关键词：供水厂 PH值 有机物 氨氮 氯耗
1.现状情况
惠州市自来水总公司下属三间水厂（日供水70万m3）均采用液氯消毒，原水取自珠江三大水系之一的东江。经多年监测，东江原水基本能达到《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅲ类水质标准以上，符合国家对饮用水水源水质的要求，水厂运行稳定，出厂水水质达标，但近年来，三间水厂的氯耗呈逐年增高趋势，具体数据如下：
特别是每年的3—10月份，水厂耗氯量增加明显，为探明原因，对水质进行密切监测，对相应指标进行探讨。
2.水质监测数据比较与分析
2006年10月惠州市东江水利枢纽工程正式蓄水发电，至2007年12月全部竣工投产时，东江惠州河段的水位常年保持在9m以上，在东江形成宽560m，长40km，水面面积约28k㎡，水体容积1.16亿m3的人工湖，这使惠州市区供水系统由无坝取水变为有坝取水，形成水库性水源，提高了城市供水的保证率。但河流流速显著减缓，水体自净能力减弱，各项水质指标均有所变化。
2.1 PH值对氯耗的影响
¹氯消毒作用的机理，一般认为主要是通过次氯酸HOCL起作用。HOCL为很小的中性分子，只有它才能扩散到带负电的细菌表面，并通过细菌的细胞壁穿透到细菌内部。同时，由于它是一种强氧化剂，容易损坏细菌的细胞膜，使内部的蛋白质、RNA、DNA等物质释出，并影响多种酶系统，从而使细菌死亡。
氯气溶解在水中迅速水解生成次氯酸：
CL?+H?O←→H﹢+CL﹣+HOCL
次氯酸是一种弱电解质，在水中存在电离平衡：
HOCL←→ClO﹣+ H﹢
当PH值较低时，有利于反应向左移动；当PH值较高时，有利于反应向右移动。不同PH值时，水中HOCL和ClO-所占的比例是不同的，当PH值<6时（20℃），HOCL接近100%；当PH=7.5时（20℃），HOCL和ClO-大致相等；当PH>9时（20℃），ClO-接近100%。因此为提高消毒效果，减少加氯量，控制水中PH值是很重要的，根据实际实验，在同样的杀菌效果条件下，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净和缓冲的能力，外界排入水源的强酸性或强碱性污水量相对较小，没有冲破水源固有的缓冲能力，同时，随着水源地采取有效的保护措施，因此，原水PH值基本稳定。通过对原水近四年来PH值的监测，其范围均在7.09—7.56之间，波动较小，不是影响氯耗的主要原因。
2.2 有机物对氯耗的影响
²消毒时水中加氯量分为两部分，即需氯量和余氯，需氯量是指用于杀死细菌、有机物和还原性物质等消耗的部分。在理想情况下，即原水未受到污染，原水中不含有细菌、有机物等杂质时，需氯量为零，加氯量等于余氯量，但实际生产中基本不存在，原水中的有机物等还原性物质将会消耗掉氯，只有投加量大于需氯量，才会产生游离性余氯。
根据近年来原水有机物的监测值，原水中有机物含量较低、波动较小，对氯耗影响不大。
2.3 氨氮对氯耗的影响
比较2007年—2010年原水与出厂水水质监测的历史数据，其中氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮等指标见下表：
原水中氨氮有逐年增加趋势，特别是每年3—10月氨氮大量增加，出厂水氨氮指标略有降低，表明大部分氨氮在制水过程反应转化。
硝酸盐氮原水和出厂水指标呈增长趋势，值得注意的是2008年以来部分月份出厂水硝酸盐氮指标大于原水指标，表明在制水过程中新产生硝酸盐氮。
从统计数据来看亚硝酸盐氮的指标基本平稳。
