申请日2012.05.24
公开(公告)日2012.09.12
IPC分类号C02F1/50; C02F9/04
摘要
本发明属于给水处理消毒副产物的控制，特别涉及一种多点游离氯转化为氯胺的给水处理消毒工艺。本发明是在常规饮用水处理厂的原有常规给水处理工艺的沉淀-消毒工艺段构筑物的基础上，采用两点或三点投加氯进行消毒，并在最后一点投加氯后马上投加氨氮，从而使游离氯原位转化为氯胺以对处理水进行进一步的消毒。本发明不仅可以实现消毒副产物的有效控制，而且对于CODMn值也有较大程度的去除，对于防止过滤池生物膜的形成及管网硝化的发生也起到很大的作用。同时，多点投加氯的方式可以根据处理水的水质特点灵活调整投氯量，从而减少了余氯量及氨氮投加量的剧烈波动，可以有效保障大中型城市安全、稳定供水的需求。
权利要求书
1.一种多点游离氯转化为氯胺的给水处理消毒工艺，其特征是：在给水 厂的沉淀池后端处的集水渠处设置第一投氯点并投加氯，利用沉淀池到过滤 池的原有配水系统使处理水与氯进行混合，含有氯的处理水在过滤池中的水 利停留时间依过滤池的水利停留时间而定;其中，氯的投加量是根据处理水 的水质特点而定;在过滤池的出水口处的管道上设置第二投氯点并投加氯， 使投加的氯与处理水在过滤池与清水池之间相连接的管道中混合，含有氯的 处理水在管道中的水利停留时间依过滤池到清水池之间的管道的水利停留时 间而定，其中，氯的投加量是根据处理水的水质特点而定;在该管道进入清 水池前的入水口处的管道上设置第三投氯点并投加氯，其中，氯的投加量是 根据处理水的水质特点而定;在设置的第三投氯点与清水池入水口之间的管 道上设置投加氨氮点并投氨氮，其中，氨氮的投加量是按照氨氮：投加氨氮 点处的游离氯含量的质量比为1:3~1:5进行投加;投加的氯、氨氮与处理水 在管道中及清水池中混合接触，使游离氯原位转化为氯胺，处理水经过处理 消毒后经清水池的出水管排出。
2.根据权利要求1所述的给水处理消毒工艺，其特征是：所述的在水厂 的沉淀池后端处的集水渠处设置第一投氯点并投加氯，含有氯的处理水在过 滤池中的水利停留时间为20~40分钟。
3.根据权利要求1或2所述的给水处理消毒工艺，其特征是：所述的第 一投氯点的氯的投加量是氯在处理水中的含量为1~3mg/L。
4.根据权利要求1所述的给水处理消毒工艺，其特征是：所述的在过滤 池的出水口处的管道上设置第二投氯点并投加氯，含有氯的处理水在管道中 的水利停留时间为5~10分钟。
5.根据权利要求1或4所述的给水处理消毒工艺，其特征是：所述的第 二投氯点氯的投加量是氯在水中的含量为0~2mg/L。
6.根据权利要求1所述的给水处理消毒工艺，其特征是：所述的在管道 进入清水池前的入水口处的管道上设置第三投氯点并投氨氮，含有氯的处理 水在管道中的水利停留时间为20秒~1分钟后与投加的氨氮相接触。
7.根据权利要求1或6所述的给水处理消毒工艺，其特征是：所述的在 管道进入清水池前的入水口处的管道上设置第三投氯点并投氨氮，氯的投加 量是氯在处理水中的含量为1~2mg/L。
8.根据权利要求1、2、4或6所述的给水处理消毒工艺，其特征是：所 述的氯选自液态氯气、次氯酸钠和漂白粉中的一种或几种。
9.根据权利要求1或6所述的给水处理消毒工艺，其特征是：所述的氨 氮是液态氨气，或是食品级的氯化铵固体。
说明书
一种多点游离氯转化为氯胺的给水处理消毒工艺
技术领域
本发明属于给水处理消毒副产物的控制，特别涉及一种多点游离氯转化 为氯胺的给水处理消毒工艺。
背景技术
