第一篇：給排水工程師：二氧化氯消毒后的飲用水中余氯快速檢測方法.

給排水工程師：二氧化氯消毒后的飲用水中余氯快速檢測方法

摘要：為了滿足用穩(wěn)定性二氧化氯消毒飲用水的小型水廠快速檢測余氯的需要，作者對鄰聯(lián)甲苯胺與ClO2和Cl2顯色反應的原理進行了分析，結果表明，在相同條件下，余氯量相同的Cl2與鄰聯(lián)甲苯胺顯色反應產生的顏色深度是ClO2的5倍。根據(jù)這一結果，用pH 6．5的Na2HPO4－KH2PO2緩沖溶液將傳統(tǒng)測定余氯的比色法中的K2CrO4－K2Cr2O7模仿標準色階稀釋5倍，同時增大顯色液層厚度，以提高檢測靈敏度，使之能直接用于穩(wěn)定性二氧化氯消毒處理后的飲用水中余氯的檢測。經碘量法驗證，該方法簡便、快速、靈敏、準確。

關鍵詞：二氧化氯比色分析飲用水

穩(wěn)定性二氧化氯是一種高效、安全、快速、廣譜的新型氧化消毒劑。由于其無致癌、致畸和致突變性，被聯(lián)合國衛(wèi)生組織（WHO）列為Al級安全消毒劑。由于二氧化氯化學性質的特殊性，在飲用水消毒現(xiàn)場ClO2余氯的快速控制性檢測一直是ClO2應用于飲用水消毒中的一大障礙。

二氧化氯的分析測試方法有碘量法、電流滴定法、DPD硫酸亞鐵銨滴定法、流動注射分析FIA及其聯(lián)用技術、吸收光譜法、示差光度法、生物化學法、電化學法和離子色譜法等。其中連續(xù)碘量法（五步碘量法）已成功地用于水中常量ClO2、Cl2、ClO2－和ClO3－的同時定量測定。這些方法比較適合基礎設施較好的大、中型水廠準確分析二氧化氯消毒后的飲用水中ClO2、Cl2、ClO2－和ClO3－的含量，但對飲用水消毒現(xiàn)場ClO2余氯的快速控制性檢測來說不甚方便。對于基礎設施比較差的小型水廠來說，快速、準確、簡易的分析測試方法更適合。

鄰聯(lián)甲苯胺目視比色法具有快速、簡便、準確的特點，是我國《生活飲用水標準檢驗法》GB 5750—1985中推薦的測定水中余氯含量的標準分析檢測方法。但由于二氧化氯和鹽酸鄰聯(lián)甲苯胺顯色反應的特殊性，原方法無論從靈敏度，還是檢出限都已不能滿足二氧化氯消毒的飲用水中余氯的分析測定。

筆者對二氧化氯與鄰聯(lián)甲苯胺顯色反應的原理進行了研究。對鄰聯(lián)甲苯胺目視比色測定飲用水中余氯的方法進行了改進，使之能直接用于穩(wěn)定性二氧化氯消毒處理的飲用水中余氯的分析測定。

本方法的理論基礎：在一定的條件下，鄰聯(lián)甲苯胺和二氧化氯、氯氣、次氯酸等氧化劑發(fā)生氧化還原反應，生成黃色多醌。當此類氧化劑在一定含量范圍內時，產生的黃色多醌的顏色深度和氧化劑的含量成正比。

對于ClO2半反應：

ClO2＋4H＋＋5e＝Cl－＋2H2O

5×35．453/67．453×100%＝100%

對于Cl2半反應：

Cl2（aq）＋2e＝2Cl－2×35．453/70．906×100%＝100%

由此可以看出，二氧化氯有效氯是氯的2．63倍。ClO2通過一個典型的單電子轉移過程而生成ClO2－。

ClO2＋e＝ClO2

在通常的水處理條件下，ClO2只經歷單電子轉移被還原成ClO2－，只有在pH≤2時，ClO2才有可能被還原成Cl－。

在中性pH（7．0～8．5）條件下，ClO2被還原為ClO2－。

ClO2＋e＝ClO2

在pH≤2條件下，ClO2和ClO2－可被還原成Cl－。

ClO2＋5e＋4H＋＝Cl－＋2H2O

ClO2－＋4e＋4H＋＝Cl－＋2H2O

基于上述理論基礎，當使用鄰聯(lián)甲苯胺目視比色方法檢測二氧化氯消毒處理的飲用水中余氯時，相同摩爾數(shù)的ClO2和Cl2與鄰聯(lián)甲苯胺反應，ClO2與鄰聯(lián)甲苯胺顯色反應產生的顏色只有Cl2與鄰聯(lián)甲苯胺顯色反應產生的顏色的一半，同時，ClO2的有效氯是Cl2的2．63倍，當表示人們長期以來習慣的“余氯”含量時，若ClO2和Cl2與鄰聯(lián)甲苯胺顯色反應產生的顏色深度相等，則二氧化氯處理后的水中余氯含量應為氯處理后的水中余氯含量的5倍。

