氨氮对余氯的影响

氨氮对余氯的影响
广州市自来水公司石门水厂 李苑香
摘要：在净水生产过程中，氨氮对余氯的稳定有着极为重要的影响，如何控制氨氮的含量是降低氯耗的关键因素，通过测池数据证实了氨氮含量对余氯的影响，指出控制好氨氮对稳定余氯的重要性。
关键词：余氯、氨氮、亚硝酸盐氮。
前言：石门水厂建厂之时水源水质较好，氯耗也很低。随着流溪河水源水质不断恶化，氯耗也越来越大，消毒方式也由纯氯消毒转为氯胺消毒。如何减少氯耗，节约生产成本，同时又要尽可能延长氯在水中存留时间，使之具有持续杀菌抑菌能力，成为当前突出问题。据研究，氨氯比例为1：4时，其稳定性最好，但由于水体的恶化，水源水氨氮含量不断增加。
同时，生产中净水工往往会习惯性投加一定量的氨，使水中氨氮经常超过实际所需量，氨氮经亚硝化作用生成亚硝酸盐氮，会造成余氯的大量损失，既增加了生产成本，叉影响氯的消毒效果。本文通过测池数据证实了氨氮含量对余氯的影响，指出控制好氨氮对稳定余氯的重要性。
河水中的有机物也会消耗水中的余氯，但我厂现时以投加高锰酸钾方式去除有机物。而高锰酸钾对氨氮、亚硝酸盐氮并无直接影响。我们采用河水COD较接近时段进行相关实验，故COD对余氯的影响因素可在本文中忽略不计。
一、材料与方法
1．测池试验：对石门水厂河水，反应室上水口、反应室出水口、沉淀池出水口、滤后水、清水池进水口，清水池出水口分别采集水样，检测氨氮、亚硝酸盐氮(取平均值)分别在不同时段进行三次。
2．水样按水的流向从河水一反应室一沉淀池一滤后水一清水池进水一清水池出水次序采集。采集时间严格遵循水流所需时间，保证所有水样为同一段水。
3．水样现场检测，检测方法按国家标准检验方法进行。其中余氯检测用DPD分光光度法，氨氮检测用纳氏试剂分光光度法。亚硝酸盐氮用重氮偶合分光光度法，化学耗氧量用酸性高锰酸钾滴定法。
4．所需试剂、仪器由化验组提供。
二、测试结果与分析
i．低氨氮含量时，净水过程中氯、氨、亚硝酸盐氮的变化．3次测试同一天进行。河水化学耗氧量分别为5．71、5．59、5．88rag／1。三次测试均没有投加氨。滤后氯投加量调定在1．5kg／km3。

从统计数据可得，河水中的亚硝酸盐氮到达反应室上水口时，已经从0．210—o．298mg／l迅速下降至 从反应室上水口到待滤水，余氯总共损失了(1．97+2．13+2．22)／3一(1．6+1．85+1．95)／3一o．31mg／l。而待滤水经过滤层至出厂水阶段，损失了(1．6+1．5十1．85+1．5+1．95+1．5)／3一(2．35+2．53-I-2．98)／3—0．68mg／1。其中约有2／3是在滤层至滤后水这一阶段损耗的，此时刚加滤后氯。而从氨氮下降，亚硝酸盐氮上升这一情况可判断，消耗的余氯应是和亚硝酸盐进行反应所致。从滤后水至出厂水阶段，亚硝酸盐氮有所下降。但出厂水仍有少量亚硝酸盐氮存在尽管水中有较高余氯存在，此时的余氯已与氨形成较稳定的氯胺。氯胺仍可以和亚硝酸盐氮进行氧化还原反应，但反应速度已大大地降低了。
2．高氨氮含量时，净水过程中氯、氨和亚硝酸盐氮的变化。
两次测试同一天进行，河水化学耗量分别为5．83、5．69mg／1。两次测试都没有投加氨，滤后氯投加量调定在2．2kg／km3

