氨氮濃度對消毒副產物產生量和消毒效果的影響研究
對于水資源缺乏，城市供水嚴重不足的地區，將生活污水和工業廢水處理后回用既節省水資源，又使污水無害化，是保護環境，緩解水資源不足的重要途徑。由于處理后的生活污水和工業廢水仍然含有大量的細菌和病毒，如不經消毒即投入使用，必將引起病菌的滋生和蔓延，危害人的身心健康。加氯消毒是一種較好的方法用來解決上述問題。氯消毒滅活微生物的效果好、成本低、使用較為方便，在國內外自來水和中水處理中得到廣泛應用。但是自從70年代Rook等發現氨氮濃度對消毒副產物產生量和消毒效果的影響研究。
對于水資源缺乏，城市供水嚴重不足的地區，將生活污水和工業廢水處理后回用既節省水資源，又使污水無害化，是保護環境，緩解水資源不足的重要途徑。由于處理后的生活污水和工業廢水仍然含有大量的細菌和病毒，如不經消毒即投入使用，必將引起病菌的滋生和蔓延，危害人的身心健康。加氯消毒是一種較好的方法用來解決上述問題。氯消毒滅活微生物的效果好、成本低、使用較為方便，在國內外自來水和中水處理中得到廣泛應用。但是自從70年代Rook等[1]發現經氯消毒后的水中存在著致癌性物質三鹵甲烷(THMs)，人們一直在積極尋求降低這種副產物產生量的方法。本文通過改變二沉池出水中的氨氮濃度，來考察不同次氯酸鈉濃度消毒下氯仿和四氯化碳的產生量及消毒效果。
1 材料與方法
實驗水樣 北京某污水處理廠二沉池砂濾出水，水質指標見表1
表1 二沉池出水指標
|
濁度 |
電導率 |
pH |
硬度 |
氨氮 |
COD |
|
3.2 |
1316S/cm |
7.58 ( |
210mg/L |
0.6mg/L |
38.4 mg/L |
次氯酸鈉溶液的制備 取一定體積分析純的次氯酸鈉溶液，采用碘量法[2]滴定其次氯酸鈉的含量，配制一定濃度的儲備液。
1.3 氨氮標準溶液的制備和測定
稱取3.819g經100℃干燥過的優級純氯化銨溶于水中，移入1000ml容量瓶中，稀釋至標線。此溶液每毫升含1.00mg氨氮。
采用納氏試劑光度法對混合水溶液中的氨氮濃度進行測定。
1.4 消毒方法
在容量250ml的碘量瓶中加水樣100ml，調節氨氮濃度，加入消毒劑，搖動1min，放置規定時間后，加中和劑終止消毒，40℃水浴40min后，用氣相色譜儀測定水中氯仿和四氯化碳的含量。
1.5氯仿和四氯化碳的測定 采用頂空氣相色譜法
1.5.1儀器
島津17A型氣相色譜儀；ECD檢測器；色譜柱為30m 0.53mm-ID BP-624 3μm。
1.5.2色譜條件
進樣口溫度:150℃；柱溫:75℃；檢測器溫度:250℃；載氣:高純氮；載氣流速:15ml/min;進樣量50μl。
1.5.3分析方法
以標(biao)準物的保留時間(jian)對照定性,采用外標(biao)法,以峰面(mian)積計(ji)算化合物含量。
2 結果
2.1直接消毒二沉池出水次氯酸鈉濃度與氯仿和四氯化碳生成量之間的關系
2.1.1氯仿產生量與NaClO濃度之間的關系
由圖1可見，隨著NaClO濃度的提高，氯仿的生成量也逐漸增多，如當次氯酸鈉的濃度由2mg/L升高到8mg/L，氯仿的生成量幾乎增加了一倍；隨著消毒時間的延長，消毒副產物的產生量也逐漸增加，如NaClO消毒劑濃度為2mg/L，消毒時間從15min延長到30min，氯仿的生成量增加了50%。
2.1.2四氯化碳產生量與NaClO濃度之間的關系
由圖2可知，在同樣消毒時間下，隨NaClO濃度的提高，四氯化碳生成量逐漸增多；在NaClO濃度相同的條件下，隨消毒時間的延長，四氯化碳的生成量也逐漸增大。
 |
2.2.1氨氮濃度與氯仿生成量之間的關系
