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悬浮颗粒对回用水氯消毒效果影响的研究 专业：环境工程 硕士生：余永贞 指导教师：刘伟副教授 摘要 城市污水再生利用已经成为解决水资源短缺的重要途径。在回用消毒时， 由于悬浮颗粒屏蔽、包裹病原微生物，导致拖尾效应产生，造成回用水安全 隐患。 本论文通过实验室序批试验研究了悬浮颗粒( s s ) 对氯消毒拖尾的影响。 通过浓缩、稀释原水样得不同s s 浓度消毒水样，次氯酸钠作为自由氯消毒， 滤膜法检测大肠菌群，d p d f a s 滴定法滴定余氯。此外，还研究了p h 、氯 投量对拖尾的控制效果。 实验得出的主要结论如下： 1 随着c t 值的增加，即消毒时间的延长，消毒动力学曲线逐渐偏离一 级反应模式，说明拖尾现象不同程度存在 2 悬浮颗粒对氯消毒效果有很大影响。s s 浓度越大，消毒反应速率越小， 大肠菌群的灭活率越低，越先进入拖尾区在1 0 0 3 - 5 5 3 6 m g l 范围内，s s 浓度与拖尾区开始时大肠菌群的灭活对数l o g ( n n o ) , 线性相关( 限2 = o 9 8 ) 。由于 大多数城市二级出水的s s 浓度都在这个范围，实际操作中可以通过降低s s 浓度有效控制拖尾。但是，当s s 1 0 0 3 m g l 时，进一步降低s s 对消毒拖尾 程度影响不大。 i 3 初始氯投量可以一定程度影响拖尾效应随着氯( c 1 2 澉量的增加，消 毒速率逐步升高，拖尾程度逐步降低，直至拖尾现象完全消失。因此加大氯 ( c 1 2 ) 投量可以破坏甚至消除颗粒保护作用，减弱拖尾现象。 4 p h 值改变对氯消毒拖尾有很大影响。规律表现为低p h 值大肠菌群灭 活速率大，灭活率高；高p h 值刚好相反，p h 值高时拖尾现象更为明显。p h 影响消毒时间和消毒剂的投加量以及大肠菌群去除率。 综合实验的研究结果，悬浮颗粒是影响消毒拖尾程度的最主要因素，降 低回用水s s 浓度可以有效消除拖尾现象。加大消毒剂投量，可以在一定程度 上可以减弱拖尾效应。降低回用水p h 也有助于降低拖尾程度。 关键词：回用水，氯，消毒，悬浮颗粒，拖尾 h r e s e a r c ho nt h ei m p a c t so fs u s p e n d e d p a r t i c l e so nt h e d i s i n f e c t i o no fr e c y c l e dw a s t e w a t e rb yc h l o r i n e m a j o r ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g n a m e ：y uy o n g z h e n s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rl i uw e i a b s t r a c t r e c y c l em u n i c i p a lw a s t e w a t e ri se s s e n t i a la n dn e c e s s a r yt os o l v et h es h o r t a g e o fw a t e rs u p p l yi no u rc o u n t r y t h ep a r t i c l ea s s o c i a t e d - b a c t e r i ai nr e c y c l e d w a s t e w a t e rc a n tb ei n a c t i v a t e de f f e c t i v e l y ，w h i c hi sk n o w n “t a i l i n g p h e n o m e n o n , b e c a u s eo ft h ep r o t e c t i o no f p a r t i c l e s t h es u r v i v e dc o l i f o r m so ro t h e rw a t e r - b o r n e d i s e a s e sr e s u l t e di np o t e n t i a lt h r e a t si nr e c y c l e dw a t e r t h ei m p a c to fs u s p c n d c ds o l i d s ( s s ) o nc h l o r i n ed i s i n f e c t i o no fs e c o n d a r y e f f l u e n to fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tw