關鍵詞：供水廠 PH值 有機物 氨氮 氯耗
1.現狀情況
惠州市自來水總公司下屬三間水廠（日供水70萬m3）均采用液氯消毒，原水取自珠江三大水系之一的東江。經多年監測，東江原水基本能達到《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）Ⅲ類水質標準以上，符合國家對飲用水水源水質的要求，水廠運行穩定，出廠水水質達標，但近年來，三間水廠的氯耗呈逐年增高趨勢，具體數據如下：
特別是每年的3—10月份，水廠耗氯量增加明顯，為探明原因，對水質進行密切監測，對相應指標進行探討。
2.水質監測數據比較與分析
2006年10月惠州市東江水利樞紐工程正式蓄水發電，至2007年12月全部竣工投產時，東江惠州河段的水位常年保持在9m以上，在東江形成寬560m，長40km，水面面積約28k㎡，水體容積1.16億m3的人工湖，這使惠州市區供水系統由無壩取水變為有壩取水，形成水庫性水源，提高了城市供水的保證率。但河流流速顯著減緩，水體自凈能力減弱，各項水質指標均有所變化。
2.1 PH值對氯耗的影響
¹氯消毒作用的機理，一般認為主要是通過次氯酸HOCL起作用。HOCL為很小的中性分子，只有它才能擴散到帶負電的細菌表面，并通過細菌的細胞壁穿透到細菌內部。同時，由于它是一種強氧化劑，容易損壞細菌的細胞膜，使內部的蛋白質、RNA、DNA等物質釋出，并影響多種酶系統，從而使細菌死亡。
氯氣溶解在水中迅速水解生成次氯酸：
CL?+H?O←→H﹢+CL﹣+HOCL
次氯酸是一種弱電解質，在水中存在電離平衡：
HOCL←→ClO﹣+ H﹢
當PH值較低時，有利于反應向左移動；當PH值較高時，有利于反應向右移動。不同PH值時，水中HOCL和ClO-所占的比例是不同的，當PH值<6時（20℃），HOCL接近100%；當PH=7.5時（20℃），HOCL和ClO-大致相等；當PH>9時（20℃），ClO-接近100%。因此為提高消毒效果，減少加氯量，控制水中PH值是很重要的，根據實際實驗，在同樣的殺菌效果條件下，PH值越高，需氯量越大，氯耗越高。
²同一水源地由于自身有自凈和緩沖的能力，外界排入水源的強酸性或強堿性污水量相對較小，沒有沖破水源固有的緩沖能力，同時，隨著水源地采取有效的保護措施，因此，原水PH值基本穩定。通過對原水近四年來PH值的監測，其范圍均在7.09—7.56之間，波動較小，不是影響氯耗的主要原因。
2.2 有機物對氯耗的影響
²消毒時水中加氯量分為兩部分，即需氯量和余氯，需氯量是指用于殺死細菌、有機物和還原性物質等消耗的部分。在理想情況下，即原水未受到污染，原水中不含有細菌、有機物等雜質時，需氯量為零，加氯量等于余氯量，但實際生產中基本不存在，原水中的有機物等還原性物質將會消耗掉氯，只有投加量大于需氯量，才會產生游離性余氯。
根據近年來原水有機物的監測值，原水中有機物含量較低、波動較小，對氯耗影響不大。
2.3 氨氮對氯耗的影響
比較2007年—2010年原水與出廠水水質監測的歷史數據，其中氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮等指標見下表：
原水中氨氮有逐年增加趨勢，特別是每年3—10月氨氮大量增加，出廠水氨氮指標略有降低，表明大部分氨氮在制水過程反應轉化。
硝酸鹽氮原水和出廠水指標呈增長趨勢，值得注意的是2008年以來部分月份出廠水硝酸鹽氮指標大于原水指標，表明在制水過程中新產生硝酸鹽氮。
從統計數據來看亞硝酸鹽氮的指標基本平穩。
因此，原水中氨氮的增加和制水過程中產生硝酸鹽氮的過程可能是導致氯氣消耗量增加的主要原因。
