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CN111480656A - 一种适用于自来水厂高效制备高浓度消毒剂一氯胺的方法 - Google Patents

一种适用于自来水厂高效制备高浓度消毒剂一氯胺的方法 Download PDF

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刘志
徐斌
张东
唐玉霖
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Tongji University
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Abstract

本发明涉及一种适用于自来水厂高效制备高浓度消毒剂一氯胺的方法，其特征在于，往水源中加入氮源，再加入次氯酸钠溶液，反应，即完成。与现有技术相比，本发明的方法结合实际水厂的生产条件，容易实现工程应用，且安全性强。

Description

一种适用于自来水厂高效制备高浓度消毒剂一氯胺的方法
技术领域
本发明属于消毒剂一氯胺技术领域，涉及一种适用于自来水厂高效制备高浓度消毒剂一氯胺的方法。
背景技术
为了预防水致疾病的传播，消毒一直以来都是自来水厂最重要的环节之一。投加消毒剂的目的是为了杀灭水中的病原菌等致病微生物，从而使水的微生物水平达到满足人类健康的要求。一百多年来，饮用水消毒为人类控制水致疾病以及提高供水微生物安全性起到了至关性的作用，从而大大降低了水致疾病的发病率。
目前，氯化消毒仍然是国内外饮用水处理过程中普遍采用的消毒方式，由于氯作为消毒剂对致病微生物的灭活能力强，因此氯消毒在公众饮用水安全的保障方面起到举足轻重的作用。但是，氯与水中存在的自然有机物的反应产生具有较强“三致”特征的消毒副产物，由消毒副产物产生的化学风险也引起了科研人员的重视。同时，氯消毒还会导致饮用水出现一定的嗅味问题，因此替代性消毒剂，如氯胺，逐渐被国内外水厂所采用。
相对氯化消毒，尽管氯胺消毒氧化性较低，达到预期微生物控制要求的时间较长，但它在配水管网中的剩余物更加稳定，持续灭菌时间更长,Reilly报道在管网水余氯高于0.2mg/L时仍有63％的水样检测出大肠杆菌，Lechevallie也发现氯胺消毒对于控制大肠杆菌效率优于自由氯。同时,可减少经加氯处理后水中经常存在的氯代芳烃引起的不良嗅与昧(如氯酚)。此外，它与水中剩余的有机物几乎不发生反应，因而产生的三卤甲烷以及其余的卤代副产物较低，因此，近十年来，国内许多大中城市供水企业逐渐开始采用了氯胺消毒的工艺。究其原因，其中较为重要的因素和关注点是原水受到污染的问题和保证管网剩余消毒剂的稳定性。然而，氯胺消毒的过程中会生成一氯胺、二氯胺与三氯胺，三种形态的氯胺其中二氯胺的消毒性最好，其次是一氯胺，三氯胺消毒效果最差，但是二氯胺具有恶臭味，所以三种形态的氯胺既能达到良好的消毒效果又不对水质产生影响的的是一氯胺，因此在实际的生产工艺中应控制好反应条件，从而生成更高浓度的一氯胺。然而，当前对于实际水厂中氯胺的生成规律的系统研究的资料是存在空缺的，不同工艺条件下一氯胺的生成与水厂高效制备一氯胺的具体方法也缺乏探讨。因此，需要开发出一种适用于实际水厂的高效制备高浓度一氯胺的方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于自来水厂高效制备高浓度消毒剂一氯胺的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种适用于自来水厂高效制备高浓度消毒剂一氯胺的方法，往水源中加入氮源，再加入氧化剂氯源，反应，即完成。
进一步的，所述的氮源为硫酸铵。
进一步的，所述的氮源投加量为0.5-1.5mg-N/L。
进一步的，所述的氯源为次氯酸钠溶液，其投加量为4～6mg-Cl2/L。