消毒副产物(DBPs)在近三十年得到国内外广泛关注，我国即将于2012 年7月1日强制执行的饮用水标准(GB5749-2006)中规定的DBPs种类达到26 种。氯消毒过程中，游离氯会与水中消毒副产物的前驱物反应生成具有“三 致”效应的卤代DBPs。当水体中有机物含量较高时，可能会造成消毒副产物 超标。在针对消毒副产物控制的策略中，强化混凝作为美国环保署(EPA)推 荐的控制消毒副产物的最优方案被广泛使用，但是受到水质条件等限制，其 去除效果依然有限，当水体污染较重或有机物结构不适于混凝去除时，强化 混凝不能保证消毒副产物的达标控制。此外，深度处理因为需要构筑物和设 备的升级改造，从而需要大量的投资，因此在中国现阶段条件下难以大范围 推广。这种情况下，调整消毒工艺成为现阶段供水安全的最后一道屏障。
在可供选择的消毒工艺中，二氧化氯需要现场制备，使用不方便，设备 材料和运行成本高，而且二氧化氯还可能产生诸如亚氯酸盐、氯酸盐等对人 体具有高毒性的副产物。紫外消毒反应器复杂，难以大规模应用，而且不能 保证管道中有足够的消毒剂余量。臭氧消毒虽然具有对水中细菌、病毒、藻 类、原生动物等均有良好的灭活效能。但当水体中具有较高浓度的溴离子时 (>50μg/L)，容易造成具有致癌作用的溴酸盐的超标，而且臭氧不能保证管 道中足够的消毒剂余量。氯消毒具有经济有效、使用方便等优点，但其缺点 主要有：使用过程中存在安全隐患;可能产生大量三卤甲烷、卤乙酸等卤代 消毒副产物;氯消毒本身在灭活微生物方面也具有一定的局限性，如两虫(贾 第虫、隐孢子虫)就难以灭活。氯胺消毒可以大大降低消毒副产物的生成量， 且更为稳定，能保持管道中有较稳定的消毒剂余量;相比游离氯，氯胺具有 更强的控制生物膜生长的能力。但其缺点主要有：氧化能力弱，灭活微生物 能力不及自由氯。氯与氯胺联用的工艺结合了二者的优点，在杀灭微生物和 控制副产物的生成上可以实现较好的平衡。张晓健等人在前期研究了短时游 离氯转氯胺的顺序水处理消毒工艺(专利申请号：200410042790.6)，证实其 在有效控制微生物的基础上，相比单纯氯消毒可以大幅降低副产物的生成。 但是由于进水水质的波动性，单点投加氯消毒后至加氨点余氯量波动较大， 氨氮的投加量不易掌握，此外，如果出水水质中CODMn值比较高，其有机物 含量往往也比较高，在管网中很容易成为硝化细菌的碳源而导致管网硝化的 发生。实践中发现投加氯可以起到降低水体中CODMn值的作用。采取合适的 投加策略可以实现CODMn值、微生物指标和DBPs的同时达标控制，保障水质 的生物安全性和化学安全性。
因此，开发使用方便、稳定且可满足利用受到溴及有机物污染的水体作 为水源水的常规给水处理厂大规模供水条件下CODMn值和副产物同时达标控 制的组合消毒工艺，是目前研究与工程应用中亟需解决的难点问题。
发明内容
本发明的目的是针对受到溴及有机物污染的水体的给水处理，在常规工 艺(混凝、沉淀、过滤、消毒)强化混凝的基础上采用单独氯或氯胺消毒难 以达到CODMn值和消毒副产物的同时达标控制的情况下，提供一种多点游离 氯转化为氯胺的给水处理消毒工艺，以期能够在基本不改变水厂构筑物的情 况下，实现消毒副产物、微生物指标、余氯量和CODMn值的同时达标控制。
本发明的多点游离氯转化为氯胺的给水处理消毒工艺为：在常规饮用水 处理厂的原有常规水处理工艺(混凝、沉淀、过滤、消毒)的沉淀-消毒工艺 段原有构筑物的基础上，采用两点或三点投加氯进行消毒，并在最后一点投 加氯后马上投加氨氮，从而使游离氯原位转化为氯胺以对处理水进行进一步 的消毒。根据水质可在设置的投加氨氮之前的管道或者构筑物上选择适当的 加氯点，加氯量及加氨氮量。
