不锈钢管网中氯胺的生成及衰减.docx

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1、不锈钢管网中氯胺的生成及衰减依托大型中试给水管网实验平台，研究了不锈钢管中不同形态的氯胺在不同氯氮比下的生成和衰减将管网试验结果与烧杯试验结果进行比照，结果表明：在为的范围内，不同水质条件下的自由氯、一氯胺和总氯的生成趋势均为去离子水主体水不锈钢管；而不锈钢管中二氯胺的生成量远高于烧杯情况下的生成量，且在为时，不锈钢管中二氯胺浓度占总氯浓度的以上不同下，不锈钢管中各种形态的氯胺衰减趋势是一致的，一氯胺的衰减速率为，随着反响的进行，二氯胺浓度先增大后减小，且这种变化与没有明显的相关性关键词：不锈钢管；氯胺；氯氮比为防止水致疾病的传播，消毒一直是自来水厂最重要的工艺环节之一在饮用水处理中，氯作为消

2、毒剂灭活微生物，防止以水为媒介的大规模疾病的流行已经有多年的历史，但是它的使用，会使水中产生毒性较强的卤代消毒副产物因而，在过去几十年中，氯胺作为一种替代的消毒剂，在世界范围内得到了广泛地使用如：中国，澳大利亚，新加坡，美国等氯胺消毒能够有效降低消毒副产物，十分是三卤甲烷和卤乙酸的生成，此外，由于氯胺的氧化性比自由氯弱，因而能够使供水管网在较长时间内保持一定余氯水平根据自由氯和氨氮质量比，自由氯和氨氮逐步发生反响生成一氯胺、二氯胺和三氯胺，溶液中种形态的氯胺所占的比例除了与初始质量比，下同有关外，还与反响的、温度以及反响时间有关这种形态的氯胺消毒效果方面的差异如下：消毒最好，其次是，但是具有臭

3、味，消毒效果最差，并且具有恶臭气味所以在种氯胺形态中，既能到达良好效果又不会对水质产生不利影响的形态是，因而，在采用氯胺消毒的工艺中应控制好反响条件，使反响向更有利于生成的方向进行，尽可能多地生成关于氯胺生成和衰减的烧杯实验研究已经有很多，但是对于氯胺在管网中的生成和衰减却鲜有研究在实际供水中，复杂庞大的供水管网相当于一个大型的“反响器，水在流经管网的经过中与管内壁充分接触并发生复杂的物理、化学及生物反响，进而导致管网末端水质与出厂水水质有很大不同，而水质的变化使得采用氯胺消毒时管网中氯胺的衰减与纯水理想情况下的衰减有很大不同本研究依托大型给水管网实验平台，研究了不锈钢管中不同形态的氯胺在不同

4、氯氮比下的生成和衰减，并将其与烧杯中的反响规律进行比照，初步探索了氯胺在管网与烧杯条件下规律不同的主要原因，对供水管网实际消毒条件的最优控制提供理论根据实验材料与方法实验材料试剂：十二水合磷酸氢二钠分析纯；氢氧化钠分析纯；磷酸二氢钾分析纯；二水合分析纯；氯化铵分析纯；磷酸化学纯，以上试剂来自国药集团化学试剂有限公司硫酸盐分析纯，阿拉丁试剂；次氯酸钠溶液分析纯，阿拉丁试剂；余氯粉枕包，实验用水浙江大学市政管网设备及仪器：浙江大学大型管网实验系统，如图所示分光光度计；紫外可见分光光度计岛津，日本；纯水仪；电磁搅拌器等实验方法管网实验：实验系统共有，和套环路，其中，环路为球墨铸铁内衬水泥管；环路为管