2×67．453/70．906×2．63＝5．00

因此，當用穩(wěn)定性二氧化氯消毒處理飲用水時，若使用鄰聯(lián)甲苯胺檢測水中余氯。則用于檢測使用氯氣消毒處理的飲用水中余氯的模仿標準色階應用緩沖溶液稀釋5倍。由于二氧化氯與鄰聯(lián)甲苯胺的顯色靈敏度只有氯與鄰聯(lián)甲苯胺的五分之一（以余氯來衡量），因此，為了提高檢測靈敏度，應增大顯色液層的厚度，對余氯含量低的水樣。建議使用100 mL的比色管測定水中余氯。

實驗部分

1．1 主要器具及試劑

1．1．1 主要器具

比色管：100、50、25 mL。

1．1．2 試劑的配制

（1）鹽酸鄰聯(lián)甲苯胺溶液：稱取1．35 g鹽酸鄰聯(lián)甲苯胺（上海試劑三廠生產）溶于500 mL水中，攪拌加入500 mL（3＋7）鹽酸。將此溶液存入褐色瓶中，使用時間不得超過六個月。

（2）緩沖溶液：稱取22．86 g預先在110 ℃烘干過的磷酸氫二鈉和46．14 g磷酸二氫鉀，溶于不含CO2的水中并定容為1 000 mL，靜置數(shù)日后濾除析出的沉淀作為原液。分取原液400 mL，用不含CO2的水稀釋至2 000 mL。此溶液為pH 6．5的緩沖溶液。

（3）鉻酸鉀一重鉻酸鉀貯備溶液：稱取4．650 g K2CrO4、1．550 g K2Cr2O7，用緩沖溶液溶解并定容為1 000 mL。

（4）鉻酸鉀一重鉻酸鉀使用溶液：取200 mL鉻酸鉀一重鉻酸鉀貯備溶液，用緩沖溶液定容為1 000 mL（即把原標準色階稀釋5倍）。

（5）氯的模仿色階：使用100 mL比色管時，按照表1給出的數(shù)值將鉻酸鉀一重鉻酸鉀使用溶液與緩沖溶液混合作為氯的模仿標準色階。色階溶液出現(xiàn)沉淀后應重新配制。

（6）1%CyDTA溶液：取1 g環(huán)己二胺四乙酸溶于水并定容為100 mL。

（7）ClO2溶液：取穩(wěn)定性二氧化氯溶液（ClO2有效質量分數(shù)為2%）和相應的活化劑（貴陽科領化工有限公司生產）各25 mL，混合均勻，避光活化約15 min，取已活化的ClO2溶液適量，逐級稀釋至ClO2質量濃度約為1 mg/L，備用。

1．2 分析操作

取100 mL比色管加入1 mL鹽酸鄰聯(lián)甲苯胺溶液，往比色管中添加試樣至標線，充分混勻，將顯色的試樣溶液置于暗處5 min，與模仿色階比較（從比色管上方往下看），根據(jù)表1求出試樣中殘留氯的濃度。

結果與討論

2．1 鹽酸鄰聯(lián)甲苯胺的用量

按照分析操作程序，在100 mL比色管中添加不同量的鄰聯(lián)甲苯胺溶液，取1 mg/L的ClO2溶液加至刻度，對鄰聯(lián)甲苯胺溶液用量進行選擇實驗。結果表明，鄰聯(lián)甲苯胺溶液用量低于0．2 mL時，ClO2與鄰聯(lián)甲苯胺反應生成紅色多醌，顯色程度相當于數(shù)mg/L的ClO2；鄰聯(lián)甲苯胺溶液用量為0．2～5 mL時，ClO2與鄰聯(lián)甲苯胺反應生成黃色多醌，顏色一致。綜合考慮，鄰聯(lián)甲苯胺的用量選擇1 mL。

2．2 顯色環(huán)境

按照分析操作程序，做避光顯色和在自然光下顯色的對照實驗。結果表明，在自然光下，顯色隨著時間的推移，溶液的顏色有所加深；而避光顯色的溶液，顏色穩(wěn)定。故顯色反應應在暗處進行。

