇不同的水樣及消毒劑投加量,氨氮隨接觸時間的變化規(guī)律見圖2。由圖1和圖2可看出,加入次氯酸鈉后,氨氮與次氯酸鈉迅速發(fā)生反應(yīng),生成一氯胺和二氯胺,氨氮濃度降低。隨接觸反應(yīng)時間的延長,氨氮呈先降低再升高的趨勢,一氯胺和二氯胺呈先升高再降低的趨勢,總余氯呈持續(xù)下降的趨勢;當(dāng)水中氨氮濃度較高時,投加一定量消毒劑,氨氮濃度變化幅度較小;當(dāng)水中氨氮濃度較低時,投加次氯酸鈉后氨氮濃度變化幅度較大,且在加入消毒劑30min時,水中氨氮濃度降至最低,隨后氨氮逐漸增加,在反應(yīng)時間超過3h后,水中氨氮濃度基本趨于穩(wěn)定。分析原因,由于氨氮與次氯酸鈉消毒劑之間發(fā)生反應(yīng)生成氯胺,氨氮濃度迅速降低,氯胺濃度迅速升高;隨著水中消毒劑量的消耗,反應(yīng)式向逆方向進行,氯胺會分解重新生成氨氮和次氯酸,氨氮逐漸升高,氯胺逐漸降低;隨著水中還原性物質(zhì)對次氯酸的消耗,反應(yīng)不斷向逆反應(yīng)方向進行,氨氮濃度逐漸升高并趨于平穩(wěn),氯胺濃度逐漸降低也趨于平穩(wěn)。當(dāng)氨氮濃度較低時,氨氮與次氯酸鈉反應(yīng)完全,上述過程較為明顯;當(dāng)氨氮濃度較高時,參與次氯酸鈉反應(yīng)的氨氮較少,因此反應(yīng)不明顯。2.2氨氮濃度對總余氯的影響取不同氨氮濃度的中水,投加相同劑量的消毒劑12mg/L,接觸反應(yīng)30min時,監(jiān)測中水中的總余氯量,總余氯量隨氨氮濃度的變化規(guī)律見圖3。從圖3可看出,原水中氨氮濃度變化直接影響消毒后的總余氯含量,且總余氯濃度變化與氨氮之間不呈線性關(guān)系?？傆嗦入S氨氮濃度的增加呈先降低,再升高趨勢。分析其原因:氨氮濃度低,次氯酸鈉投加量與氨氮的比值(Cl/N)較高,少量次氯酸鈉與氨氮發(fā)生完全反應(yīng),這部分氯被還原,氨氮被全部氧化,其余大部分次氯酸鈉水解產(chǎn)生次氯酸,總余氯較高;隨著氨氮的增加,Cl/N比逐漸降低,參與反應(yīng)被還原的氯越來越多,水解產(chǎn)生的次氯酸越來越少,總余氯逐漸降低;當(dāng)氨氮增加到一定值時,Cl/N比降至25/1,基本全部次氯酸鈉都參與反應(yīng),被還原,因此總余氯達到最低點;隨后,當(dāng)氨氮繼續(xù)增加時,Cl/N比進一步降低,氨氮不能被氯全部氧化,部分未氧化氨氮與次氯酸鈉發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)氯胺,氯胺是總余氯的一部分,由于參與氯胺反應(yīng)的氨氮越來越多,因此總余氯逐漸升高。2.3次氯酸鈉/cl/n比對氯胺溶液發(fā)酵的影響取不同氨氮濃度的中水,投加不同劑量的消毒劑,接觸反應(yīng)30min時,監(jiān)測水中氨氮濃度變化,詳細數(shù)據(jù)見表1。結(jié)合2.2的研究成果和表1中的實驗數(shù)據(jù)可知,中水消毒后氨氮濃度與消毒前變化規(guī)律不一致,其變化趨勢與次氯酸鈉投加量無關(guān),與Cl/N比變化關(guān)系密切。表1中第2、3組實驗,Cl/N比分別為38.46和60.61,大于25/1時,消毒后中水氨氮濃度為零;第1、4、5組實驗,Cl/N比分別為9.756、14.42和16.39,小于25/1時,消毒后中水氨氮濃度隨Cl/N比升高而逐漸降低。分析原因:當(dāng)Cl/N比大于25/1時,氨氮與次氯酸鈉發(fā)生完全反應(yīng),全部被氧化;當(dāng)Cl/N比小于25/1時,部分氨氮被氧化,其余氨氮與次氯酸鈉反應(yīng)生產(chǎn)氯胺,氨氮與氯胺在水中形成一種平衡;Cl/N比越小,參與反應(yīng)被氧化的氨氮量越少,生成氯胺的氨氮量越多,因此水中氨氮濃度也越高。