峰點前氯化預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，隨著工農業的迅速發展產生了大量的氨氮，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98.8 萬 t，工業源貢獻42.5 萬 t;2010年氨氮排放總量為120.3萬t，其中生活源貢獻93萬t，工業源貢獻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，工業源為 32.18 萬 t。

2 水體污染現狀

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重;珠江水系的深圳河氨氮污染嚴重;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狀況見表2，從表2中可以看出，博斯騰湖、洱海的水質較好，總體為Ⅲ類及優于Ⅲ類水質，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狀況

3 氨氮污染的危害

大量含氮物質排入水體，為藻類等自養型生物的繁殖提供營養基質，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，嚴重時可能引起水廠被迫停產，1987年夏季，合肥第四水廠因藻類影響被迫停產。此外，藻類進入管網會導致水中殘留的異養菌及硝化細菌的再生，加速配水系統的結垢和腐蝕，縮短管網的使用壽命［1］。

4 折點氯化除氮

資料表明，針對氨氮超標的原水，國內大多數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化為N2或者易氣化的NCl3加以去除，Cl2在水中與NH3的反應見化學式(1)～化學式(4)［2］，曲線BC段已經沒有了消耗氯的雜質，出現自由性余氯，對原水進行滅菌、除藻。

5 峰點前氯化方法

由于折點氯化預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，會使水產生大量對人體有害的副產物(THMs)。因此，通常的折點氯化(自由氯氯化)預處理可改進為(化合氯氯化)預處理，圖2中表明，折點之前加氯量的原水中，氯元素均以化合態形式存在，峰點后的HB段發生的反應見化學式(3)，式(4)，反應生成一些不起氧化、消毒作用的化合物，NCl3性質不穩定，極易揮發。峰點前的AH段發生的化學反應見化學式(2)，氯主要以NH2Cl形式存在，NH2Cl化學性質穩定，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，將水中的氨氮轉化為NH2Cl。

6 峰點前氯化(氯胺預處理)特點

已有研究成果表明［3，4］，峰點前氯化(氯胺預處理)不僅能夠去除水中過量的氨氮，除去藻類繁殖的營養基質，具有良好的強化助濾、去除水中污染物的作用，還可改善常規過濾工藝對受污染水原水的處理效果［5-7］;低溫低濁水質期，氯胺預處理(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工藝氣浮高5%，濾后水濁度去除率比常規過濾高2%。增強了濾池的抗負荷沖擊能力，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粒總數以及不同粒徑范圍的顆粒數。低溫低濁水質期，氯胺預處理(投加氯2.0 mg/L，Cl∶N=5∶1 ～6∶1)濾后水顆粒總數較常規工藝減少了54.6%，其中2 μm～10 μm的顆粒數減少了55%，10 μm～20 μm的顆粒數減少了54.3%，20 μm以上的顆粒數減少了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在此粒徑范圍內的大幅降低具有重要的實際意義。過濾出水顆粒數穩定，波動較小，提高了水處理工藝的抗沖擊負荷能力，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，低溫低濁水質期氯胺預處理濾后水的UV254去除率較常規過濾提高了4.5%，CODMn去除率提高了5%，提高了飲用水的化學安全性;峰點前氯化工藝大大減少了加氯量，大幅度降低了THMs的產生;峰點前氯化具有持久的消毒能力，能有效地控制水中細菌繁殖，避免游離性余氯過高時產生的臭味。

7 結語

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

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

［2］嚴煦世，范瑾初.給水工程［M］.北京:中國建筑工業出版社，1999:361-363.

［3］陳偉仲.高錳酸鹽復合劑與氯胺聯合預氧化強化低溫低濁水處理［D］.北京:北京工業大學碩士論文，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，2006，32(12):26-30.

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

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

［7］李 星，楊艷玲，張 巖，等.高錳酸鉀安全強化預氯化工藝消毒效能的研究［J］.工業水處理，2005，25(9):23-26.