2．3 顯色時間

按照分析操作程序，對顯色時間進行選擇實驗。結果表明，顯色時間超過3 min后，顏色保持穩(wěn)定。測定時間定為顯色后5 min。

2．4 鄰聯(lián)甲苯胺的添加順序

鄰聯(lián)甲苯胺的添加方式不同會產生誤差。在先將試樣加入比色管。然后再往比色管中添加鄰聯(lián)甲苯胺時，若試樣pH較高，則容易生成藍色的顯色醌，一旦藍色出現(xiàn)，即使降低pH也不能轉化成測定所需的黃色多醌。因此，統(tǒng)一采用預先將鄰聯(lián)甲苯胺溶液加入比色管，然后再往比色管中添加試樣的方式。

2．5 共存元素的干擾及消除

試樣中含有大量的Fe3＋、Mn2＋時，呈現(xiàn)出與鄰聯(lián)甲苯胺顯色相接近的顏色，產生正干擾。為消除鐵、錳的影響。應事先按照95 mL試樣添加3 mL 1%CyDTA溶液的比例添加CyDTA，絡合Fe3＋、Mn2＋，可消除其顏色，避免干擾。然后，再按分析步驟測定試樣中的余氯含量。

2．6 比色管的選擇

若所用比色管容積和本方法不一致時，鄰聯(lián)甲苯胺溶液的加入量按如下數(shù)量作相應的調整：100 mL比色管加1 mL，50 mL比色管加0．5 mL，25 mL比色管加0．25 mL。

2．7 注意事項

本方法僅適用于用穩(wěn)定性二氧化氯或高純二氧化氯發(fā)生器（ClO2純度>90%）消毒處理的水體中余氯的檢測分析。

方法驗證及樣品分析

取活化好的ClO2溶液適量，用純凈水稀釋至ClO2質量濃度<0．5 mg/L，另取某自來水公司用穩(wěn)定性二氧化氯消毒的出廠水，同時用本方法和碘量法進行測定，結果一致，數(shù)據(jù)見表2。

結語

本方法簡便、快速、靈敏、準確，而且所用的試劑和操作方法都為小水廠的分析人員所熟悉。在生產過程中，只需根據(jù)文中所述方法，配制好模仿色階，其余操作和原來的方法相差不大。貴州省內使用穩(wěn)定性二氧化氯消毒的小型水廠，幾乎都放棄了DPD目視比色法，改用該方法。三年多的實踐證明，對小型水廠來說．本方法是一個非常方便實用的方法。

參考文獻

[1] 黃君禮．新型水處理劑——二氧化氯技術及其應用[M]．北京：化學工業(yè)出版社．2002：25－51．

[2] 鄭永章，秦榮大．衛(wèi)生檢驗方法手冊[M]．北京：北京大學出版社，1990：785－788．

[3] 中華人民共和國衛(wèi)生部．生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范[M]．2001：339－342．

[4] 黃志明，賀啟環(huán)．二氧化氯的生產應用和標準化[J]．化工標準與質量監(jiān)督，1999（5）：

作者不詳 來源網(wǎng)絡

－21． 17

第二篇：給排水工程師：游泳池水的臭氧消毒系統(tǒng)設計.

給排水工程師：游泳池水的臭氧消毒系統(tǒng)設計

作者：不詳

摘要：《游泳池給水排水設計規(guī)范》（CECS14：89）中僅提到游泳池水可采用臭氧消毒方法，但對臭氧消毒系統(tǒng)的設計未作具體規(guī)定。本文根據(jù)國外有關資料介紹如何確定游泳池水臭氧消毒系統(tǒng)的大小。

關鍵詞：游泳池，臭氧消毒

CT值是臭氧消毒系統(tǒng)的主要設計參數(shù)，其中C代表臭氧濃度，以mg/L計；T代表接觸時間，以 min計；兩者的積CT值表示消毒過程的有效性。例如臭氧濃度為0．4mg/L，接觸時間為4min 時的CT值等于1．6。水溫越高，反應時間越短，所需的CT值越低。