进一步的，氮源与氯源的添加量满足：氯氮比(质量比)为4-6:1。
进一步的，反应温度控制为15℃，时间为2h。
进一步的，反应过程中，控制G值为300-400s-1。
进一步的，反应溶液的pH为中性或碱性。
进一步的，氯源的投加速率控制为3.3-9.9ml/s。
进一步的，所述的水源为自来水厂的滤后水。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)在以硫酸铵为氮源，氯氮比(质量比)控制在4:1-6:1，温度为15℃左右，反应时间为2h，G值为300-400s-1,pH为中性或碱性，氯投加速率为3.3-9.9ml/s时，可生成较高浓度的一氯胺。
2)本发明所使用的化学试剂和材料均为水处理中所使用的常规产品，未引入其它有毒有害物质，其安全性尤为突出。
3)本发明中所采用的条件均结合实际生产，因此适用性强，可对水厂消毒提供实际的技术支持。
附图说明
图1为不同G值对一氯胺生成效率影响的效果图。
图2为不同氮源与氯氮比(质量比)对一氯胺生成效率影响的效果图。
图3为不同温度对一氯胺生成效率影响的效果图。
图4为不同反应时间对一氯胺生成效率影响的效果图。
图5为不同加氯速率对一氯胺生成效率影响的效果图。
图6为不同pH对一氯胺生成效率影响的效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下各实施例中，所采用的自来水厂的滤后水具体指经预臭氧(臭氧浓度为0.1-0.2ppm)、混凝(添加10-30ppm硫酸铝)、砂滤(滤速控制在8-10m/h)处理后的出水。所用的氯源为次氯酸钠溶液，投加量为4～6mg-Cl2/L。
其余如无特别说明的原料或处理技术，则表明均为本领域的常规市售原料或常规处理技术。
实施例1：
在自来水厂滤后水中加入1mg-N/L硫酸铵，控制温度为25℃，pH为7.0，向反应溶液中加入次氯酸钠溶液(即氯源)，控制其投加量为5mg-Cl2/L，其中氯源投加速率为3.3ml/s，依次将G值控制在100、200、300、400、500、600和700s-1进行反应，2h后测定溶液中自由氯、一氯胺以及总氯的浓度，生成量如图1所示。
从图1可以看出不同G值条件下，一氯胺的生成量差异较大。随着G值从100s-1增加到300s-1的过程中，一氯胺的生成量逐渐增加，当G值从300s-1增加到400s-1时，一氯胺的生成量略微减少，当G值从400s-1增加到700s-1时，一氯胺的生成量明显减少。由此可知，控制G值在300-400s-1可以更有效的生成一氯胺。
实施例2：
在自来水厂滤后水中加入1mg-N/L的氮源，依次为氯化铵、硫酸铵、氨水、碳酸铵和乙酸铵，控制温度为25℃，pH为7.0，G值为300s-1,向反应溶液中加入次氯酸钠溶液，控制其投加量分别为2、3、4、5、6、7和8mg-Cl2/L，氯源投加速率为3.3ml/s，2h后测定溶液中自由氯、一氯胺以及总氯的浓度，生成量如图2所示。
从图2可以看出，以硫酸铵和氯化铵为氮源时，相同条件下会生成更高浓度的一氯胺，而以氨水、碳酸铵和乙酸铵为氮源时生成的一氯胺的浓度相对较低；当氯氮比为4:1-6:1时，一氯胺的生成浓度较高。由此可知，选取合适的氮源以及控制适当的氯氮比可以更有效的生成一氯胺。
实施例3：
在自来水厂滤后水中加入1mg-N/L硫酸铵，pH为7.0，向反应溶液中加入次氯酸钠溶液，控制其投加量为5mg-Cl2/L，氯源投加速率为3.3ml/s，G值300s-1，温度控制在5、10、15、20、25、30和35℃，2h后测定溶液中自由氯、一氯胺以及总氯的浓度，生成量如图3所示。
从图3可以看出不同温度条件下，一氯胺的生成量存在一定的差异。随着温度从5℃增加到15℃过程中，一氯胺的浓度变化较小，温度15℃附近时一氯胺的浓度生成较高，当温度从15℃增加到35℃过程中，一氯胺的浓度逐渐降低。由此可知，控制温度在15℃左右可以更有效的生成一氯胺。