a ss t u d i e di nt h i st h e s i sb yb a t c ht e s ti nt h e l a b o r a t o r y s 朗，c r a ls a m p l e sw i t hd i f f e r e n ts sc o n c e n t r a t i o nw e r eo b t a i n e db y c o n d e n s i n go rd i l u t i n go r i g i n a lw a t e rs a m p l e n a c l os o l u t i o nw a ss u e da sf r e e c h l o r i n es o u r c e c o l i f o r mw a su s e da si n d i c a t o rm i c r o o r g a n i s ma n dc o u n t e db y m e m b r a n ef i l t r a t i o nm e t h o d t h er e s i d u a lc h l o r i n ew a st i t r a t e db yd p df e r r o u s f i t r i m e t r i cm e t h o d i na d d i t i o n ，t h ee f f e c t so fp ha n dc h l o r i n ec o n c e n t r a t i o ni n c o n t r o l l i n gt a i l i n gr e g i o nw e r ei n v e s t i g a t e d c o n c l u s i o n sa r ea sf o i l o w s ： m 1 w h e nc tv a l u ei n c r e a s e d t h a ti st h ed i s i n f e c t i o nt i m ew a se x t e n d e di na l l t h et e s t s ，t h ed i s i n f e c t i o nk i n e t i cd i dn o tf o l l o wt h ef i r s to r d e rm o d e la n yl o n g e r t h i si n d i c a t e d “t a i l i n g i np r e s e n c e 2 s u s p e n d e ds o l i dw a sa ni m p o r t a n tf a c t o ri nt h ed i s i n f e c t i o no fr e c y c l e d w a s t e w a t e r ah i g h c rs sc o n c e n t r a t i o nr e s u l t e di ns l o w e rd i s i n f e c t i o nr a t e ，a n d l o w e ri n a c t i v a t i o nr a t i oo fc o l i f o r ma n de a r l i e ro c c u r r e n c eo f “t a i l i n g r e g i o n m o s ti m p o r t a n t l y , a tar a n g eo f1 0 0 3 - 5 5 3 6 m g l ，s sc o n c e n t r a t i o nh a dal i n e a r c o r r e l a t i o n ( r 2 - - o 9 钓w i t hs t a r i n gp o i n to ft a i l i n gr e g i o n s i n c em o s ts e c o n d a r y e f f l u e n t sh a sas sc o n c e n t r a t i o ni nt h er a n g eo f1 0 - 5 5 3 6 m g lr e d u c t i o no fs s m a yw e a k e nt h et a i l i n gp h e n o m e n o n i fs s l o o m g m i l l ) ，式( 4 1 2 ) 基本上和式( 4 - 1 0 ) 一样。应注意到，对废水消毒曾 有很多其他模型公式提出，包括h o r n 胡l 提出的经验公式，该式后来由h a a s 和j o 疵i 删加以改进。可用来模拟二级出水和滤过的二级出水消毒过程的比较 方法，是单独伴有颗粒的细菌灭活( 曾对紫外线消毒时提出) 和模拟自由游 泳细菌的灭活。