高氨氮时，余氯的消耗与上次测试有相似之处，仍主要在河水管投加点和滤后水投加点一段消耗。但由于滤前氨较高，滤后水中生成的亚硝酸盐氮量较大，故氯耗大幅增加，待滤水余氯平均为2．02mg／lo投加量为2．20kg／km3，但滤后水余氯平均仅有2．00mg／L。氯耗在此处高达2．22mg／1。是低氨氮时段氯耗的5倍多。而生成的亚硝酸盐氮除部分被氧化外，余量平均高达0．259mg／l。这部分亚硝酸盐氮在清水池和管道中仍能继续缓慢地消耗余氯。
从测池试验中可知，余氯主要在投加入河水管和滤后投加时与亚硝酸盐氮进行氧化还原反应时消耗的。反应式如下：

据计算，lmgN0-2一N被氧化为NO_3一N，要消耗5mgCl2，这是余氯消耗的最重要原因。
余氯可以和水进行反应，但此反应所消耗的氯量并不大。反应式如下：

纯氯易与水分子发生反应，而氯胺与水分子的反应很难进行。这是氯胺较稳定的原因之一，余氯也能与还原性有机物进行反应，但因有机物种类繁多，难以用化学方程表达。亚硝酸盐氮存在于河水中。也有部分在净水构筑物中由氨氮氧化生成，生成的量与净水构筑物中亚化菌数量和水中氨氮含量直接相关。由于水中氨氮的存在，净生水构筑物尤其是滤层中滋生亚硝化菌是不可避免的，长期高氨氮．更有利于亚硝化细菌的大量繁殖，大量的亚硝化细菌更有利于把氨氮转化为亚硝酸盐氮。反应式如下：

在测时中发现，亚硝酸盐氮的生成率是随着氨氮的增加而上升的，当待滤水氨氮为0．50mg／l时生成亚硝酸盐氮约0．1mg／l，转化率为20％，当待滤水氨氮为2．00mg／l时，生成亚硝酸盐氮估计有0．9mg／1，转化率达45％。
讨论：
在净水的生产过程中，氨氮对余氯的稳定有着极为重要的影响。如果水中氨氮含量不足，余氯很快和亚硝酸盐氨水分子及有机物发生氧化还原反应，尤其在高温及强光照条件下，反应速度更快，从而导致余氯大量损失。合适的氯氨比例能使余氯形成氯胺，在水中存留较长时间。但如果长期氨氮含量过高，就会在净水构筑物尤其滤层中滋生大量亚硝化细菌，它能将氨氮氧化为亚硝酸盐氮，而亚硝酸盐氮能导致余氯的大量消耗。在净水生产过程中，控制氨氮的含量是降低氯耗的关键因素。
据我们多年的工作经验，在净水生产过程中，由于河水污染严重和净水工的过量投加，氨氮过量的情况最为常见，不但造成氨氮的浪费，还导致余氯的不必要损失。现时公司要求我厂出厂水余氯的含量为2．00—3．00mg／1，按4：l计算，出厂水氨氮控制在0．5--0．8mg／1是比较理想的。在净水过程中，氨氮会被亚硝化细菌氧化，另有极少量被微生物和藻类吸收利用。但同时有机物的分解和氧化又生成少量的氨氮，考虑到上述原因，我认为当河水氨氮达到1．00mg／L或以上时，应停止投加氨，如河水氨氮不足，补充的氨氮也以滤后氨形式投加为好。尽可能减少滤前氨与亚硝酸盐氮的形成。现时，我厂水源氨氮绝大部分时段已能满足生产所需，只有丰水期个别时段需投加少量的氨作补充。过量的氨氮增加了生产成本，降低了滤氯的消毒效果，同时生成的亚硝酸盐氮会严重影响人民的身体健康，实为百弊而无一利。我们应在净水生产过程中，加强对氨氮的