天津紀(jì)莊子再生水廠余氯值升高問題分析

一

現(xiàn)象

天津紀(jì)莊子再生水廠位于天津市河西區(qū)紀(jì)莊子，其源水取于天津紀(jì)莊子污水處理廠，一般情況下都能達(dá)到Ⅱ類出水標(biāo)準(zhǔn)。但是，2006年8月19日

早8：19時(shí)～8月24日

晚20：54時(shí)紀(jì)莊子水廠在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)沉淀池出水和生活清水池出水出現(xiàn)游離余氯值偏高的現(xiàn)象。在此期間，余氯值一直在1mg/L，最高時(shí)可達(dá)到1.4mg/L。為查明原因，進(jìn)行如下分析。

二

問題分析

為防止通過用水傳播疾病，在水處理中消毒是必不可少的。消毒并不是要把水中的微生物全部消滅，只是要消除致病微生物（包括病毒、病菌、原生動(dòng)物包囊）的致病。目前，給水處理中，消毒有很多方法，但加氯消毒與其它方法相比，設(shè)備簡(jiǎn)單、貨源充足、價(jià)格低廉，是目前最常用的消毒方法。

氯消毒的作用機(jī)理，一般認(rèn)為主要通過次氯酸HOCl起作用。氯溶于水后迅速水解成的次氯酸:

Cl2+H2O﹤=﹥HOCl+HCl

由于次氯酸分子體積小、不帶電荷，因此易于穿過細(xì)菌的細(xì)胞壁。同時(shí)，由于它是一種強(qiáng)氧化劑，容易損壞細(xì)菌的細(xì)胞膜，使內(nèi)部的蛋白質(zhì)、RNA、DNA等物質(zhì)釋出，并影響多種酶系統(tǒng)，從而使細(xì)菌死亡。氯對(duì)病毒的作用，在于對(duì)核酸的致死性損害。

我國(guó)《再生水水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》明確規(guī)定：用氯消毒時(shí)，在與水接觸30min后，水中游離性余氯應(yīng)不低于0.3mg／L；集中式給水除出廠水應(yīng)符合上述要求外，管網(wǎng)末梢不應(yīng)低于0.1mg／L。出廠水游離性余氯可以高出上值，最高值可根據(jù)不過多浪費(fèi)氯和不產(chǎn)生氯臭味來確定。在出廠水余氯要求相同的情況下，加氯量主要受水的pH值、水溫、渾濁度、水中雜質(zhì)等因素的影響。

1、水的pH值

理論上，水的pH值對(duì)消毒效果有很大影響，因?yàn)榧勇认拘Ч脡闹饕醇勇戎猩纱温人岬亩嗌伲温人崾且环N弱電解質(zhì)，在水中存在下列電離平衡：

HOCl﹤=﹥H++Cl-

當(dāng)pH值較低時(shí)，有利于反應(yīng)向左移動(dòng)，一定數(shù)量的液氯加入水中后，所產(chǎn)生的游離余氯較大；當(dāng)pH值較高時(shí)，有利于反應(yīng)向右移動(dòng)，部分氯轉(zhuǎn)化成了氯離子，大大降低了水中的游離余氯。事實(shí)證明，當(dāng)pH＝2～7時(shí)，次氯酸占絕大多數(shù)；當(dāng)pH＝7.4時(shí)(20℃)，次氯酸與次氯酸根離子含量相等，當(dāng)pH＞7．4時(shí)，次氯酸根離子逐漸增多，至pH＞9．5時(shí)，次氯酸幾乎全部離解成次氯酸根離子。因此為了提高消毒效果，減少加氯量，控制水中pH值不大于7.4是很重要的。根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)，在同樣的殺菌效果條件下，pH值越高，需氯量越大。

在再生水處理過程當(dāng)中，國(guó)家規(guī)定，水的pH值要求在6～9之間。盡管水的pH值在這個(gè)范圍內(nèi)變化很大程度地影響著加氯量，但對(duì)同一水源來說，在水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定的條件下pH值基本穩(wěn)定。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，同一水源的pH值對(duì)加氯量影響相對(duì)很小。紀(jì)莊子再生水源水的水質(zhì)比較穩(wěn)定，PH值一直在6.5～7.5之間,所以不存在因PH值變化而影響游離余氯的情況。因此，此種因素基本可以排除。

2、水溫

氯微溶于水，必須通過加氯機(jī)才會(huì)使氯與水得到充分的混合。一般情況下，氯在水中的溶解度與水的溫度成反比，即水的溫度越高，溶解度越低；水的溫度越低，溶解度越高。但水溫不得低于10℃。如當(dāng)水的溫度20℃時(shí)，其溶解度為7.3g/L；水溫為30℃時(shí)，其溶解度只為5.5g/L。為了安全起見，一般冬季加氯量不能高于7.5g/L，夏季加氯量最好低于6.0g/L。紀(jì)莊子再生水廠生產(chǎn)過程中，前后加氯量都不會(huì)超過30mg/L，所以不必?fù)?dān)心溢處問題。

溫度升高使次氯酸易于透過細(xì)胞壁，并加快它們與酶的化學(xué)反應(yīng)速度。在加氯量相同的情況下，水溫高則殺菌快，在0～5℃時(shí)殺滅一定量大腸桿菌所需時(shí)間比在20～25℃時(shí)多3倍。但水溫對(duì)殺菌效果的影響主要體現(xiàn)在余氯的損耗上。當(dāng)pH值為7.0時(shí)，殺滅2～5℃水中大腸桿菌，需氯量為0.03mg／L；殺滅20～25℃水中大腸桿菌，需氯量為0.04mg／L。所以，夏季水溫較高，余氯消耗大，往往需提高清水池的余氯量，從而增加了氯量。

