CN113109458A - 一种采用氯胺消毒剂的含氮消毒副产物生成潜能的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于属于水体检测领域,公开了一种采用氯胺消毒剂的含氮消毒副产物生成潜能的测试方法,包括以下步骤:(1)测定水样的TOC浓度值;(2)按质量浓度计,在水样中加入氯胺投加量为20×TOC的氯胺消毒剂,反应3d;(3)反应结束后,测定二卤乙腈和二卤乙酰胺的生成量,测得这两类含氮消毒副产物生成潜能。相比于现有的Krasner法,采用所述测试方法能够测得更高的含氮消毒副产物生成潜能,具有更好的准确性。

Description

一种采用氯胺消毒剂的含氮消毒副产物生成潜能的测试方法
技术领域
本发明属于水体检测领域,尤其涉及一种采用氯胺消毒剂的含氮消毒副产物生成潜能的测试方法。
背景技术
消毒能有效保障饮用水的生物安全性,但常用的氯或氯胺消毒剂会与水中有机物生成具有三致作用的消毒副产物(DBPs,指饮水消毒过程中饮水消毒剂与水中有机物反应产生的一系列副产物),其中三氯甲烷、氯醛等含碳消毒副产物已被列入许多国家与地区的饮用水水质标准或规范中。而近年来,卤乙腈、卤乙酰胺等含氮消毒副产物由于具有更高的毒性开始受到广泛关注,尤其二卤代的副产物二卤乙腈(DHANs)与二卤乙酰胺(DHAcAms)等含氮消毒副产物在饮用水中被普遍检出。
在消毒过程中,与氯或氯胺反应生成DBPs的有机物称为前体物,为了更好的评估水质和改进消毒方式,需要获取水体中前体物的含量。但由于前体物含量无法直接测定,因而通常采用DBPs生成潜能(Formation potential,FP)测试来表征水中DBPs的前体物含量。
对于三氯甲烷等含碳消毒副产物的FP测试,通常是通过控制一定的pH和温度,在高消毒剂投加量与长时间接触的条件下使水中有机物与消毒剂完全反应生成DBPs,使得DBPs生成量最大。近年来,Krasner等提出的FP测试方法(即Krasner法)被广泛使用,其氯胺消毒FP测试的氯胺投加量为(以有效氯质量浓度计):Cl2=3×TOC(总有机碳,以碳的含量表示水中有机物的总量,结果以碳(C)的质量浓度(mg/L)表示),反应时间为3d。
在氯胺消毒过程中,DHANs与DHAcAms等含氮DBPs可由氯胺供氮生成,常用氯胺消毒FP测试(Krasner法)的反应剂量可能不足以使含氮消毒副产物生成完全,因而无法实现精确测定。
针对Krasner法的不足,希望提出一种更准确的采用氯胺消毒剂的含氮消毒副产物生成潜能的测试方法。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种采用氯胺消毒剂的含氮消毒副产物生成潜能的测试方法,相比于现有的Krasner法,采用该测试方法能够测得更高的含氮消毒副产物生成潜能,具有更好的准确性。
一种采用氯胺消毒剂的含氮消毒副产物生成潜能的测试方法,包括以下步骤:
(1)测定水样的TOC(总有机碳)浓度值;
(2)按质量浓度计,在水样中加入氯胺投加量为20×TOC的氯胺消毒剂,反应3d;
(3)反应结束后,测定二卤乙腈和二卤乙酰胺的生成量,测得这两类含氮消毒副产物生成潜能。
采用所述测试方法,所测得的二卤乙腈和二卤乙酰胺的生成量最高,能充分测量出这两种含氮消毒副产物在氯胺消毒过程中的生成潜能。
其中步骤(2)中氯胺投加量的用量单位为mg/L(以有效氯Cl2计)。
优选的,步骤(2)中先在水样中加入中性缓冲液,再加入氯胺消毒剂进行反应。由于pH会影响二卤乙腈与二卤乙酰胺的生成,导致生成浓度的降低,加入中性缓冲液可使水样的pH值保持稳定,从而使测得的结果更为准确。
更优选的,所述中性缓冲液为磷酸缓冲液。
最优选的,步骤(2)中加入磷酸缓冲液,调整至水样中磷酸盐含量为10-20mM。
优选的,步骤(2)中反应的温度控制在23-27℃。