由圖3可見，在NaClO相同濃度的條件下，隨著氨氮濃度的增加，氯仿的生成量先迅速降低后逐漸增大，例如在NaClO濃度為5mg/L，氯仿的生成量從3.47×10-6g/L先迅速減小到1.72×10-6g/L然后增加到2.57×10-6g/L，但氯仿的生成量仍然小于二沉池出水直接消毒；在同一氨氮濃度下，隨著NaClO濃度的升高，氯仿的生成量漸漸提高。從上述的分析，可以得出這樣的結論，在NaClO濃度相同的條件下，被消毒溶液的氨氮濃度在一定程度增加，有利于降低氯仿的生成量。產生上述現象的原因可能是因為當NaClO消毒劑加入溶液后，部分NaClO先與溶液中的氨氮發生反應生成氯胺，將單一NaClO消毒轉化成NaClO和氯胺聯合消毒，降低NaClO的初始濃度，減少氯仿的生成量。據文獻報道，采用氯胺代氯進行消毒可以有效地控制三鹵甲烷的生成。
2.2.2 氨氮濃度與四氯化碳生成量之間的關系
由圖4可知，在水中氨氮濃度小于10mg/L時，四氯化碳的生成量幾乎不發生變化；當氨氮濃度大于10mg/L，四氯化碳的生成量隨氨氮濃度的升高迅速增加。例如當NaClO濃度5mg/L時，氨氮濃度從5mg/L變化到15mg/L，四氯化碳的生成量增大2.5倍。
 |
2.3 不同氨氮濃度下的殺菌效果
由圖5可見，隨著NaClO濃度由2mg/L上升到5mg/L，原水的殺菌率迅速由87.6%提高到97.4%，其后隨NaClO濃度的繼續增加，其殺菌率增加緩慢。當水中的氨氮濃度增時，其消毒效果也逐漸增加，產生這種現象的原因可能是在水中NaClO濃度衰減由兩方面構成：一是殺菌消耗，二是自身衰減。隨著水中氨氮濃度的提高，形成的化合氯的比例逐漸提高，游離氯的濃度降低，降低NaClO自身的分解，使得溶液中的有效氯濃度增加，殺菌效果增強。但有文獻報道，水體中如果存在較高的氨氮，能對水生生物和人體造成毒害，也會使受納水體產生富營養化；氨氮濃度從5mg/L增到15mg/L，殺菌率僅增了0.7%；當氨氮濃度、NaClO濃度均為5mg/L和消毒15min時，消毒后出水菌落總數為58 CFU/ml，小于北京市中水回用水質標準100 CFU/ml。綜合上述三個方面的因素考慮，選擇氨氮濃度、NaClO濃度均為5mg/L和消毒15min的消毒條件。（注：二沉池出水經砂濾后細菌總數為4.14x103CFU/ml）
2.2.4 氨氮濃度與次氯酸鈉濃度之間的關系
 |
從圖6、圖7可知，在溶液中氨氮的初始濃度相同的條件下，隨著NaClO濃度的增加，氨氮濃度逐漸降低；在NaClO起始濃度相同的條件下，隨著溶液中氨氮濃度的增大，溶液中有效氯的濃度是逐漸減小的，這些數據說明溶液中有部分氨氮與NaClO發生了化學反應，消耗了部分消毒劑，使實際溶液中有效氯的濃度產生降低。
3結論
綜合上述的實驗數據可以得出以下結論：
(1) 在一定程度提高水中氨氮濃度，有利于降低氯仿的產生量；在NaClO濃度為5mg/L的條件下，被消毒溶液的氨氮濃度從0.6 mg/L升高到5 mg/L，氯仿的生成量從3.47×10-6g/L減小到1.72×10-6g/L，幾乎降低了1倍，四氯化碳的生成量基本保持不變；
; (2) 在相同(tong)的NaClO濃度(du)下，增(zeng)加(jia)水(shui)中(zhong)氨氮(dan)濃度(du)，增(zeng)大了NaClO的消(xiao)毒效(xiao)果(guo)；在本試驗中(zhong)， NaClO濃度(du)分別(bie)為5mg/L，消(xiao)毒時間(jian)15min，氨氮(dan)濃度(du)從0.6 mg/L升高(gao)到(dao)(dao)5 mg/L，其殺菌率由97.4%增(zeng)加(jia)到(dao)(dao)98.6%，其出水(shui)菌落總數完全(quan)可以(yi)達到(dao)(dao)中(zhong)水(shui)水(shui)質標準(zhun)的要求。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