在给水厂的沉淀池后端处的集水渠处设置第一投氯点并投加氯，利用沉 淀池到过滤池的原有配水系统使处理水与氯进行混合，含有氯的处理水在过 滤池中的水利停留时间依过滤池的水利停留时间而定(一般停留时间约为 20~40分钟);其中，氯的投加量是根据处理水的水质特点而定(一般控制 在氯在处理水中的含量为1~3mg/L);在过滤池的出水口处的管道上设置第 二投氯点并投加氯，使投加的氯与处理水在过滤池与清水池之间相连接的管 道中混合，含有氯的处理水在管道中的水利停留时间依过滤池到清水池之间 的管道的水利停留时间而定(一般停留时间为5~10分钟)，其中，氯的投 加量是根据处理水的水质特点而定(一般控制在氯在水中的含量为 0~2mg/L);在该管道进入清水池前的入水口处的管道上设置第三投氯点并 投加氯，其中，氯的投加量是根据处理水的水质特点而定(一般控制在氯在 处理水中的含量为1~2mg/L);在设置的第三投氯点与清水池入水口之间的 管道上设置投加氨氮点并投加氨氮(第三投氯点与投加氨氮点要相临近，以使 第三投氯点处投加的氯后的含有氯的处理水在管道中的水利停留时间为20 秒~1分钟后既能与投加的氨氮相接触)，其中，氨氮的投加量是按照氨氮： 投加氨氮点处的游离氯含量的质量比为1:3~1:5进行投加;投加的氯、氨氮 与处理水在管道中及清水池中混合接触，使游离氯原位转化为氯胺，处理水 经过处理消毒后经清水池的出水管排出。
投加氨氮点处的游离氯的含量的计算公式为：
C=a×第一投氯点氯的投量+b×第二投氯点氯的投量+c×第三投氯点氯 的投量-d (1)
其中a，b，c分别是第一、第二及第三投氯点所投加氯在投加氨氮点余 量的无量纲的系数，其数值与水质特点和水利停留时间有关，可以通过实验 室模拟和实际运行数据计算得出;d是第一、第二及第三投氯点所投加氯的 瞬间损失量的和，单位为mg/L，其数值与水质特点有关，可以通过实验室模 拟和实际运行数据计算得出。
在经过多点游离氯及氯胺消毒后，保证了出厂水中的余氯量可控制在 0.8~1.5mg/L，管网末梢的出水余氯量控制在大于0.15mg/L(3倍国标标准)， 出厂水CODMn值小于3mg/L(水源水CODMn<6mg/L)，并保证了出厂水中 微生物和消毒副产物的指标达标控制，全面符合国家最新《生活饮用水卫生 标准》(GB5749-2006)对水质的要求。
本发明中设置的第一投氯点，其目的为：(1)改善过滤池的氧化还原条 件，抑制过滤池内硝化细菌的生长和生物膜的形成;(2)杀灭处理水中微生 物，防止或减少微生物在过滤池的穿透。(3)通过氯的氧化作用降低水体的 CODMn值，从而减少管网硝化的风险。
本发明中设置的第二投氯点，其作用主要是对穿透过滤池的微生物进行 杀灭。
本发明中设置的第三投氯点，其作用主要是补充处理水中游离氯的含量， 与接着加入的氨氮反应原位转化为氯胺以维持管网中的余氯量，并可以避免 水质变化导致的剩余游离氯含量的不稳定而带来的氨氮投加量的剧烈波动。
所述的氯选自液态氯气、次氯酸钠和漂白粉中的一种或几种。
所述的氨氮是液态氨气，或是市售的食品级的氯化铵固体。
本发明的多点游离氯转化为氯胺的给水处理消毒工艺具有如下技术效 果：
(1)可以实现余氯量、微生物指标、消毒副产物、CODMn值同时达标 控制;
(2)在过滤池前加氯可以防止过滤池的硝化作用，提高过滤池运行的稳 定性;
(3)多点投加氯可以在实现较高消毒效果的前提下减少消毒副产物的生 成;
(4)多点加氯可以有效缓和投加氨氮前游离氯余量的波动性，氨氮的投 加量可以根据三个投氯点的氯的投加量计算后进行投加，避免了单点投加氯 造成的氨氮投加量的剧烈波动;
(5)多点投加氯使得加氯量可以根据水质的特点灵活调整，保证出水余 氯量的相对稳定性;
(6)多点投加氯产生的游离氯氧化降解了部分水体中的有机物，降低了 管网水的碳源，减少了管网发生硝化的可能;
(7)不需对原有构筑物进行大规模的改造，仅需对部分管道及构筑物进 行微小改动。成本低，使用操作简单。