得出的方程式形式如下： ( t ) - n o ( 啪蚺) + 器川叫) 式中：o ) 在时问f 时存活的大肠菌总数： 。( o ) 在时i 甸t - - 0 时，加消毒剂以前的分散大肠菌总数； ，( 0 ) 在时间f 卸时，至少包含一个大肠菌的颗粒总数； i 灭活速率系数； c 时间f 时的余氯； f 时间。 式p 1 3 ) 的第一项相当于c h i c k 和w 缸t o n 公式，如盟n o p 4 竹所示式 ( 4 - 1 3 1 中的灭活速率系数也可以修正，以解释一种滞后效应，以及灭活并不恒 定而是随时问递减的事实。 4 3 悬浮颗粒对氯消毒效果的影响研究 本章主要研究了不同s s 浓度条件下，氯消毒拖尾情况，并进一步分析拖 尾程度与s s 浓度的关系。 对原水样进行过滤、稀释、浓缩等预处理得到8 组不同s s 浓度的水样 首先分别测其n h 3 - n 、t o c 指标。以8 m g l 氯( c 1 2 ) 投量消毒，加入消毒剂时 按下秒表，计时开始每一段消毒反应中止( 用硫代硫酸钠) 后水样用1 0 倍 稀释法稀释到适当倍数，依滤膜法检测大肠菌群，对应时间消毒后水样按 d p d f a s 涛定法滴定剩余氯( e 1 2 ) 。 第4 章悬浮颗粒对氯消毒拖尾影响的研究 数据处理方法如第三章所述：余氯衰减曲线用平行一级反应式( 3 1 0 ) 拟 合，用o r i g i n 工具软件得到拟合后公式( 3 - 1 2 ) ，最后通过式( 3 1 3 ) 积分得到 c a t 值，最后绘制消毒曲线。 c ( t ) - c o 【善e 。，+ ( 1 一功e 4 7 】( 3 1 0 ) a c ) a 1 c x 醑斧+ 4 2 e x p ( 2 ) ( 3 - 1 2 ) c i t = 麟( 蚀e x p ( - x t 1 ) + a 2 。e x p ( - x t 2 ) ) x d x ( 3 1 3 ) 4 3 1 不同s s 浓度氯消毒实验 本部分实验水样s s 浓度分别为：6 1 3 、1 0 0 3 、1 7 9 1 、2 6 1 1 、3 4 6 0 、4 2 4 4 、 5 5 3 6 、8 4 6 7 m g l 。实验的水质条件：t o c = 6 5 0 5 m g l ，n h 3 一n = 0 2 0 3 m g l ， 氯初始投加量均为8m g l 。图4 3 为不同s s 条件下，氯消毒衰减曲线。 8 6 毫4 目 于 2 0 s s 丘1 3 s s l o 0 3 s s l 7 9 1 s 鸵6 1 4 s & n 砷 & ；4 2 4 4 鲻3 6 阱6 7 01 0 02 3 0 04 0 05 0 06 0 0 血m ( n 蛐 图”不同s s 浓度条件下。氯衰减曲线 f i g u r e4 - 3c h l o r i n ed e c a yc u l v ca ts e v e r a ls sc o n c e n t r a t i o n 从图4 3 看出，不同s s 浓度条件下，氯衰减曲线有所不同。整体上看来， 氯衰减曲线的下降先快后慢，最后逐渐趋于稳定。这种现象的原因是：反应 初期，氯除了灭活自由分散的大肠菌外，还要氧化残留的还原性物质。后期 反应中，由于颗粒物的保护作用，大肠菌不能被快速有效灭活，在氯衰曲线 第4 章悬浮颗粒对氯消毒拖尾影响的研究 上表现下降缓慢甚至不变。 从上图明显看出前四条曲线变化趋势一样，几乎是平行的几条曲线，即 s s 分别为6 1 3 、1 0 0 3 、1 7 9 1 、2 6 1 1m g l 氯衰减曲线，而与后四条不同s s 浓度氯衰减曲线变化趋势相差较大，因为s s 浓度小于2 6 1 l m g l 的水样是由 原水样经过近似某种程度的稀释后得到的。水样的t o c 、n h 3 n 没有变化， 同时s s 浓度与大肠菌群的比例也与原水样基本一致。 图4 3 同时也说明：s s 浓度越大，氯衰减越快，同一时间消耗量越多。 因为s s 浓度越大，颗粒数越多，相应地颗粒中具有还原性的组分也越多。 以第三章讨论结果，用平行一级反应模型拟合氯衰减，拟合曲线与各参 数如图4 4 ，其中c 1 2 ( m g l ) 为消毒t ( m i n ) 时余氯的浓度，c l o 为氯的初始投加 量为8m g l 。其中，不同s s 浓度时，t 1 参数值变化不大，而t l d 反应快速反 应速率，即消毒快速反应速率与悬浮颗粒浓度无关。a 1 c o 即快速反应时消耗 氯( a 2 ) 却随s s 浓度增大而增大，与对图4 3 分析结果一致：s s 浓度越大，可 氧化组分越多，消耗氯( c 1 2 ) 越多。 首先根据图4 4 的拟合结果计算c r t 值，然而根据大肠菌对数去除率 l o g (