根据氨氮水杨酸法测定原理[5],该方法本质上与APA6000的总氨分析方法相同,它所分析的对象包括游离氨和一氯胺。因此随着氨氮加入量的增加,这两台仪器的检测结果越来越高。当Cl2:N >5时,由于部分氨氮转化为二氯胺、三氯胺甚至氮气,因此总氨的实际产量低于理论产量,当Cl2:N <5时,总氨的实际产量等于理论产量。氯胺对于纳氏试剂法测定氨氮的影响是公认的[5],这在本实验结果中也得到了证实,当Cl2:N ≥5时,理论上溶液中不应当存在游离氨氮,但是实际测定结果表明,氯胺在分析过程中产生了正干扰,一般而言,需要采用预处理将氯胺的干扰去除。APA6000的游离氨结果表明,当Cl2:N ≥5时,溶液中不存在游离氨,当Cl2:N <5时才出现与理论添加量相符的游离氨氮,这与折点加氯理论完全一致,表明APA6000一氯胺分析仪在分析游离氨氮是准确可***的。
2.2 含氨水体中投加余氯的实验结果
经典的氯胺消毒工艺是在滤池出水或者清水池前管道中同时投加氯和氨。其优点是消毒副产物产生量少,衰减慢;缺点是消毒效果差,不适用于消毒接触时间较短的清水池[1]。
在这个模拟实验中,余氯溶液被加入到约0.4ppm的氨氮溶液中,余氯将与氨氮发生反应。与前个模拟实验的规律一致,只是变化趋势相反。根据文献研究表明,先氨后氯的实验效果和同时氯氨的实验效果一致[4]。
本实验过程的测定结果见表2。对于消毒剂含量部分,从结果可以看到,随着游离余氯溶液加入量的增加:总余氯浓度逐渐升高;Cl2:N <5时,一氯胺的含量逐渐升高且与理论产率一致,在Cl2:N >5时一氯胺浓度逐渐降低。这同样可由折点加氯理论解释:Cl2:N <5时,加入的氨氮全部转化为一氯胺,而Cl2:N >5时随着氨氮的加入开始有一氯胺转化为二氯胺、三氯胺产生,导致一氯胺浓度的下降。
理论上,随着游离余氯的加入,在Cl2:N <5时,游离氨氮浓度逐渐降至0,而总氨浓度保持初始值;Cl2:N >5时总氨浓度也开始下降。APA6000的总氨和游离氨氮测定结果准确的反映了这一变化。
2.3 由APA6000控制氯胺消毒工艺加氯加氨的设想
根据氯胺消毒工艺原理,最理想的加氯加氨控制,应当是将总余氯浓度控制在标准允许范围内,且Cl2:N以精确的5:1进行投加,这样一氯胺的产率将达到最大。过量的加氯不仅使得氯胺消毒工艺相对于传统氯消毒工艺优势消失以及经济效益损失,并且产生的二氯胺会使得自来水有嗅味;而过量氨氮的加入,不仅会导致经济效益的损失,更严重的是过量的氨氮进入管网会影响水质生物稳定性,在管网中存在的氨氧化细菌和亚硝化细菌会将过量的氨氮转化为危害极大的亚硝酸盐[11]。
目前,在水厂中利用先进的在线仪表控制消毒剂的投加技术已经较为成熟。在氯消毒工艺的水厂中,很多都采用余氯分析仪控制加氯机的投加[12]。但是在氯胺消毒工艺中,由于其消毒体系较为复杂,根据不同的氯氨比,会有一氯胺、二氯胺、三氯胺、游离余氯等复杂多变的消毒体系,这为如何选择合适的在线水质分析仪表控制加氯和加氨制造了难题。总余氯分析仪不能区分一氯胺、二氯胺、三氯胺和游离余氯,无法指示正确的投加量。而氨的投加控制更为困难,常见的氨氮分析仪受其原理所限,会受到氯胺的干扰而无法准确测量游离氨。因此到现在为止,采用氯胺消毒工艺的水厂,氯和氨的投加,主要依***经验,采用比例投加。
而APA6000一氯胺分析仪依***其特殊的分析原理,可以很好的解决这一问题。以目前典型的氯胺消毒工艺—顺序氯化消毒工艺为例(见图1),该工艺综合利用了游离氯消毒灭活微生物迅速,氯胺消毒副产物产生量低的优点,先经过一个较短时间的游离氯消毒过程,而后转化为氯胺消毒[13]。
图1 顺序氯化消毒工艺以及可行的加氯加氨的投加控制
采用APA6000一氯胺分析仪,结合流量等信息,控制氯的投加量,将出厂水一氯胺的浓度控制在标准允许范围。同时利用APA6000游离氨氮的测定结果,将出厂水的氨氮浓度控制在低范围(比如,0.05mg/L)。这样控制的结果,即可以保证出厂水的消毒剂主要成分是一氯胺,也能保证了氨投加不过量。如果工艺中有前加氯过程,可以在滤池出水位置增设一台余氯分析仪作为后加氯的前反馈,与一氯胺分析仪的一氯胺信号、流量等一同控制投加量。
3、结论
① APA6000一氯胺分析仪,可以准确的测量水体一氯胺和游离氨氮浓度,这弥补了常见的在线水质分析仪表在氯胺消毒工艺中应用的缺陷。
② 利用APA6000一氯胺分析仪,可以同时测定一氯胺和游离氨,通过这两个测定结果,分别控制氯胺消毒工艺中氯和氨的投加量,可以实现理想的加氯加氨控制,将一氯胺产率最大化。这可以克服以往氯胺消毒工艺中依***经验比例投加氯和氨导致的各种问题。
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