峰點前氯化預(yù)處理高氨氮原水方法的探討

陳偉仲 溫 微 張恒濤

(中國石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊 065000)

1 氨氮排放情況

近年來，隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展產(chǎn)生了大量的氨氮，2006年～2010年中國氨氮排放情況見圖1。2006年氨氮排放總量為141.3 萬 t，其中生活源貢獻(xiàn)98.8 萬 t，工業(yè)源貢獻(xiàn)42.5 萬 t;2010年氨氮排放總量為120.3萬t，其中生活源貢獻(xiàn)93萬t，工業(yè)源貢獻(xiàn)27.3萬t;每年的氨氮平均排放總量為128.7萬t，其中生活源為96.54 萬 t，工業(yè)源為 32.18 萬 t。

2 水體污染現(xiàn)狀

2006年～2010年中國七大水系的污染情況見表1，從表1中可以看出，各水系普遍受到N-NH3的污染。

在這5年間，長江水系的滁州皖—蘇交界的滁河滁州汊河斷面、岷江在眉山市段曾受到氨氮重度污染;黃河水系的河西安段和渭南段、汾河太原段、臨汾段和運城段、涑水河運城段氨氮污染嚴(yán)重;珠江水系的深圳河氨氮污染嚴(yán)重;淮河水系潁河與渦河為氨氮重度污染;海河水系的大沙河、漳衛(wèi)新河、子牙河、徒駭河、北運河和馬頰河曾受到氨氮重度污染;遼河水系的渾河沈陽段、太子河鞍山段和大遼河營口段曾受到氨氮重度污染。

2006年～2010年中國重點大型淡水湖泊水質(zhì)狀況見表2，從表2中可以看出，博斯騰湖、洱海的水質(zhì)較好，總體為Ⅲ類及優(yōu)于Ⅲ類水質(zhì)，其他各大型淡水湖水系普遍受到總氮或者N-NH3的污染。

表1 2006年～2010年中國七大水系的污染情況

表2 2006年～2010年中國重點大型淡水湖泊水質(zhì)狀況

3 氨氮污染的危害

大量含氮物質(zhì)排入水體，為藻類等自養(yǎng)型生物的繁殖提供營養(yǎng)基質(zhì)，使過量繁殖，水體透明度下降，溶解氧降低。同時藻類的繁殖速度快，常常造成水廠的濾池較早的堵塞，使其運行周期縮短，增大反沖洗水量，嚴(yán)重時可能引起水廠被迫停產(chǎn)，1987年夏季，合肥第四水廠因藻類影響被迫停產(chǎn)。此外，藻類進(jìn)入管網(wǎng)會導(dǎo)致水中殘留的異養(yǎng)菌及硝化細(xì)菌的再生，加速配水系統(tǒng)的結(jié)垢和腐蝕，縮短管網(wǎng)的使用壽命［1］。

4 折點氯化除氮

資料表明，針對氨氮超標(biāo)的原水，國內(nèi)大多數(shù)水廠采用加氯量大于折點B處的投量(見圖2)，采用折點氯化的方法使水中的氨氮轉(zhuǎn)化為N2或者易氣化的NCl3加以去除，Cl2在水中與NH3的反應(yīng)見化學(xué)式(1)～化學(xué)式(4)［2］，曲線BC段已經(jīng)沒有了消耗氯的雜質(zhì)，出現(xiàn)自由性余氯，對原水進(jìn)行滅菌、除藻。

5 峰點前氯化方法

由于折點氯化預(yù)處理需要投加大量的氯，同時水中要保持一定劑量的自由氯，會使水產(chǎn)生大量對人體有害的副產(chǎn)物(THMs)。因此，通常的折點氯化(自由氯氯化)預(yù)處理可改進(jìn)為(化合氯氯化)預(yù)處理，圖2中表明，折點之前加氯量的原水中，氯元素均以化合態(tài)形式存在，峰點后的HB段發(fā)生的反應(yīng)見化學(xué)式(3)，式(4)，反應(yīng)生成一些不起氧化、消毒作用的化合物，NCl3性質(zhì)不穩(wěn)定，極易揮發(fā)。峰點前的AH段發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)見化學(xué)式(2)，氯主要以NH2Cl形式存在，NH2Cl化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因此將加氯量維持在AH段［2］，峰點前加氯大大減少了加氯量，將水中的氨氮轉(zhuǎn)化為NH2Cl。