5、；环路为不锈钢管管长约，管径为，本实验选用环路实验开场前，先清洗环路，待管网排空清洗水后，再次注入新鲜实验用水，并使管网到达满管流流态，通过中控系统调节水温、流速等实验条件，并用自动加药装置向管网中加注适量的磷酸溶液或溶液调节实验所需待所有实验条件稳定到所需值后，先向管网中投加一定量的氯化铵溶液，使管网中的氯化铵浓度为，然后再向管网中投加不同量的次氯酸钠溶液，使管网中的在之间用烧杯于不同时刻取样，并立即用紫外可见光分光光度计测试溶液中不同形态的氯胺含量烧杯实验：参加的去离子水或管网所取实验水于的棕色容量瓶中，然后参加一定量的氯化铵溶液，再根据不同，参加不同量的次氯酸钠溶液，并通过投加适量磷酸氢

6、二钠和磷酸二氢钾调节为，然后在条件下于磁力搅拌器上搅拌，不同时刻取样，并立即用紫外可见光分光光度计测试溶液中不同形态的氯胺含量分析方法不同形态的氯胺浓度采用，二乙基，苯二胺光度法，用紫外可见光光度计测定结果与讨论不同水质条件下氯胺的生成参加的去离子水于的棕色容量瓶中，然后参加一定量的氯化铵溶液，使氯化铵的初始浓度为，再根据不同，参加一定量的次氯酸钠溶液，使在之间，调节为，然后在条件下于磁力搅拌器上搅拌，后测试去离子水中不同形态氯胺的生成，结果如图所示，图中为有效氯浓度由图可知，当约为时，总氯浓度到达峰值，浓度为；为之前溶液中主要有效氯成分为一氯胺，占总有效氯浓度的以上这是由于在低下，溶液中氯化

7、铵的浓度是过量的，溶液中主要发生式所示的反响，几乎所有的次氯酸钠均介入反响转化为一氯胺随着的增加，介入式反响的次氯酸钠的量逐步增加，生成的一氯胺量也随之增加在峰值点时，几乎所有的氯化铵都介入反响，生成的一氯胺到达最大值峰值点之后，随着的继续增加，溶液中开场发生式所示反响，使溶液中二氯胺的浓度开场升高，并在为时获得最大值此外，由于二氯胺极不稳定，容易发生自降解反响使其中的转化为，进而失去氧化能力，使得峰值点之后随着的增大总氯浓度逐步降低在为时，总氯浓度到达最低，浓度为，此点后，由于前期反响基本进行完毕，故随着加氯量的增加，自由氯累积，有效氯浓度上升由于在时才占优势成分，而本实验的控制在，因而没有

8、检测到的存在。管网实验环路为不锈钢管，调节管网流速，温度，管网运行后取样测定不同形式氯胺的生成量实验用水来自浙江大学市政管网，水质条件如下：为；温度为，电导为；溶解氧为；为从管网中取一定量的主体水于容量瓶中，向容量瓶和管网中分别参加相应量的氯化铵，初始浓度均为，将容量瓶置于磁力搅拌器上搅拌，同时开场管网实验将两者反响结果连同一样条件下的烧杯去离子水实验进行比照，结果如图所示；种情况下不同形态氯胺的比照结果如图所示，图中为有效氯浓度由图，图比照去离子水、主体水和管网种状态下不同形态氯胺的生成可知，主体水中不同形态的氯胺生成情况与去离子水中一致，不锈钢管中不同形态氯胺的生成则与前两者差异较大，这种

9、差异主要体如今二氯胺的生成量，不锈钢管中，二氯胺在为时获得最大值，此时溶液中；的含量占总有效氯的以上自由氯、一氯胺、总氯的生成趋势均为去离子水、主体水、不锈钢管对于自由氯，在小于时，种情况下的浓度没有明显差异，在为时，去离子水、主体水和不锈钢管中自由氯浓度分别为，和；对于一氯胺，在为时去离子水、主体水和不锈钢管中一氯胺浓度分别为，和；在为时去离子水、主体水和不锈钢管中总氯浓度分别为，和这是由于自由氯和一氯胺中含有，自由氯和一氯胺能够与主体水中的天然有机物发生反响，使得主体水中自由氯和一氯胺的生成量低于其在去离子水中的生成量而管网中氯胺生成情况是受多方面因素影响的，如水利条件、管垢含量以及基础设