优选的,步骤(2)中反应完成后,加入脱氯剂去除剩余氯胺。反应完成后,水体中可能还会有氯胺残留,加入过量脱氯剂以停止进一步氯胺化反应。
更优选的,所述脱氯剂为抗坏血酸。采用抗坏血酸能有效脱氯并保证卤乙酰胺的稳定,但其它常用的脱氯剂如硫代硫酸钠与亚硫酸钠,则对卤乙酰胺有一定的分解作用,因此抗坏血酸为更优的脱氯剂选择。
优选的,步骤(3)中采用气相色谱-电子捕获检测器检测法(GC/ECD法)测定二卤乙腈和二卤乙酰胺的生成量。
相对于现有技术,本发明的有益效果如下:
相比于已被广泛使用的Krasner法,采用本发明所述测试方法能够测得更高的含氮消毒副产物生成潜能,具有更好的准确性。为采用氯胺消毒剂进行消毒的饮用水厂展开对含氮消毒副产物的源头控制提供了技术基础,从而提高了饮用水的安全性,有效保障人们的饮水健康。
附图说明
图1表示采用氯胺消毒剂,北江水样在不同氯胺投加量和反应时间的条件下含氮消毒副产物的生成潜能;
图2表示采用氯胺消毒剂,西江水样在不同氯胺投加量和反应时间的条件下含氮消毒副产物的生成潜能。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案,现列举以下实施例进行说明。需要指出的是,以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明,均可从常规商业途径得到,或者可以通过现有已知方法得到。
实施例1
本实施例以广东省佛山市中两家饮用水厂的进水作为待测水样。其水源地分别为北江、西江,是佛山市众多水厂的重要水源,具有突出代表性。
本实施例采用氯胺消毒剂,测试不同氯胺投加量和反应时间对含氮消毒副产物DHANs和DHAcAms生成潜能的影响,测试方法具体包括以下步骤:
(1)将待测水样经孔径为0.45μm的水系滤膜过滤后,通过日本岛津公司的总有机碳分析仪测定TOC浓度。
(2)配置pH值为7的缓冲液,含122mM的Na2HPO4·12H2O与78mM的NaH2PO4·2H2O,存储在4℃的冰箱中备用。每次使用前需使用磁力加热搅拌器进行混匀并恢复至室温。水样中加入上述磷酸缓冲溶液使水样中磷酸盐含量达到20mM以使水样pH值保持稳定,并在室温25℃的条件下避光进行氯胺消毒试验。
取39mg的NH4Cl溶入30mL的超纯水,再加0.6mL的NaClO(含有效氯4%-4.99%),迅速混合,使得Cl:N的质量比约为4:1,即可得到氯胺溶液(主要成分为NH2Cl),将溶液稀释10倍后,用双光束紫外分光光度计在波长分别为245nm和295nm下测定吸光度,计算氯胺消毒剂中NH2Cl和NHCl2的浓度(后者一般未测出),以有效氯计算,则配置的氯胺消毒剂浓度(Cl2mg/L)=测定出的浓度(mg/L)×10。
以质量浓度计,水样中的氯胺投加量分别选取3×TOC(i)、10×TOC(ii)、20×TOC(iii),计算水样中氯胺消毒剂的需投加量并投入相应量的氯胺消毒剂进行反应,反应时间分别选取3、5、7d。
反应完成后,在水样中加入过量的抗坏血酸,以去除水体中的剩余氯胺。
(3)将步骤(2)中采用抗坏血酸进行脱氯后的水样用甲基叔丁基醚进行液液萃取,采用气相色谱-电子捕获检测器检测法(GC/ECD法)测定二卤乙腈和二卤乙酰胺的浓度,测得含氮消毒副产物生成潜能。
具体步骤为:在60mL的瓶子中加入3mL的含100μg/L的1,2-二溴丙烷为内标物的甲基叔丁基醚萃取剂,并加入6g的无水硫酸钠,迅速的摇荡使无水硫酸钠溶解,并用振荡器摇荡2min,随后静置10min。静置后,取上层萃取液用于DBPs测定。
二卤乙腈采用GC/ECD法测定,采用DB-5色谱柱,其测定程序:35℃保持9min;以2℃/min的速度升至40℃,保持1min;以20℃/min的速度升至160℃,保持5min。检测器ECD温度为290℃,吹扫平均流速为18.7cm/s;
