CN108414465B - 一种再生水中氯活性物质及余氯衰减的测定和预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种再生水中氯活性物质及余氯衰减的测定和预测方法，用总需氯量(TCD)表征氯活性物质的总量，由测定8小时耗氯量计算得到；用瞬时需氯量(ICD)表征瞬时氯活性物质的量，由测定5分钟耗氯量计算得到；用持续需氯量(LCD)表征持续氯活性物质的量，由TCD与ICD之差计算得到；通过测定水样254nm处紫外吸光度(UV254)及公式k＝31.3×UV254‑2.83±1.25计算得到氯活性物质与余氯的反应速率常数k。余氯衰减模型公式为
本方法具有测定速度快、操作简便、耗材少的特点，仅测定5分钟和8小时两个时间点的余氯浓度，即可估算需氯量浓度，表征氯活性物质，实现再生水加氯后各时刻余氯浓度的准确预测。
Description
技术领域
本发明属于再生水氯消毒技术领域，特别涉及一种能够准确测定再生水中氯活性物质及预测余氯衰减的方法。
背景技术
我国水资源严重短缺，污水再生利用是解决这一问题的有效途径，全面开展再生水的利用，对缓解我国水资源短缺现状具有十分重要的意义。再生水在储存和输配过程中，存在(病原)微生物再生长等现象，严重影响水质，并引发生物风险和健康风险。溶解在水中的氯能够抑制微生物再生长，常用的控制微生物再生长的手段是保证再生水中存在一定浓度的余氯。但再生水中存在的能够与氯反应的活性物质(简称为“氯活性物质”)，可导致余氯快速衰减，严重影响水质安全。
预测余氯衰减的模型可指导实际工程中控制余氯浓度的操作方式，如氯的投加量、二次加氯的时间和点位等。现有的余氯衰减模型大多应用于饮用水管网余氯浓度控制。饮用水水质简单，其中氯活性物质的浓度较低，种类单一。与饮用水相比，再生水中氯活性物质总量大，种类多，余氯衰减情况十分复杂。因此，适用于饮用水的余氯衰减模型通常无法准确预测再生水管网中的余氯衰减情况。
余氯衰减主要是由于氯活性物质与氯反应消耗了余氯，准确定量表征再生水中的氯活性物质是预测余氯衰减的关键。然而，目前尚无能够准确定量表征再生水中氯活性物质的可测量指标。部分模型中用于表征氯活性物质浓度的指标如溶解性有机碳(DOC)、氨氮(NH4 +-N)和254nm紫外吸光度(UV254)等均无法准确定量表征氯活性物质，影响预测精度。另一些模型中存在虚拟的氯活性物质浓度参数，然而该类参数只能由数据拟合确定，无法直接测量，难以应用于实际。因此，目前尚无能够准确定量表征再生水中氯活性物质的指标，以及能准确预测再生水余氯衰减规律的模型和方法。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于建立一种适用于再生水复杂水质的余氯衰减预测方法，创建能够准确定量表征再生水中氯活性物质指标的测定方法，应用于所创建的再生水余氯衰减模型，以准确预测再生水余氯衰减规律。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种再生水中氯活性物质及余氯衰减的测定和预测方法，包括以下步骤：
(1)水样瞬时需氯量(ICD,Instantaneous Chlorine Demand)的测定：单位为mg-Cl/L，
(a)在水样中加入次氯酸酸钠储备液，控制初始氯浓度，记为CCl,dose，控制反应温度恒定；
(b)投加氯后，测定水样在该时刻的余氯浓度，记为CCl,5min，带入公式：ICD＝ΔCCl,5min＝CCl,dose-CCl,5min，通过计算得该水样瞬时需氯量ICD，瞬时需氯量ICD在数值上接近5分钟耗氯量，可用5分钟耗氯量(ΔCCl,5min)估算水样瞬时耗氯量；
(2)水样总需氯量(TCD)的测定：
(a)采用与步骤(1)中步骤(a)相同的方法处理水样；
(b)投加氯后，测定水样在该时刻余氯浓度，记为CCl,8h，带入公式：TCD＝ΔCCl,8h＝CCl,dose-CCl,8h，通过计算得该水样总需氯量TCD(TCD,Total Chlorine Demand)，单位为mg-Cl/L，总需氯量TCD在数值上接近8小时耗氯量，可用8小时耗氯量(ΔCCl,8h)估算水样总需氯量；
(3)水样持续需氯量(LCD)的计算：将TCD和ICD带入公式：