2.4 問題分析
通常情況下，氯氣與氨氮反應，其反應方程式如下：
①2NH?+3CL?=N?+6HCL
顯然，氨氮值越高，消耗的氯氣越多，氯氣的殺菌能力下降，因此常常把水體中的氨氮作為判斷水體污染程度的指標之一。
當存在硝酸菌和亞硝酸菌時，在氯化條件、適宜的溫度和PH值等環境下，亞硝酸菌將氨氮氧化成亞硝酸根，硝酸菌將亞硝酸根氧化為硝酸根，反應方程式如下：
NH?+3CL?+2H?O=HNO?+6HCL
HNO?+CL?+H?O=HNO?+2HCL
總反應方程式：②NH?+3H²O+4CL?=HNO?+8HCL
理論計算，反應式①每1mg氨氮消耗7.61mg氯氣，反應式②每1mg氨氮消耗20.29mg氯氣，氯氣的消耗量增加了2.67倍，由此可見，氨氮的增加和硝酸菌、亞硝酸菌的存在是導致耗氯量增加的主要原因。硝化細菌最適宜的生長溫度是25—30℃，當溫度低于5℃時，硝化細菌的生活幾乎停止，每年3—10月氣溫上升，原水氨氮值增加，硝化細菌活動活躍，上述問題更加嚴重，因此每年的3—10月份水廠的耗氯量呈大幅增加的趨勢。
3.影響因素分析
對于惠州市自來水總公司各供水廠的取水水源東江來看，原水PH值年度及月度變化不大，有機物濃度含量不高，因此不是消耗氯的主要因素。氨氮是消耗氯的主要因素。各水廠生產均采用“預加氯+常規處理”的常規工藝，投氯與投加混凝劑（PAC）同時進行，水中高濃度的氨氮與其他耗氯性物質直接反應消耗大量氯；反應池、沉淀池、濾池、清水池等處理構筑物內附著大量微生物和其他耗氯性物質消耗氯；水廠生產時對含有較高氨氮的原水加氯消毒時，總是在余氯量達不到要求時不斷加大投量，不自覺地采用了折點加氯法，增大了氯耗；同時由于硝化細菌的存在，使氨氮轉化為硝酸鹽氮又消耗大量氯，每年3—10月氨氮出現峰值，氣溫適宜微生物生長，所以該時段耗氯量大于其他月份。當然，加氯量與溫度、濁度、時間關系有關，這些因素綜合影響著水廠的加氯量。
4.措施及對策
1、定期對水廠各構筑物進行清洗，加入適量次氯酸鈣（漂白粉）浸泡，殺死硝化細菌等微生物，抑制耗氯性物質在各構筑物內生長繁殖，使得硝化過程不能完成，減小氯耗。特別是敞開式的反應池、沉淀池中沉淀下來的污泥在炎熱的夏天易腐化并釋放出大量的氨氮，會吸收空氣中的各類水溶性氣體（如氨氣），使水中的氨氮含量升高，因此要對反應池、沉淀池等構筑物中沉淀的底泥每天排泥、沖洗。
2、對前加氯和后加氯的比例進行實驗調試，達到最好的效果和最少的氯耗；根據原水上水量、原水水質、原水耗氯實驗等對自動加氯設備參數進行調整，保證最優的投氯量。
3、可考慮在靠近濾池前設置加氯點，這樣有利于濾池長期保持較強的殺菌能力，抑制細菌等微生物在濾池的生長繁衍，控制亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮的生成。
4、對于氨氮含量較高的原水，生產中在保證好管網末梢水達標的前提下，對出廠水余氯建議以總氯控制代替游離氯控制，這樣能大幅降低氯耗，同時可以減少水中消毒副產物的生成。
5、原水氨氮較高一方面增大了氯耗，使出廠水余氯難以達標；另一方面氯化消毒的負作用增強，危害人體健康。必要時可采用[3]吸附法、生物處理法、膜過濾法等對氨氮進行去除。
參考文獻
[1]嚴熙世、范瑾初，給水工程（第四版），中國建筑工業出版社，1999.12。
[2]王權、鄭傳林、邵洪，給水處理中加氯量的影響因素，山東建筑工程學院學報，2000.3。
[3]付婉霞、聶正武、高杰、肖艷，飲用水氨氮的去除方法綜述，能源環境保護，2006.6。