实施例4：
在自来水厂滤后水中加入1mg-N/L硫酸铵，pH为7.0，向反应溶液中加入次氯酸钠溶液，控制其投加量为5mg-Cl2/L，氯源投加速率为3.3ml/s，G值300s-1，温度控制在25℃，反应0.5、1、2、4、6、8、12和24h后测定溶液中自由氯、一氯胺以及总氯的浓度，生成量如图4所示。
从图4可以看出不同反应时间条件下，一氯胺的生成量存在较大的差异。随着反应时间从0.5h增加到24h，一氯胺的浓度逐渐降低，其中反应0.5-2h时，一氯胺生成的浓度较高，根据GB5749-2006的要求，氯胺消毒时间不小于2h，由此可知，控制反应时间在2h时可以更有效的生成一氯胺。
实施例5：
在自来水厂滤后水中加入1mg-N/L硫酸铵，pH为7.0，向反应溶液中加入次氯酸钠溶液，控制其投加量为5mg-Cl2/L，氯源投加速率为依次控制在3.3、6.6、9.9、13.2、16.5、19.8ml/s以及一次性投加，G值300s-1，温度控制在25℃，反应2h后测定溶液中自由氯、一氯胺以及总氯的浓度，生成量如图5所示。
从图5可以看出不同氯投加速率条件下，一氯胺的生成量存在较大的差异。随着氯的投加速率的增加，一氯胺的浓度逐渐降低，其中氯投加速率为3.3ml/s时，一氯胺生成的浓度最高，氯投加速率为3.3-9.9ml/s时，可生成较高浓度的一氯胺，由此可知，控制氯投加速率在3.3-9.9ml/s时可以更有效的生成一氯胺。
实施例6：
在自来水厂滤后水中加入1mg-N/L硫酸铵，控制pH依次为6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5和9.0，向反应溶液中加入次氯酸钠溶液，控制其投加量为5mg-Cl2/L，氯源投加速率为3.3ml/s，G值300s-1，温度控制在25℃，反应2h后测定溶液中自由氯、一氯胺以及总氯的浓度，生成量如图6所示。
从图6可以看出pH条件下，一氯胺的生成量存在较大的差异。随着pH从6.0增加到9.0，一氯胺的浓度逐渐增加，其中中性与碱性条件时，一氯胺生成的浓度较高，由此可知，控制反应pH在中性或碱性条件下可以更有效的生成一氯胺。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于自来水厂高效制备高浓度消毒剂一氯胺的方法，其特征在于，往水源中加入氮源，再加入氧化剂氯源，反应，即完成。
2.根据权利要求1所述的一种适用于自来水厂高效制备高浓度消毒剂一氯胺的方法，其特征在于，所述的氮源为硫酸铵。
3.根据权利要求1所述的一种适用于自来水厂高效制备高浓度消毒剂一氯胺的方法，其特征在于，所述的氮源投加量为0.5-1.5mg-N/L。
4.根据权利要求1所述的一种适用于自来水厂高效制备高浓度消毒剂一氯胺的方法，其特征在于，所述的氯源为次氯酸钠溶液，其投加量为4-6mg-Cl2/L。
5.根据权利要求1所述的一种适用于自来水厂高效制备高浓度消毒剂一氯胺的方法，其特征在于，氮源与氯源的添加量满足：氯氮质量比为4-6:1。
6.根据权利要求1所述的一种适用于自来水厂高效制备高浓度消毒剂一氯胺的方法，其特征在于，反应温度控制为15℃，时间为2h。
7.根据权利要求1所述的一种适用于自来水厂高效制备高浓度消毒剂一氯胺的方法，其特征在于，反应过程中，控制G值为300-400s-1。
8.根据权利要求1所述的一种适用于自来水厂高效制备高浓度消毒剂一氯胺的方法，其特征在于，反应溶液的pH为中性或碱性。
9.根据权利要求1所述的一种适用于自来水厂高效制备高浓度消毒剂一氯胺的方法，其特征在于，氯源的投加速率控制为3.3-9.9ml/s。
10.根据权利要求1所述的一种适用于自来水厂高效制备高浓度消毒剂一氯胺的方法，其特征在于，所述的水源为自来水厂的滤后水。
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