因此，原水中氨氮的增加和制水过程中产生硝酸盐氮的过程可能是导致氯气消耗量增加的主要原因。
2.4 问题分析
通常情况下，氯气与氨氮反应，其反应方程式如下：
①2NH?+3CL?=N?+6HCL
显然，氨氮值越高，消耗的氯气越多，氯气的杀菌能力下降，因此常常把水体中的氨氮作为判断水体污染程度的指标之一。
当存在硝酸菌和亚硝酸菌时，在氯化条件、适宜的温度和PH值等环境下，亚硝酸菌将氨氮氧化成亚硝酸根，硝酸菌将亚硝酸根氧化为硝酸根，反应方程式如下：
NH?+3CL?+2H?O=HNO?+6HCL
HNO?+CL?+H?O=HNO?+2HCL
总反应方程式：②NH?+3H²O+4CL?=HNO?+8HCL
理论计算，反应式①每1mg氨氮消耗7.61mg氯气，反应式②每1mg氨氮消耗20.29mg氯气，氯气的消耗量增加了2.67倍，由此可见，氨氮的增加和硝酸菌、亚硝酸菌的存在是导致耗氯量增加的主要原因。硝化细菌最适宜的生长温度是25—30℃，当温度低于5℃时，硝化细菌的生活几乎停止，每年3—10月气温上升，原水氨氮值增加，硝化细菌活动活跃，上述问题更加严重，因此每年的3—10月份水厂的耗氯量呈大幅增加的趋势。
3.影响因素分析
对于惠州市自来水总公司各供水厂的取水水源东江来看，原水PH值年度及月度变化不大，有机物浓度含量不高，因此不是消耗氯的主要因素。氨氮是消耗氯的主要因素。各水厂生产均采用“预加氯+常规处理”的常规工艺，投氯与投加混凝剂（PAC）同时进行，水中高浓度的氨氮与其他耗氯性物质直接反应消耗大量氯；反应池、沉淀池、滤池、清水池等处理构筑物内附着大量微生物和其他耗氯性物质消耗氯；水厂生产时对含有较高氨氮的原水加氯消毒时，总是在余氯量达不到要求时不断加大投量，不自觉地采用了折点加氯法，增大了氯耗；同时由于硝化细菌的存在，使氨氮转化为硝酸盐氮又消耗大量氯，每年3—10月氨氮出现峰值，气温适宜微生物生长，所以该时段耗氯量大于其他月份。当然，加氯量与温度、浊度、时间关系有关，这些因素综合影响着水厂的加氯量。
4.措施及对策
1、定期对水厂各构筑物进行清洗，加入适量次氯酸钙（漂白粉）浸泡，杀死硝化细菌等微生物，抑制耗氯性物质在各构筑物内生长繁殖，使得硝化过程不能完成，减小氯耗。特别是敞开式的反应池、沉淀池中沉淀下来的污泥在炎热的夏天易腐化并释放出大量的氨氮，会吸收空气中的各类水溶性气体（如氨气），使水中的氨氮含量升高，因此要对反应池、沉淀池等构筑物中沉淀的底泥每天排泥、冲洗。
2、对前加氯和后加氯的比例进行实验调试，达到最好的效果和最少的氯耗；根据原水上水量、原水水质、原水耗氯实验等对自动加氯设备参数进行调整，保证最优的投氯量。
3、可考虑在靠近滤池前设置加氯点，这样有利于滤池长期保持较强的杀菌能力，抑制细菌等微生物在滤池的生长繁衍，控制亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的生成。
4、对于氨氮含量较高的原水，生产中在保证好管网末梢水达标的前提下，对出厂水余氯建议以总氯控制代替游离氯控制，这样能大幅降低氯耗，同时可以减少水中消毒副产物的生成。
5、原水氨氮较高一方面增大了氯耗，使出厂水余氯难以达标；另一方面氯化消毒的负作用增强，危害人体健康。必要时可采用[3]吸附法、生物处理法、膜过滤法等对氨氮进行去除。
参考文献
[1]严熙世、范瑾初，给水工程（第四版），中国建筑工业出版社，1999.12。
[2]王权、郑传林、邵洪，给水处理中加氯量的影响因素，山东建筑工程学院学报，2000.3。
[3]付婉霞、聂正武、高杰、肖艳，饮用水氨氮的去除方法综述，能源环境保护，2006.6。
