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发表于 2012-5-8 22:51
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1氧化机理 氯胺是公共给水消毒剂之一。由于氯胺消毒所产生的三卤甲烷等氯化消毒副产物比较少,己成为液氯的重要替代性消毒剂。氯胺 的 主 要生成反应是:) |- [; ~2 C1 f. w
CI2+H2O →HOCI+ H CI ( 4一 3)* s2 ]$ w9 q9 [& w' b
NH3+ HOCI→ NH2CI十HCI(4-4)1 r, `# L: l% D
NH2C l + H OC I→NHCI2+H2O ( 4一 5)
9 c! B o2 q6 ^ [) S0 }NHCI2+ HOCI→NH3+ H20 ( 4一 6)
0 B! I5 F/ _$ Q2 r% H1 D- m& lNH2Cl, NHC12和NC13统称为氯胺。: l1 F& ^) F( }& B- c
氯胺消毒可理解为通过次氯酸起消毒作用,包括次氯酸的氧化作用及新生态氧作用。目前普遍认为HOCI氧化作用是主要的。由于次氯酸为很小的中性分子,能很容易地扩散到带负电的细菌面,并通过细菌的细胞壁渗到细菌内部,与蛋白质发生氧化作用或破坏磷酸脱氢酶,使糖代谢失调而使细菌死亡.氯胺对于病毒的灭活则在于其破坏了病毒的蛋白质外壳和RNA(核糖核酸)。
0 r+ ~* ~1 r- `2.影响氮胺物种的因素从上述反应可见,次氯酸、一氯胺、二氯胺、三氯胺都存在于水体中,以上四者都是有效余氯,它们在平衡状态下的含量比例决定于氯和氨的投加比例、pH值和温度。0 G: ]$ @ V6 b" x3 B6 e p
本研究基于实验室实验,温度均为20,故仅讨论pH值和氯和氨的投加比例两因素对氯胺物种的影响。& r& c- R+ {) H; t/ C2 d
(1) p H值 对氯胺的影响& K0 y: ]; h3 }& ~) R5 L
由图 4 -1 可以看出,当pH值在3.5左右时,以三氯胺为主,大约有三分之一;当pH值在4.5左右时,氯胺中二氯胺占优势,约70 ;当pH值在6-8之间,氯胺中一氯胺为最多,可达到75%以上。& @3 }* J7 B. }4 B1 V9 ^
比较 三 种 氯胺的消毒效果,一氯胺是较弱的消毒剂,需要25倍一100倍的接触时间能达到与氯气相同的效果,但会在管网系统中保留很长时间,且在管网末梢仍具消毒作用;二氯胺比一氯胺消毒效果更强,但不稳定,有较明显的气味,当pH值低时,二氯胺所占比例大,消毒效果好;三氯胺有明显的令人不快的气味,在光照下易分解,消毒效果极差,由于三氯胺溶解度低,且不稳9 r& \7 V5 Z* o1 I7 I0 f
定易气化,所以一般自来水中不会含有NC13;
& M* e6 e3 Y) c/ f. U( z(2) 氯和氨的投加比例(C12: NH3)对氯胺物种的影响氯和氨的 投加比例的不同,导致生成氯胺的化学反应发生变化,从而使氯胶的三种物种组成比例相应转变,相关反应如下:
, D$ S4 d3 ^, c3 U①CI2:NH3 ≤5:1时
( Z0 u, Q. [% G$ ]" H(a) p H值 在6-8时:HOCI+ NH3→NH2C1+ H 2O ( 4-7 )
, X2 L. W- k. C [(b) p H <5 .5: 2 NH2C1+H+=NH4++NHC12 ( 4-8 )
7 A" [9 B6 Z+ p0 a②5:1<C 12:NH3<7.6:1时
- q, K9 ]0 |7 d. y1 r9 O(a) p H= 7时: NH2C1+ HOCI→NHC12+ H 2O (4 -9 )$ ~' g8 z- T6 M. K& g# Y( c; D
(b) p H> 7.5时: 2NH2C1+C12=N2+4HC1 (4- 10 )4 n2 A( ^+ _" k# K0 A2 X
③ C12:NH3: 7.6:1时: 2NH3+ Cl2= N2+ 6HC1 ( 4-11)
3 D' x# A% l, K" F$ v(3 )氯胺消毒减少THMs的原因用氯胺来消毒自来水,可以大大减少氯仿、二卤乙酸等THMs的生成。其中CHC13己被确认具有致癌性,国家生活饮用水标准规定它的含量应小于60ug/ L。本研究以CHC13为例,探讨氯胺可减少THMs含量的原因。
9 Y- ]9 f8 d! n1 g8 B7 D S一般认为 CHC13的形成是甲烷(CH4)的3个氢原子被氯取代而生成,其反应历程为:
) i6 d- R) z# t1 T a4 F* S* f. HCH4 + C12→CH3C1 + HC1 (4 -12 )
( r) _6 Z1 ]: }1 W" ]CH3C1 + C12 →CH2C12+ HCI (4-13)
$ y( G) B) O9 T3 u+ I0 l2 TH2 CI2 + C12 →CHC13 + HCI (4 -14 )8 L: B) x, q' m0 R( W
但是 , 天然水加氯产生CHC13的机理比较复杂,,CHCI3可能是卤仿反应的产物。由于氯是强氧化剂,可使有机物的某些活性基团活化,发生一系列化学反应而生成各种结构复杂的有机物,其中一些可以发生卤仿反应。例如:腐植物的降解产物间二酚或天然水中含有一CO-CH2-CO一结构的有机化合物经氯化处理时经由烯醇化而发生卤仿反应.% ~7 P. Q2 R9 W- O
以上 CH C13的形成过程中都含有氯取代过程,而氯取代反应历程中碳游离基的生成是重要的一步,当氨加入以后,由于N-H上的H原子的反应活性大于C-H上的H原子,因此,游离基氯首先取代氨上的H原子而生成氯胺化合物。4 m$ |2 W# C4 V) ]$ B* G
这样使得形成CHC13所必需的具有反应活性的游离基浓度减少,导致了CHC13形成量的减少。此外,氨与CHC13不发生化学反应,因此,氨不能降低己生成的CHC13的含量.