天津紀(jì)莊子再生水廠8月份平均水溫為29.5℃，環(huán)境溫度平均為30℃左右，在正常情況下前后加氯量分別為3mg/L和8mg/L。所以，溫度對(duì)加氯量的影響不明顯，更不會(huì)造成余氯值比較大的變化。

3、渾濁度

當(dāng)水中懸浮物較多時(shí)，水的渾濁度會(huì)增加，隱藏在懸浮物中的細(xì)菌往往受不到氯的消毒作用，而且水中由于部分有機(jī)物和無機(jī)物還能消耗掉水中的氯，因而使水中余氯量減少，從而需要增加氯投加量。

在8月1日到8月18日，再生水廠總進(jìn)水濁度平均值為2.5NTU左右，但在8月19日～8月24日，水廠總進(jìn)水濁度平均為5NTU，雖然濁度有明顯增大的現(xiàn)象，理論上水中余氯應(yīng)該降低，但實(shí)際上余氯值卻在增加。所以，理論與事實(shí)不一致，不予考慮。

4、光照

在夏天，陽光特別足、紫外線比較強(qiáng)的天氣下，水中的余氯會(huì)有一部分自行分解，從而降低水中的余氯含量，影響加氯的消毒效果，如次氯酸由于受光線的作用，產(chǎn)生如下的催化分解反應(yīng)：

2HOCl→2HCl+O2

但這種影響相對(duì)來說是比較微弱的，所以一般情況下可以忽不計(jì)。

5、水中的氨氮

當(dāng)氯加入到含有一定量的氨氮的原水中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生如下反應(yīng)：

Cl2+

H2O﹤=﹥HOCl

+

HCl

（1）

NH3+

HOCl﹤=﹥NH2Cl+

H2O

（2）

NH2Cl+

HOCl﹤=﹥NHCl2+

H2O

（3）

NHCl2+

HOCl﹤=﹥NCl3

+

H2O

（4）

從上述反應(yīng)可見：次氯酸、一氯胺、二氯胺、三氯胺都存在，他們?cè)谄胶鉅顟B(tài)下比例決定于氯、氨的相對(duì)濃度、PH值和溫度。從消毒效果而言，水中有氯胺時(shí)，仍然可以理解為依靠次氯酸起消毒作用。從式（2）到（4）可見，只有當(dāng)水中的HOCl因消毒而消耗后，反應(yīng)才向左進(jìn)行，繼續(xù)產(chǎn)生行消毒所需的HOCl。因此當(dāng)水中存在氯胺時(shí)，消毒作用比較緩慢，需要較長(zhǎng)的接觸時(shí)間。

在確定含有的水的加氯量時(shí)，情況要比前幾種因素復(fù)雜的多。當(dāng)起始的需氯量OA滿足以后（如下圖所示），加氯量增加，余氯量也增加（曲線AH段），但增長(zhǎng)比較緩慢。超過H點(diǎn)加氯量后，雖然加氯量增加，余氯量反而下降（如HB段），H點(diǎn)則稱為峰點(diǎn)。此后，隨著加氯量的增加，余氯量又開始上升（如BC段），B點(diǎn)稱為折點(diǎn)。

在下圖中，曲線AHBC可分四區(qū)，說明如下：

在第一區(qū)即OA段，表示水中雜質(zhì)把氯消耗光，余氯量為零，這時(shí)消毒效果不可靠。

在第二區(qū)即AH段，加氯后，氯與胺發(fā)生反應(yīng)，有余氯存在，所以有一定消毒效果，但余氯為化合性氯，其主要成分時(shí)一氯胺。

在第三區(qū)，即HB段，仍然產(chǎn)生化合性余氯，即氯量繼續(xù)增加，開始下列化學(xué)反應(yīng)：

2NH2Cl+HOCl→N2↑+3HCl+H2O

（5）

反應(yīng)結(jié)果使氯胺被氧化成一些不起消毒作用的化合物，余氯反而減少，最后達(dá)到這點(diǎn)B。

繼續(xù)加氯超過折點(diǎn)B以后，進(jìn)入第四區(qū)，即曲線BC段。此后已經(jīng)沒有消耗氯的雜質(zhì)了，出現(xiàn)自由性余氯。該區(qū)消毒效果最好。

有此可見，當(dāng)水中含有氨氮是會(huì)減緩氯在水中的消毒作用，而且當(dāng)氨氮含量較大時(shí)，甚至?xí)档退杏欣嗦鹊暮浚ㄈ绶磻?yīng)式5）。在正常情況下，紀(jì)莊子再生水廠總進(jìn)水氨氮含量都在1mg/L以下，而在8月19日～8月24日之間，總進(jìn)水氨氮含量平均值卻飆升至12.44mg/L。理論上，在不增加加氯量的情況下水中的余氯值會(huì)急劇下降，但事實(shí)上余氯值卻不將反升。所以，理論與事實(shí)不一致，不予考慮。

進(jìn)加氯量還受其它一些次要因素的影響，如消毒劑濃度和時(shí)間的關(guān)系等。這些因素綜合影響著水廠的加氯量。至于天津紀(jì)莊子再生水廠在2006年8月19日至24日期間余氯值的原因，通過以上論述可知，并不再在上述原因之中。具體是何因素導(dǎo)致水中游離氯值增加還需要以后實(shí)際生產(chǎn)中不斷的摸索。