供水厂氯胺消毒投加比例的试验研究

摘要：通过采集城南水厂砂滤水，对其进行实验室内部小样试验，研究次氯酸钠和氯化胺投加比例和投加量对砂滤水消毒效果的影响以及水中消毒副产物的含量比较。研究发现，氯胺消毒最佳投加量氯化胺浓度0.35 mg/L（以N计），按照N： Cl=1： 8的最优投加比例，相应投加次氯酸钠浓度为2.8 mg/L（以有效氯计）。按此投加量总氯最大值可达到1.11 mg/L，游离氯保持在0.10 mg/L，氨（以N计）含量小于0.10 mg/L，三卤甲烷含量远低于国标要求，可有效控制卤代烃类消毒副产物的产生。本文研究结果为水厂选择适合的消毒工艺提供数据支撑。

前言：次氯酸钠是目前应用较广泛的饮用水消毒剂，具有使用简单、原料易采购、杀菌效果好等特点，但在夏季水源水水质下降，如有机物含量高、藻类暴发时存在消毒副产物风险，可能导致卤代烃类消毒副产物超标，影响夏季供水安全。氯胺消毒作为一种化合氯消毒方式，因其与水中腐殖物质作用较小，从而减少了卤代烃类消毒副产物的产生，水的口感和色度较好，稳定性高、管网余氯有保证，适宜长距离输水的水厂。因此，受水源水质制约，夏季在使用次氯酸钠和氯化胺反应生成氯胺消毒，在保证消毒效果的情况下，相对单纯的次氯酸钠消毒，大大减少三卤甲烷和其他消毒副产物的生成量，最大程度地提高供水安全[1]。在氯胺溶液中同时存在一氯胺、二氯胺和三氯胺，而真正发挥消毒作用的是一氯胺。为了确保氯胺主要以一氯胺的形式存在，必须调整氯和氨的比例以及pH值等条件[3]。本文以次氯酸钠和氯化胺反应生成氯胺来消毒，研究次氯酸钠和氯化胺投加比例及投加量对水质的影响，确定次氯酸钠和氯化胺的最优投加比例和投加量，以期为水厂探寻更加高效安全、绿色环保的消毒方式。

1材料与方法

1.1实验用水

本实验选取城南水厂生产过程中砂滤水，主要水质指标：氨氮＜0.02 mg/L，浊度0.11 NTU，pH 7.90，高锰酸盐指数1.98 mg/L。

1.2仪器

梅特勒AE260电子天平；PHS-3C酸度计；HACH2100浊度仪；哈希58700-00余氯测定仪；普析TU-1810PC紫外可见分光光度计；安捷伦7890A气相色谱仪，安捷伦7697A（G4557A）气相色谱顶空进样器。

1.3试剂

所用化学试剂均为分析纯（氯化胺中间液，1 g/L：以N计；次氯酸钠中间液，1 g/L：有效氯），水为超纯水；pH校准标准物质、氨氮标准溶液、三卤甲烷测定项目标准溶液均购自国家标准物质中心。

1.4实验方案

取水厂砂滤池后出水，进行实验室内小样试验。取20份1 L水样放入棕色试剂瓶，向水样中投加0.35 mL氯化胺中间液（3.85 g/L），使得溶液中含N量为0.35 mg/L，即每升水中含有1.4 mg氯化胺，震荡均匀后依次投加0.35 （×1～20） mL次氯酸钠中间液（有效氯含量10 g/L），使得水样中N： Cl=1： 1～ 1： 20。混匀后静置2 h，分别取样测定生成的游离氯、总氯、氨氮和三卤甲烷含量，实验数据见表1。

2分析与讨论

2.1消毒剂指标结果分析

原水经过处理后仍存在少量的氨氮，在加氯处理中，其加氯量-总氯的关系曲线为一条折线[2]。由图1可知，在次氯酸钠投加比例逐渐增加的情况下，实验水样的余氯值表现出初期稳定、后期逐渐上升的趋势，总氯值的变化也均呈现出先增长至峰值后下降，随后在逐渐回升的趋势，这与折点加氯理论相吻合。

2.2 氨氮浓度的变化趋势研究

在实现消毒效果的同时，由于添加了氯化胺，必须严格控制氯化胺与次氯酸钠的添加比例和添加量，以保证出厂水中的氨氮浓度符合生活饮用水的卫生标准。由图2可知，在次氯酸钠投加比例逐渐增加的情况下，水样的氨氮浓度均呈现先稳步下降，后期浓度平稳处于0.10 mg/L左右，低于生活饮用水卫生标准限值。

2.3 三卤甲烷生成量的比较研究

氯胺消毒产生的消毒副产物少，能减少氯酚气味的物质，可以延长消毒剂余量的维持时间，生物稳定性好[3]。一氯胺水解生成次氯酸后与三卤甲烷前体物反应生成三卤甲烷，该水解过程极为缓慢，一氯胺与水中有机物的反应活性远低于自由氯[4]，通过卤代反应较难产生三卤甲烷，因此氯胺消毒生成的三卤甲烷的量远远小于次氯酸钠消毒。由图3可知，水样在预先投加氯化胺的情况下，随着次氯酸钠投加比例逐渐增加，三卤甲烷生成量呈现稳步下降的趋势，并且均远低于生活饮用水卫生标准限值。

3结论

根据现行的《生活饮用水卫生标准》（GB/T 5749-2022）要求，出厂水游离氯≥0.3且≤2 mg/L、总氯≥0.5 mg/L且≤3 mg/L、氨（以N计）≤0.5 mg/L、三卤甲烷≤1。根据水厂现有工艺及生产流程，采用出厂前投加氯化胺后再按照最优比例投加次氯酸钠生成氯胺消毒，可以有效控制水中氨氮含量以及消毒副产物三卤甲烷的生成量。

基于实验数据，氯化胺与次氯酸钠的最佳投加量与各水厂进水水质密切相关。在应用氯胺消毒过程中，建议依据各水厂滤后水的实际情况绘制折点加氯曲线，进而确定最佳的投加量与投加比例。在特定条件下，若无法满足理想操作环境，可依据氯化胺浓度1.40 mg/L（即每千吨水1.40 kg氯化胺，以N计0.35 mg/L）及次氯酸钠浓度28 mg/L（即每千吨水28 kg次氯酸钠，以有效氯计2.8 mg/L）的参数进行微调处理。基于出厂水总氯、余氯及氨氮的检测结果，将氯化胺浓度控制在1.40 mg/L（以N计0.35 mg/L）左右，并适度调整次氯酸钠的投加量，以期实现最佳消毒效果。

参考文献：

[1]刘兆民， 展宗城. 氯胺消毒在给水中的应用[J]. 西北民族大学学报：自然科学版， 2006， 27（3）： 4.

[2]陈春雾. 折点加氯及其应用[J]. 城镇供水， 2010（4）： 3.

[3]顾正领， 岳宇明， 沈元静， 等. 出厂水氯胺消毒的控制与管理[J]. 净水技术， 2014， 33（2）： 93-97， 104.

[4]赵玉丽， 李杏放. 饮用水消毒副产物：化学特征与毒性[J]. 环境化学， 2011， 30（1）： 20-33.