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3氯胺消毒剂的应用自20世纪70年代发现饮用水氯化消毒能产生具有致突变性河致癌性的氯化物产物以来,许多国家的饮用水卫生标准都规定了氯仿、四氯化碳等氯化副产物的限量。这一标准的实施,大大的推动了降低氯化副产物制水工艺和氯的替代性消毒剂的研究与应用。
9 S5 G! I! t: l. g8 NNorman等报道美国Huran市以James河为水源,氯化消毒的饮用水氯仿含量高达309ug/L,改用氯胺消毒后,THMs的含量下降了75%,使水质符合了卫生标准要求。在美国的市政供水中,约有25%的水厂采用了氯胺消毒. Nissimen等分析了35个以各种不同制水工艺的水厂出水中氯化副产物的含量,分析结果显示,采用氯胺和臭氧消毒的氯化副产物浓度最低。这些事实进一步证明了以氯胺消毒取代游离氯消毒能明显降低饮水氯化副产物含量。* q: z: |9 v7 L
有资料显示,氯胺在水中存在稳定,其半衰期约为游离氯的100倍.因而持续消毒的效果更好,更能保证管网末梢和慢流地区的余氯要求,有效防止二次污染。Neden等对氯胺和游离氯消毒水的二次污染进行了2年多的观察,氯胺消毒区的细菌总数和大肠菌群超标率明显低于游离氯消毒区。* I' ?- O, f% h8 k' Q( l
Hansson等报道,澳大利亚Mundaring水厂采用游离氯消毒时,在管网50km2以外检不出余氯,分离出了阿米巴原虫,1985年改用氯胺消毒,在500km2范围内,一次投药后,10~25d仍可检出。0.5mg/L的余氯,再也没有发现阿米巴原虫。以上对比不难看出,氯胺不失为一种较理想的消毒剂。4 z" o- }, W& j6 Z
此外,氯胺消毒过的饮用水嗅味较低,因为HOCI是逐渐放出的,这样就使氯嗅味减轻一些。在液氯的替代消毒剂中,氯胺也是比较廉价的。9 Y- q5 F3 b i0 Y/ I
然而氯胺并使非完美无缺的消毒剂,它存有一些不利因素。有研究表明,氯胺需长时间与水接触才能获得与氯消毒相同的效果。用氯消毒时,5分钟内可杀灭细菌达99%;而用氯胺时,在同样条件下5min内仅达60% ,需要将水与氯胺的接触时间延长到十几小时,才能达到99%以上的灭菌效果。这说明如要达到和氯相同的消毒效果,需要通过增加氯胺浓度和接触时间来弥补。
$ R3 u) P9 f) _* G6 v- j5 o另外,氯胺的氧化能力弱,减少有藻类产生的臭味可能性较小,几乎不可能氧化有机物质产生令人不快的臭味。使用时亦须严格控制氨的投量,以防止过多二氯胺、三氯胺形成带来的异味,及多余的氨被氧化后而产生的亚硝酸盐。7 n, n0 a* M" a/ T
目前,国内外许多研究人员致力于寻求一种合适的灭活蚤类的氧化剂。本研究认为,作为合格的灭蚤用氧化剂,需要具备以下条件:: ]1 I4 s" u3 {1 @0 v
首先,氧化剂必须具备高效性。即氧化剂的氧化能力要强,灭活剑水蚤的效率高,减小氧化剂的投加量。0 N$ O4 u! m9 ]% g
其次,氧化剂要具备安全性。氧化剂尽可能不与水处理系统其他工艺单元中的药剂发生干扰作用或者不良化学反应,以免影响水处理出水质量。对水源水质条件,如pH值、温度、COD等影响作用要小。尤其是对人体的健康不会产生新的危害,保障饮用水水质的安全。; @; [2 J3 S" ^+ L) U* i
最后,氧化剂还要具有实用性。氧化剂能长期持续,效果明显,易于操作管理运行。最好能在现有水厂设施上即可投入使用,无需做大的调整,方便而且经济性好。 |
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