2.4消毒投加量的確定向同一水樣中投加不同劑量的消毒劑,研究接觸反應(yīng)30、60、120min時總余氯的變化規(guī)律,見圖4。從圖4可知,接觸反應(yīng)30、60、120min時,隨消毒劑投加量的增加總余氯變化規(guī)律基本一致,呈先升高后降低再逐漸升高的趨勢。整個反應(yīng)過程符合折點加氯消毒理論。反應(yīng)初期,總余氯逐漸增加,此時總余氯主要為氯胺;隨著次氯酸鈉投加量的繼續(xù)增加,氯胺被氧化成一些不起消毒作用的化合物,總余氯逐漸降低,最后達到最低點——折點;繼續(xù)增加次氯酸鈉投加量時水中出現(xiàn)自由性余氯,使得總余氯再次逐漸升高。2.5水中總余氯濃度取氨氮濃度相同,總大腸菌群不同的中水,投加不同劑量的消毒劑,水中總余氯濃度和總大腸菌群數(shù)隨接觸反應(yīng)時間的變化情況見表2。由表2可見,在接觸反應(yīng)前3h內(nèi),1x、2x、4x水樣余氯濃度衰減較快,3x水樣余氯濃度衰減較緩慢,這與原水水質(zhì)情況及消毒劑投加量有關(guān);接觸反應(yīng)3h后,隨著反應(yīng)時間延長,衰減變化趨緩,水質(zhì)總余氯濃度緩慢降低?？傮w變化趨勢基本一致,即水中總余氯濃度隨接觸反應(yīng)時間逐漸衰減,其衰減速率跟水質(zhì)情況和消毒劑投加量有關(guān)。中水標準(GB/T18920-2002)中規(guī)定:接觸反應(yīng)30min,水中總余氯不小于1mg/L,總大腸菌群不大于3個/L。表2中數(shù)據(jù)顯示,接觸反應(yīng)30min時,4個水樣總余氯濃度均大于1mg/L,但3x、4x水樣出現(xiàn)了總大腸菌群超標的現(xiàn)象。分析其原因:主要是與原水中總大腸菌群的數(shù)量有關(guān),當(dāng)原水中總大腸菌群在102數(shù)量級時,接觸反應(yīng)30min,總余氯大于1.0mg/L,總大腸菌群達標;當(dāng)原水中總大腸菌群超過103數(shù)量級時,接觸反應(yīng)30min,水中總余氯大于1.0mg/L,總大腸菌群會出現(xiàn)超標現(xiàn)象。中水標準(GB/T18920-2002)中規(guī)定:管網(wǎng)末端總余氯不小于0.2mg/L。從表2可看出,當(dāng)接觸反應(yīng)30min時,總大腸菌群達標的水樣,其管網(wǎng)末端也能達標;當(dāng)原水水質(zhì)中大腸菌群數(shù)含量較高時,接觸反應(yīng)30min總大腸菌群數(shù)即超標的水樣,其管網(wǎng)末端大腸菌群數(shù)也很難達到標準要求。3不同cl/n比消毒前后中水總余氯的生成(1)氨氮與次氯酸鈉反應(yīng)迅速,次氯酸鈉被消耗,生成一氯胺和二氯胺,氨氮濃度降低。隨接觸時間的延長,氨氮濃度呈先降低再逐漸升高的趨勢,一氯胺和二氯胺呈先升高再逐漸降低的趨勢,總余氯呈持續(xù)下降的趨勢;當(dāng)水中氨氮濃度較高時,其氨氮濃度變化幅度較小;反之,則變化幅度較大。(2)當(dāng)Cl/N比為25/1時,由氨氮消耗掉的次氯酸鈉量最多,生成的總余氯量最少;當(dāng)Cl/N比逐漸小于或大于25/1時,其生成的總余氯逐漸增多。(3)當(dāng)Cl/N比大于25/1時,消毒后中水氨氮濃度為零;當(dāng)Cl/N比小于25/1時,消毒后中水氨氮濃度隨氯氮比升高逐漸降低。(4)次氯酸鈉消毒中水,其總余氯隨消毒劑投加量增加呈先升高后降低再逐漸升高的趨勢,整個反應(yīng)過程符合折點加氯消毒理論。(5)當(dāng)氨氮濃度相同時,中水經(jīng)消毒后能