美國環(huán)保局（EPA）和職業(yè)安全衛(wèi)生管理局（OSHA）根據(jù)試驗結果，發(fā)表了飲用水的臭氧消毒系統(tǒng)的CT值為1．6。歐洲國家和加拿大政府頒布的游泳池水標準中CT值也采用1．6。但游泳池水和飲用水不同：（1）游泳池水封閉循環(huán)，每天循環(huán)次數(shù)最少4次，而飲用水是直流的。（2）隨著游泳人數(shù)增加，池水所需氧化劑量也要增加。（3）游泳池水溫度一般為25℃～40℃，而飲用水溫度一般為0．5℃～25℃。（4）游泳池水還要加氯作為輔助消毒劑。（5）游泳池循環(huán)水經過濾后加臭氧消毒。因此CT值采用1．6來確定游泳池水臭氧消毒系統(tǒng)的大小是比較安全的。有些地區(qū)采用低的CT值0．8，臭氧濃度為0．2mg/L～0．25mg/L，接觸時間為3．5min～4min，此時作為輔助消毒的加氯量可減少65%。當氯作為主要消毒劑而臭氧作為精處理消毒劑時，CT 值可小于0．8，臭氧濃度小于0．5mg/L，接觸時間小于1min。

通常用裝在旁流管上的射流器把臭氧導入水中，為了保證射流器的進水壓力，在旁流管上安裝管道泵加壓。射流器后的水和臭氧混合液從上側進入反應罐充分接觸后從下側出水與游泳池循環(huán)水主管相接。旁流管中的水在高臭氧濃度下消毒后再和主管中的水混合并產生氧化反應。商業(yè)游泳池水循環(huán)周期采用6h，旁流管水流量為循環(huán)水主管流量的5%～15%，可保證臭氧在進入主管線前有足夠的傳質效率和足夠的接觸時間。

用臭氧作為主要消毒劑時CT值采用1．6（0．4mg/L×4min）來確定臭氧系統(tǒng)的大小。根據(jù)商業(yè)游泳池50～60年來的運行經驗，在這樣的系統(tǒng)中用ORP控制器可正確控制池水中臭氧濃度。當臭氧發(fā)生器產氣中臭氧重量濃度等于4%～6%時，ORP控制值為850mV。系統(tǒng)中應有2套ORP監(jiān)控裝置。第一套ORP控制器的探頭裝在旁流管上即在反應罐的出水管上，控制臭氧系統(tǒng)的交替開停，使臭氧投加量與游泳人數(shù)一致。第二套ORP控制器的探頭裝在主管上，即在主管與旁流管連接處之后，當游泳池水循環(huán)系統(tǒng)的回水管中臭氧濃度過高時關閉臭氧發(fā)生器而提供安全保證。上述濃度是指在加輔助氧化劑之前的濃度（加氯量為0．2mg/L～0．5mg/L）。

由于旁流水流回主管后至少被稀釋4倍，系統(tǒng)中剩余臭氧濃度任何時候都不會超過0．1mg/ L，僅有極少量臭氧流到游泳池中或放出剩余臭氧，符合OSHA規(guī)定室內游泳池水面上剩余臭氧濃度為0．1mg/L的要求。為了保證安全，在游泳池和水處理設備間應安裝臭氧監(jiān)測儀。

射流器尺寸可根據(jù)旁流水流量，進出水壓力和臭氧發(fā)生裝置所需的空氣流量計算確定。

按下式確定臭氧發(fā)生器的大小：

臭氧發(fā)生器產量（g/h）＝循環(huán)水流量（m3/h）×臭氧投加濃度（g/m3）。例如容積為380m3的游泳池，臭氧投加量為0．4mg/L（g/m3），游泳池水循環(huán)周期采用6h，循環(huán)水流量為380/6 ≈63m3/h，則臭氧發(fā)生器的最小產量應為63×0．4＝25．2g/h。反應罐用來使水中無機和有機污染物被溶解的臭氧氧化并進行消毒殺菌，因此設計反應罐時應消除水的短路，保證水在罐內有一定的停留時間。為了使臭氧在水中的溶解度高，含臭氧的水從反應罐上側進罐，下側出水。反應罐上部的排氣閥應與臭氧破壞裝置連接使在進入大氣前除去未溶解的臭氧。反應罐的容積按下式確定：

反應罐容積（m3）＝循環(huán)水流量（m3/h）×旁流水百分比（%）×反應時間（h）。例如380m3游泳池池水循環(huán)周期采用6h，循環(huán)水流量為63m3/h，旁流水流量為循環(huán)水流量的25%，接觸時間4min，則反應罐最小容積為63×0．25×0．067＝1．05m3。

在游泳池水溫度范圍內，池水中溶解的飽和濃度遵循亨利定律，臭氧發(fā)生器產氣中臭氧濃度越高，水中飽和濃度也越高，溶解臭氧的傳質平衡濃度也越高，消毒性能越好。在選擇臭氧發(fā)生器時應考慮到這一點。