LCD＝TCD–ICD，得该水样持续需氯量LCD(LCD,Lasting Chlorine Demand)，单位为mg-Cl/L；
(4)水样反应速率常数k的估算：利用紫外分光光度计测定水样254nm处紫外吸光度，记为UV254，带入经验公式：k＝31.3×UV254-2.83±1.25，通过估算得该水样反应速率常数k；
(5)余氯衰减情况预测：将k、TCD、ICD、LCD带入再生水余氯衰减模型：
其中：
CCl：余氯浓度(mg/L)；
t：加氯消毒后的时间(h)；
CCl,dose：氯投加量(mg/L)；
TCD：总需氯量(mg-Cl/L)；
ICD：瞬时需氯量(mg-Cl/L)；
LCD：持续需氯量(mg-Cl/L)；
k：化学反应速率常数(L/(mg·h))
从而得到所述水样加氯后各时刻余氯浓度。
进一步，步骤(1)中(a)所述的次氯酸酸钠储备液配制方法为，将500mL水样置于一个干净的用锡纸遮光的1L锥形瓶中，另用移液枪取稀释后为1000mg/L的次氯酸钠储备溶液0～10mL，控制初始氯浓度为0～20mg/L；所述的反应温度恒定，为4～35℃内的某一温度。
进一步，步骤(1)中(b)所述的该时刻为加氯后5分钟的时间。
进一步，步骤(2)中(b)所述的该时刻为加氯后8小时的时间。
进一步，步骤(4)中所述紫外分光光度计测定为DPD(N,N—二乙基—1,4—苯二胺)光度法。
进一步，步骤(4)中所述UV254的测定方法为，取3mL水样，置于1cm石英比色皿中，测定254nm处紫外吸光度。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
(1)本方法创建需氯量系列指标(瞬时需氯量、持续需氯量、总需氯量)的测定方法，实现再生水中氯活性物质的准确定量表征，解决了常规指标难以准确表征氯活性物质的问题，并且将这些指标直接作为重要参数，用于再生水余氯衰减模型。
(2)创建的余氯衰减模型和预测方法适用于再生水，预测效果良好。与饮用水相比，再生水中氯活性物质总量大，种类多，余氯衰减情况十分复杂，难以利用饮用水余氯衰减模型进行预测。
(3)各类需氯量指标测定速度快，操作简便，耗材少，测定瞬时需氯量仅需5分钟，测定总需氯量和持续需氯量仅需8小时。仅测定5分钟和8小时两点的余氯浓度，即可估算需氯量浓度，表征氯活性物质，实现再生水加氯后各时刻余氯浓度的准确预测，各时间点预测值与实际测定结果的相对误差不大于15％。
附图说明
图1是本发明再生水余氯衰减预测方法流程图。
图2是某再生水水样余氯衰减的过程曲线图。
图3是本发明实施例1，A水厂水样1和水样2的余氯衰减预测图。
图4是本发明实施例2，B水厂水样1和水样2的余氯衰减预测图。
图5是本发明方法中初始氯浓度为3、5、7、10mg/L条件下模型的拟合效果图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明进一步详细描述。
图1是本发明再生水余氯衰减预测方法流程图。
图2是某再生水水样余氯衰减的过程曲线图，其中5分钟前为余氯与氯活性物质的瞬时反应阶段，5分钟后为余氯与氯活性物质的持续反应阶段。
图3是本发明实施例1，A水厂水样1和水样2的余氯衰减预测图。其中实心点为消毒后各时刻实测余氯浓度，虚线为本方法预测的余氯衰减情况。由图可知，预测效果良好。
图4是本发明实施例2，B水厂水样1和水样2的余氯衰减预测图。其中实心点为消毒后各时刻实测余氯浓度，虚线为本方法预测的余氯衰减情况。由图可知，预测效果良好。
图5是本发明初始氯浓度为3、5、7、10mg/L条件下模型的拟合效果图，以水样B5为例，实心点为实测值，虚线为模型拟合曲线，在不同初始氯投加量条件下，模型拟合效果良好。
本发明再生水余氯衰减预测方法，包括以下步骤：
(1)水样瞬时需氯量(ICD)的测定：
(a)用干净量筒取水样500mL置于干净的用锡纸遮光的1L锥形瓶中，另用移液枪取稀释后为1000mg/L的次氯酸钠储备溶液0～10mL之内的某一体积，加入锥形瓶的水样中进行氯消毒，控制初始氯浓度为0～20mg/L之内的某一浓度，记为CCl,dose。将锥形瓶置于4～35℃内某一恒定温度的培养箱中，控制反应温度恒定。
