Transcript 污水处理厂二沉池出水氯消毒中的余氯控制试验动力学分析.ppt

一
二
三
四
将水体中的病原微生物(pathogenic organisms)灭活，
使之减少到可以接受的程度。
病菌(bacteria)、原生动物胞囊
（protozoan cysts）、病毒（viruses）（如传染性肝炎病毒、
脑膜炎病毒）等。
丙肝病毒
爱滋病病毒
小儿麻痹症病毒
化学药剂（氧化剂等）
物理法（热和光）
机械法（格网、膜）
辐射（γ射线、电子束）
1854年John Snow在伦敦发现霍乱（cholera）与饮用水密切相关
1881年Koch 发现氯可以杀死细菌
1902年比利时的Middleheike市首次在公共水处理中采用氯消毒
名称
优点
缺点
使用条件
氯化形成的余氯及某些含氯化合
物低浓度时对水生生物有害，当
污水含工业废水比例大时，氯化
可能生成致癌物质
适用于大、
中型污水处
理场
液氯
效果可靠，投配设备简单，
投量准确，价格便宜
臭氧
消毒效率高并能有效降解水
中残留有机物、色、味等；
污水PH及温度对消毒影响很
小，不产生难处理或生物积
累性残余物
投资大、成本高、投资管理较复
杂
适用出水水
质好，排入
水体的水质
要求高的污
水处理厂
次氯
酸钠
用海水或浓盐水作为材料生
产，可在污水厂现场生产并
直接投配，使用方便，投量
可以直接控制
需要有次氯酸钠发生器和投配设
备
适用于中、
小型污水处
理厂
紫外线
是紫外线照射和氯化共同作用
的物理化学方法，消毒效率高
紫外线照射灯货源不足，电耗能
量多
适用于小型
污水处理厂
氯易溶于水中，在清水中，发生下
列反应：
Cl2 + H2O  HOCl + H+ + Cl-
HOCl  H+ + OClHOCl和OCl-的比例与水中温度和pH
有关。pH高时，OCl-较多，HOCl和
OCl-都有氧化能力，但细菌带负电，
故主要通过HOCl消毒。
当水中有氨存在时，会发生如下反应：
NH3 + HOCl  NH2Cl + H2O
NH2Cl + HOCl
 NHCl2 + H2O
NHCl2 + HOCl
 NCl3 + H2O
反应后，一氯胺、二氯胺、三氯胺的含量与pH有关：
PH>9，一氯氨占优势
PH=7时，一氯氨和二氯氨同时存在
PH<6.5时，二氯氨
PH<4.5
三氯氨
氯氨的消毒也是依靠HOCl，只有HOCl消耗得差不多时，反应才
会向左移动。
因此，采用氯氨消毒需要较长的接触时间。在三种氯氨中，二
氯氨消毒效果最好,但有嗅味。三氯氨消毒作用极差，且有恶嗅味
在氯化消毒杀灭水中病原微生物的同时， 氯与水中的有机
物反应， 产生有诱变致癌作用的DBPs(Disinfection
Byproducts)如三卤甲烷（THMs）等，THMs 长期存在于水体，
对人类和水生生物产生长期毒性影响。关于饮用水氯消毒副产
物毒性的研究，国内外已有大量报道，污水消毒后的尾水排入
水体或作为回用水时，虽然因为水质与饮用水有所不同，但所
形成的消毒副产物对水体造成的潜在危害也是极大的。
尾水氯消毒后，将含有一定浓度的余氯。氯消毒后的尾水
直接排入水体时，无论其是化合性或游离性余氯都将对鱼类或
水生生物造成毒性影响。例如金鱼，水中余氯量只有0.0140.029mg/L 时，接触96 小时后，就会有50%死亡。当水中余氯
为0.65-10.1mg/L 时，藻类只与其接触5-10 分钟（立即脱
氯），但藻类的生长依然受到了明显抑制。当水中余氯大于
0.45mg/L，浮游水生植物仅接触几秒钟也会使其长时间受到抑
制。可见氯对水生动植物的影响很大。
脱氯工艺将氯化消毒后废水中的总余氯去除，使消毒