10、施情况等对于管壁的作用，主要考虑下面方面的影响首先，管垢中含有大量的有机物，能够与自由氯或者一氯胺发生反响，消耗一部分的自由氯和一氯胺；此外，对种水体中金属阳离子分析发现，去离子水和主体水中铁离子质量浓度为，反响后不锈钢管中铁离子浓度为，一方面自由氯和一氯胺能够作为受体介入铁腐蚀反响，引起铁离子释放，消耗一部分有效氯，另一方面自由氯和一氯胺又可将氧化成消耗一部分有效氯因而在上述因素作用下，与去离子水和主体水相比，管网中的自由氯和一氯胺生成量是最低的对于二氯胺，不锈钢管中浓度明显高于去离子水和主体水，为时，去离子水、主体水和不锈钢管中二氯胺浓度分别为，和图所示为反响内种水体中二氯胺浓度的变化，管

11、壁对二氯胺浓度变化的奉献率在之间，这是由于相较于去离子水和主体水的简单条件，管网中的反响条件愈加复杂，管垢中可能存在使生成二氯胺的反响更易进行，而二氯胺的衰减反响遭到抑制的物质，使得管网中的二氯胺含量明显高于去离子水和主体水中不同下氯胺的衰减动力学实际生产中常采用的为，本实验中总氯在为时获得最大值，因而在初始氯化铵浓度为，为，管网流速为，温度为，管材为不锈钢管的情况下，考察不同形态的氯胺衰减情况，结果如图所示，图中为有效氯浓度。由图可知，不同下，随着反响时间的增大，自由氯、一氯胺和总氯浓度逐步减少由于本实验控制初始氯化铵浓度不变，随着的增加，氯胺的初始浓度也增加，这是和初始浓度共同作用的结果而

12、二氯胺浓度随着时间的处长增加后减少这是由于在反响开场的几个小时内，溶液中有多余的氨氮存在，相较二氯胺，次氯酸钠更易与氨氮反响，且在氨氮存在的情况下，二氯胺的衰减速率较慢；此外，由于这一阶段一氯胺生成二氯胺的反响也在进行，在上述因素的共同作用下，反响开场的几个小时内，二氯胺的生成大于衰减随着反响的进行，氨氮和次氯酸钠的浓度逐步降低，二氯胺的衰减速度加快，并且水中的有机物也消耗二氯胺，最终使得二氯胺的衰减大于生成通常情况下用一氯胺的浓度来表示氯胺的浓度图所示为不同情况下一氯胺的衰减情况，其中为一氯胺浓度，表所示为不同情况下一氯胺的衰减速率常数能够看出，在内，不同情况下一氯胺的衰减较好地符合一阶反响

13、动力学在为，和时，一氯胺的衰减速率常数分别为，和，即越大，衰减速率常数越小根据张永吉等人的研究，初始一氯胺浓度越高，越低，则一氯胺衰减越快本实验中在为，和时，一氯胺的初始浓度分别为，和，衰减速率为，讲明在常用范围内，的作用大于初始一氯胺浓度的影响当为时，衰减速率常数为，讲明在高下，初始浓度的影响大于的影响在氯化铵的初始浓度为，为的情况下，主体水与去离子水中各形态氯胺生成趋势较一致；与主体水和去离子水相比管网中二氯胺的生成远大于前两者，在为时获得最大值，此时溶液中二氯胺的含量占总有效氯的以上，这是由于管垢和主体水有机物等在内的各因素共同作用造成的氯胺的衰减动力学试验中，随着反响时间的增大，自由氯、一氯胺和总氯浓度逐步减少，而二氯胺浓度随着时间的延长先增加后减少在氯化铵的初始浓度为，为的情况下，在内不锈钢管中一氯胺的衰减较好地符合一阶反响动力学在为时，随着的增大，衰减速率常数逐步变小，即在较高的和较高的初始浓度下一氯胺较稳定，讲明在常用范围内，的作用大于初始一氯胺浓度的影响当为时，衰减速率常数最大，即在高下，初始浓度的影响大于的影响实际生产中以氯胺作为消毒剂或者二次加氯选择氯胺时，仅从消毒效果持续时间长短来考虑易选择较高的氯氮比。