(b)加入氯5min时，取水样10mL，利用DPD(N,N—二乙基—1,4—苯二胺)光度法测定水样此时余氯浓度，记为CCl,5min，带入公式：
ICD＝ΔCCl,5min＝CCl,dose-CCl,5min
通过计算得该水样瞬时需氯量ICD。
(2)水样总需氯量TCD的测定：
(a)采用与步骤(1)中步骤(a)相同的方法处理水样。
(b)加入氯8h时，取水样10mL，利用DPD(N,N—二乙基—1,4—苯二胺)光度法测定水样此时余氯浓度，记为CCl,8h，带入公式：
TCD＝ΔCCl,8h＝CCl,dose-CCl,8h
通过计算得该水样总需氯量TCD。
(3)水样持续需氯量LCD的计算：将TCD和ICD带入公式：
LCD＝TCD-ICD
得该水样持续需氯量LCD。
(4)水样反应速率常数k的估算：用移液枪取再生水水样3mL置于1cm石英比色皿中，利用紫外分光光度计测定水样254nm处紫外吸光度，记为UV254。带入经验公式：
k＝31.3×UV254-2.83±1.25
通过估算得该水样反应速率常数k。
(5)余氯衰减情况预测：将k、TCD、ICD、LCD带入再生水余氯衰减模型：
从而预测该水样加氯后各时刻余氯浓度。
实施例1
A再生水厂不同时间水样余氯衰减情况的预测。
(1)水样瞬时需氯量ICD的测定：
(a)用干净量筒取A再生水水样1和水样2各500mL分别置于两个干净的用锡纸遮光的1L锥形瓶中，另用移液枪取稀释后为1000mg/L的次氯酸钠储备溶液2.5mL，分别加入锥形瓶的水样中进行氯消毒，控制初始氯浓度为5mg/L。
(b)加入氯5min时，取水样10mL，利用DPD(N,N—二乙基—1,4—苯二胺)光度法测定两水样此时余氯浓度(CCl,5min)分别为3.0mg/L和1.8mg/L，带入公式：
ICD＝ΔCCl,5min＝CCl,dose-CCl,5min
通过计算得A再生水厂水样1和水样2瞬时需氯量ICD分别为2.0mg-Cl/L和3.2mg-Cl/L。
(2)水样总需氯量TCD的测定：
(a)采用与步骤(1)中步骤(a)相同的方法处理水样。
(b)加入氯8h时，取两水样各10mL，利用DPD(N,N—二乙基—1,4—苯二胺)光度法测定两水样此时余氯浓度(CCl,8h)分别为2.02mg/L和0.40mg/L，带入公式：
TCD＝ΔCCl,8h＝CCl,dose-CCl,8h
通过计算得A再生水厂水样1和水样2总需氯量TCD分别为2.98mg-Cl/L和4.60mg-Cl/L。
(3)水样持续需氯量LCD的计算：将两水样TCD和ICD带入公式：
LCD＝TCD-ICD
得A再生水厂水样1和水样2持续需氯量LCD分别为0.98mg-Cl/L和1.4mg-Cl/L。
(4)水样反应速率常数k的估算：用移液枪取A再生水水样1和水样2各3mL置于1cm石英比色皿中，利用紫外分光光度计测定水样254nm处紫外吸光度(UV254)，水样1和水样2的UV254值分别为0.103和0.101。带入经验公式：
k＝31.3×UV254-2.83±1.25
通过估算得A水再生水厂水样1和水样2的反应速率常数k均为0.4。
(5)余氯衰减情况预测：将两水样k、TCD、ICD、LCD带入再生水余氯衰减模型：
并计算各时刻余氯浓度，得到余氯浓度随时间变化曲线，如附图三中虚线所示。实心点为消毒后各时刻实测余氯浓度，由图可知，各时间点预测误差不超过15％，本方法预测余氯衰减效果良好。
实施例2
B再生水厂不同时间水样余氯衰减情况的预测。
(1)水样瞬时需氯量ICD的测定：
(a)用干净量筒取B再生水水样1和水样2各500mL分别置于两个干净的用锡纸遮光的1L锥形瓶中，另用移液枪取稀释后为1000mg/L的次氯酸钠储备溶液2.5mL，分别加入锥形瓶的水样中进行氯消毒，控制初始氯浓度为5mg/L。
(b)加入氯5min时，取水样10mL，利用DPD(N,N—二乙基—1,4—苯二胺)光度法测定两水样此时余氯浓度(CCl,5min)分别为3.46mg/L和2.64mg/L，带入公式：
ICD＝ΔCCl,5min＝CCl,dose-CCl,5min
通过计算得B再生水厂水样1和水样2瞬时需氯量ICD分别为1.54mg-Cl/L和2.36mg-Cl/L。
(2)水样总需氯量TCD的测定：
(a)采用与步骤(1)中步骤(a)相同的方法处理水样。