6 峰點前氯化(氯胺預(yù)處理)特點

已有研究成果表明［3，4］，峰點前氯化(氯胺預(yù)處理)不僅能夠去除水中過量的氨氮，除去藻類繁殖的營養(yǎng)基質(zhì)，具有良好的強化助濾、去除水中污染物的作用，還可改善常規(guī)過濾工藝對受污染水原水的處理效果［5-7］;低溫低濁水質(zhì)期，氯胺預(yù)處理(投加氯2.0 mg/L，Cl∶N=5∶1 ～6∶1)工藝對氣浮濁度去除率比常規(guī)工藝氣浮高5%，濾后水濁度去除率比常規(guī)過濾高2%。增強了濾池的抗負(fù)荷沖擊能力，延長了濾池的沖洗周期;峰點前氯化工藝能強化過濾大幅度降低濾后水中顆?？倲?shù)以及不同粒徑范圍的顆粒數(shù)。低溫低濁水質(zhì)期，氯胺預(yù)處理(投加氯2.0 mg/L，Cl∶N=5∶1 ～6∶1)濾后水顆?？倲?shù)較常規(guī)工藝減少了54.6%，其中2 μm～10 μm的顆粒數(shù)減少了55%，10 μm～20 μm的顆粒數(shù)減少了54.3%，20 μm以上的顆粒數(shù)減少了70%。而致病原生動物的粒徑通常在3 μm ～15 μm 之間，如賈滴蟲的粒徑為 8 μm ～12 μm，隱孢子蟲的粒徑為4 μm～6 μm，因此濾后水中的顆粒數(shù)在此粒徑范圍內(nèi)的大幅降低具有重要的實際意義。過濾出水顆粒數(shù)穩(wěn)定，波動較小，提高了水處理工藝的抗沖擊負(fù)荷能力，降低了致病微生物穿透濾池的幾率，提高過濾效率，延長過濾周期;峰點前氯化工藝具有去除水中污染物的作用，低溫低濁水質(zhì)期氯胺預(yù)處理濾后水的UV254去除率較常規(guī)過濾提高了4.5%，CODMn去除率提高了5%，提高了飲用水的化學(xué)安全性;峰點前氯化工藝大大減少了加氯量，大幅度降低了THMs的產(chǎn)生;峰點前氯化具有持久的消毒能力，能有效地控制水中細(xì)菌繁殖，避免游離性余氯過高時產(chǎn)生的臭味。

7 結(jié)語

大量的氨氮不斷排入水體，使得水體的氨氮污染呈現(xiàn)污染面廣，持續(xù)時間長等特點，針對高氨氮原水的處理，峰點前氯化預(yù)處理工藝將傳統(tǒng)折點氯化的自由性預(yù)氯化轉(zhuǎn)化為化合性預(yù)氯胺化，為預(yù)氧化水處理提供了一種新思路，是降低微生物風(fēng)險和化學(xué)風(fēng)險的一個新途徑。

［1］王占生，劉文君.微污染水源飲用水處理［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999:175-178.

［2］嚴(yán)煦世，范瑾初.給水工程［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999:361-363.

［3］陳偉仲.高錳酸鹽復(fù)合劑與氯胺聯(lián)合預(yù)氧化強化低溫低濁水處理［D］.北京:北京工業(yè)大學(xué)碩士論文，2006.

［4］陳 杰，李圭白，楊 威，等.氯胺的氧化助凝助濾效能［J］.水處理技術(shù)，2006，32(12):26-30.

［5］許國仁，馬 軍，陳忠林，等.高錳酸鉀復(fù)合藥劑助凝生產(chǎn)性試驗［J］.給水排水，1995，21(9):8-13.

［6］陳 杰，李 星，楊艷玲，等.預(yù)氯胺化控制消毒副產(chǎn)物技術(shù)研究［J］.中國給水排水，2005，21(7):5-8.

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