水厂水源氨氮增高的去除研究

科技与创新┃ScienceandTechnology&Innovation·18·2014年第10期水厂水源氨氮增高的去除研究侯莉（遵义市供排水有限责任公司水质监测站，贵州遵义563000）摘要：水厂的水源大多为地表水层。近年来，由于地表水源受到严重的污染，水中氨氮含量逐渐增多，如果不能有效去除水中过多的氨氮，将会对人体的健康造成严重的影响。因此，去除水厂水源中的氨氮有十分重要的意义。关键词：水源；氨氮；去除；加氯法中图分类号：X524文献标识码：A文章编号：2095－6835（2014）10－0018－021水厂水源氨氮去除方法目前，常用的水厂水源氨氮去除方法有生物法和物化法。其中，生物法是利用各种好氧、厌氧微生物去除水中的氨氮，其投资较大、操作较复杂，常用于大型的水厂中；物化法比生物法操作简单，更具有经济效益。物化法主要有折点加氯法、化学沉淀法、离子交换法、电渗析法和吸附法等。以下重点研究折点加氯法对氨氮的去除。2折点加氯法去除水源中氨氮的原理向水源中加入氯后，氯会和水中的氨氮发生以下化学反应，生成氯胺，由于氯胺的性质不稳定，能分解成氨气，从而达到去除水中氨氮的目的。其反应化学式为：Cl＋H2O→HOCl＋HCl.（1）HOCl＋NH3→NH2Cl＋H2O.（2）NH2Cl＋HOCl→NHCl2＋H2O.（3）NHCl2＋HOCl→NCl3＋H2O.（4）在反应未达到最高峰时，水中余氯的主要成分为一氯胺；反应达到最高峰后，水中仍存在余氯，此时继续加氯，会发生以下反应：2NH2Cl＋HOCl→3HCl＋H2O＋N2.（5）反应（5）不会产生副产物。因此，从以上反应可以看出，只要保证充足的氯，就能有效去除水中的氨氮。3试验过程3.1试验试剂和仪器试验所需的材料有次氯酸钠、烧碱、聚合氯化铝、pH缓冲溶液和源水，试验所需的仪器有电子天平、分光光度计、pH计、余氯测定仪和其他试验仪器。3.2试验方法分别取氨氮含量不同的原水，保持烧碱和聚合氯化铝恒量，并分别投加不同量的氯，然后进行混凝沉降，最后对水样的pH值、氨氮量、耗氧量、亚硝酸盐氮、总氯和游离氯等进行分析。3.3试验结果3.3.1折点加氯法对水中氨氮的去除效果通过分析试验结果得出，水中氨氮含量会随着氯和氨氮质量比增加而减少，当氯和氨氮质量比小于6∶1时，这时水中的反应为：HOCl＋NH3→NH2Cl＋H2O.（6）水中氨氮去除率比较慢，这时水中余氯主要为化合性余氯一氯胺；当氯和氨氮质量比大于6∶1时，水中氨氮去除率会逐渐增加，水中氯胺也会不断增加，直至氨氮都转化为氯胺，总氯达到最高，主要为化合性氯胺，其发生的反应为：NH2Cl＋HOCl→NHCl2＋H2O.（7）NHCl2＋HOCl→NCl3＋H2O.（8）随着投氯量的增加，水中氯胺不断分解降低，水中游离氯不断增加，水中反应如下：2NH2Cl＋HOCl→3HCl＋H2O＋N2↑.（9）当氯和氨氮的质量比在6∶1至10∶1中间时，水中的化合性余氯会不断下降，这时次氯酸钠和氨氮生成物主要为二氯胺和三氯胺。二氯胺、三氯胺在弱碱溶液中性质极不稳定，会很快分解成为氮气，从水中排出。当氯和氨氮质量比接近10∶1时，游离氯大量增加，将氯胺快速氧化为氮气，此时水中氨氮急剧下降达到去除率80%以上，水中氨氮浓度达到相关标准。当氯和氨氮质量比超过10∶1时，水中的余氯大多为游离氯，水中的余氯开始增加。3.3.2投氯量和氨氮、总氯的关系通过试验得出，含氨氮量不同的原水对氯的要求不同，最初水中氨氮和氯的主要反应为：NH3＋HOCl→NH2Cl＋H2O.（10）反应的主要产物为氯胺，随着氯投加量的增加，水中氨氮全部转换为氯胺。当反应达到最高点，水中的氨氮开始下降。在这个阶段，随着氯的增加，总氯的含量也逐渐增加，氯以化合氯的形式存在于水中；当反应达到最高点后，继续投加氯，水中的游离氯逐渐增加，游离氯和水中的氯胺发生以下反应：2NH2Cl＋HOCl→3HCl＋H2O＋N2.（11）水中的氯胺逐渐转换为氮气，从水中排出，水中的氨氮量急剧减少，直到全部消失，而此时水中的总氯也逐渐下降。当水中的氨氮全部消失后，继续投加氯，由于水中没有能和氯反应的物质，水中总氯含量开始上升，此时氯主要以游离氯的形式存在。3.3.3投氯量和耗氧量、亚硝酸盐氮的关系耗氧量随着投入氯量的变化有较小变动，但总体呈下降趋势，耗氧量最大下降幅度不超过30%，这说明氯具有一定的氧化性，能将水中的部分物质氯氧化。耗氧量代表水中的耗氧物质，由于氯不能完全将水中耗氧物质氯氧化，因此，耗氧量的下降趋势不太明显。通过对亚硝酸盐氮量进行分析，发现亚硝酸盐氮随着氯的增加而下降，最后完全消失，这是因为氯能将亚硝酸盐氮完全氧化成其他物质。3.3.4pH值对折点加氯法去除氨氮效果的影响为了确定pH值对折点加氯法去除