(b)加入氯8h时，取两水样各10mL，利用DPD(N,N—二乙基—1,4—苯二胺)光度法测定两水样此时余氯浓度(CCl,8h)分别为1.72mg/L和0.38mg/L，带入公式：
TCD＝ΔCCl,8h＝CCl,dose-CCl,8h
通过计算得A再生水厂水样1和水样2总需氯量TCD分别为3.28mg-Cl/L和4.67mg-Cl/L。
(3)水样持续需氯量LCD的计算：将两水样TCD和ICD带入公式：
LCD＝TCD-ICD
得B再生水厂水样1和水样2持续需氯量LCD分别为1.74mg-Cl/L和2.31mg-Cl/L。
(4)水样反应速率常数k的估算：用移液枪取B再生水水样1和水样2各3mL置于1cm石英比色皿中，利用紫外分光光度计测定水样254nm处紫外吸光度(UV254)，水样1和水样2的UV254值分别为0.065和0.110。带入经验公式：
k＝31.3×UV254-2.83±1.25
通过估算得B水再生水厂水样1和水样2的反应速率常数k均为0.20和0.61。
(5)余氯衰减情况预测：将两水样k、TCD、ICD、LCD带入再生水余氯衰减模型：
并计算各时刻余氯浓度，得到余氯浓度随时间变化曲线，如附图四中虚线所示。实心点为消毒后各时刻实测余氯浓度，由图可知，各时间点预测误差不超过15％，本方法预测余氯衰减效果良好。
上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。
Claims (2)
1.一种再生水中氯活性物质及余氯衰减的测定和预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)水样瞬时需氯量(ICD)的测定：
(a)在水样中加入次氯酸钠储备液，控制初始氯浓度，记为CCl,dose，控制反应温度恒定；
(b)投加氯后，测定水样在加氯后5分钟时的余氯浓度，记为CCl,5min，带入公式：ICD＝ΔCCl,5min＝CCl,dose-CCl,5min，通过计算得该水样瞬时需氯量ICD；
(2)水样总需氯量(TCD)的测定：
(a)采用与步骤(1)中步骤(a)相同的方法处理水样；
(b)投加氯后，测定水样在加氯后8小时时的余氯浓度，记为CCl,8h，带入公式：TCD＝ΔCCl,8h＝CCl,dose-CCl,8h，通过计算得该水样总需氯量TCD；
(3)水样持续需氯量(LCD)的计算：将TCD和ICD带入公式：
LCD＝TCD–ICD，得该水样持续需氯量LCD；
(4)水样反应速率常数k的估算：利用紫外分光光度计测定水样254nm处紫外吸光度，记为UV254，带入经验公式：k＝31.3×UV254-2.83±1.25，通过估算得该水样反应速率常数k；所述紫外分光光度计测定为DPD(N,N—二乙基—1,4—苯二胺)光度法；所述UV254的测定方法为，取3mL水样，置于1cm石英比色皿中，测定254nm处紫外吸光度；
(5)余氯衰减情况预测：将k、TCD、ICD、LCD带入再生水余氯衰减模型：
其中：
CCl：余氯浓度mg/L；
t：加氯消毒后的时间h；
CCl,dose：氯投加量mg/L；
TCD：总需氯量mg-Cl/L；
ICD：瞬时需氯量mg-Cl/L；
LCD：持续需氯量mg-Cl/L；
k：化学反应速率常数L/mg·h
从而得到所述水样加氯后各时刻余氯浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中(a)所述的次氯酸酸钠储备液配制方法为，将500mL水样置于一个干净的用锡纸遮光的1L锥形瓶中，另用移液枪取稀释后为1000mg/L的次氯酸钠储备溶液0～10mL，控制初始氯浓度为0～20mg/L；所述的反应温度恒定，为4～35℃内的某一温度。
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Patent Citations (5)
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| Publication number | Publication date |
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