副产物的潜在毒性最小。典型的脱氯工艺是添加过量的二
氧化硫或亚硫酸盐（如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫代硫酸
钠、焦亚硫酸钠）等还原性药剂。另外，活性炭吸附也是
一种非常好的脱氯方法。在本试验中，我们主要以硫代硫
酸钠作为脱氯剂。
硫代硫酸钠加入氯化消毒污水中，硫代硫酸钠与水中氯反
应生成氯化钠和硫酸钠。其反应式如下：
以某污水厂二沉池出水作为原水，用次氯酸钠消毒，消毒
出水作为脱氯试验原水，加入脱氯药剂进行试验。
采用经典烧杯法，取二沉池出水投加10mgCl/L 次氯酸钠
氯消毒30min 后，投加一定量的脱氯剂使总体积为5 升(控制
投药量不超过总体积的2％)，用数控搅拌机搅拌，转速600转
/分，脱氯时间30~240 分钟，选择一定的时间点取样。余氯
测定采用 DPD-硫酸亚铁铵滴定法
污水脱氯的试验数据如表1所示,该表中列出了硫代硫酸钠投加
100％，200％，300％，400％，500％理论投加量的脱氯结果。
从上述试验结果可以看出，同一投加量下的余氯
脱除效果与反应时间有关，一般来说，在一定的时间
段内，时间越长，余氯浓度越低。增加硫代硫酸钠的
投加量，使余氯去除率得到提高，在30min 时，当投
加比例由100％增加至500%时，余氯去除率由39.0％增
加到94.6％。因此，对于低投加量的硫代硫酸钠而言，
脱氯效果不佳；要想得到比较满意的脱氯效果，必须
增加硫代硫酸钠的投加量，这会使得费用升高。
由表1的试验数据可以得出在每一个反应过程中，余氯浓度
随时间变化的情况，见图1所示。
在表1的试验数据中，由于100％理论投加量下的起始余氯浓度为
7.67mg/L，其它4组起始余氯浓度基本在10mg/L，因此，该方程的动力学
分析主要针对于后4 组数据。从图1可以看出：在开始脱氯的1min 之内，
脱除的余氯非常快，大部分的余氯在1min内被脱除。之后剩余的余氯脱除
很慢，从1min 到60min 内4 组试验的余氯浓度分别在4.94～4.57 mg/L
（200％）；3.62～3.16 mg/L（300％）；2.12～1.52 mg/L（400％）；
0.88～0.43mg/L（500％）。很显然，整个脱氯过程可以分为两个过程：
快速脱氯段和慢速脱氯段。由于快速脱氯段缺乏足够的数据，我们只对慢
速脱氯段进行动力学分析。
对于方程式：
反应速率可以表示为：
在每组数据中，以时间 t 为横坐标，对该时刻的余氯浓度C 取
对数lgC，并以此为纵坐标作图，见图2～图5。
由图2～图5可知，lgC 与时间t 基本成直线关系。因此，在用硫代硫
酸钠脱除余氯的慢反应段中，当硫代硫酸钠相对过量时，脱氯反应级数为
一级，即b＝1。
因为 b＝1.0，所以在[C0，C]对
积分得到
由于本试验主要研究对象为尾水中的余氯，因此所得到的反应
常数实际为伪一级反应常数。在所求出的一级方程式的基础上进一
步求出反应的半衰期t1/2。
k'值和t1/2 的计算结果见表2所示。
从表2 中可以知道，随着硫代硫酸钠理论投加量的增加，
反应的速率常数k'增大，说明其反应速度变快，半衰期t1/2
变小。
在
其中，
作lg k′关于
中所求得的反应常数实际为伪一级反应常数。
的曲线图，并拟合成直线，就可以得出
反应常数k与a。对表1中的原始数据作相应整理，结果见表3所示。
关系图见图6 所示。
从图6可以得出：a＝2.39；k ＝2.09×10－6（20～25℃）；所
以原反应的速率方程可以写成：
通过对城市污水处理厂氯化消毒后出水进行脱氯试验可以获得部
分动力学公式，并且可以确定余氯量与时间成线形关系（即b＝1）。