二卤乙酰胺也采用GC/ECD法测定,采用DB-1701色谱柱,其测定程序:35℃保持3min;以20℃/min的速度升至220℃保持1.5min。检测器ECD温度为290℃,吹扫平均流速为18.7cm/s。
方法效果测试
实施例1的试验结果如图1和图2所示,图1表示北江水样在不同氯胺投加量和反应时间的含氮消毒副产物生成潜能,图2表示西江水样在不同氯胺投加量和反应时间的含氮消毒副产物生成潜能,试验结果为:
随着接触时间的增加,DHANs(主要是DCAN)的生成量出现下降,而DHAcAms生成量略微升高,因此增加接触时间并未有效提高二者的生成潜能。但随着氯胺投加量的增加,两个水样的DHANs和DHAcAms生成量逐渐显著增加,但氯胺投加量的进一步增加,生成潜力已无变化。
由于含氮消毒副产物的生成量随投量增加更为显著,随时间增长的变化不显著(如图1中随时间的增长,含氮消毒副产物的生成量增加不明显),考虑到实验耗时的影响,并避免时间过长使余氯对含氮消毒副产物分解的风险增加,因此设置3d的反应时间是适宜的。同时为了节省成本,也防止过量的氯胺使余氯浓度过高,造成分解风险的增加,因而氯胺投加量不应过高。
最终确定在氯胺消毒条件下,最佳的含氮消毒副产物生成潜能的测试条件为:按质量浓度计,氯胺投加量为20×TOC(mg/L),反应时间3d。
将以上含氮消毒副产物生成潜能最高的测定方法(氯胺投加量为20×TOC(mg/L),反应时间3d)作为本发明测试方法,与Krasner法测定的含氮消毒副产物生成潜能进行比较,结果如表1所示:
表1本发明测试方法与Krasner测试法所测定的含氮消毒副产物DHANs、DHAcAms生成潜能结果
Figure BDA0002705654240000051
由表1可知,相比于常用的Krasner法,采用本发明测试方法所测得的含氮消毒副产物DHANs、DHAcAms生成潜能明显更高,具有更好的准确性。因此,在对水体采用氯胺消毒时,可准确测定水体的含氮消毒副产物生成潜能的测试条件为:氯胺投加量20×TOC(mg/L),反应时间3d。

Claims (8)

1.一种采用氯胺消毒剂的含氮消毒副产物生成潜能的测试方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)测定水样的TOC浓度值;
(2)按质量浓度计,在水样中加入氯胺投加量为20×TOC的氯胺消毒剂,反应3d;
(3)反应结束后,测定二卤乙腈和二卤乙酰胺的生成量,测得这两类含氮消毒副产物生成潜能。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中先在水样中加入中性缓冲液,再加入氯胺消毒剂进行反应。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述中性缓冲液为磷酸缓冲液。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中加入磷酸缓冲液,调整至水样中磷酸盐含量为10-20mM。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中反应的温度控制在23-27℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中反应完成后,加入脱氯剂去除余氯。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述脱氯剂为抗坏血酸。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中采用气相色谱-电子捕获检测器检测法测定二卤乙腈和二卤乙酰胺的生成量。
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CN102507892A (zh) * 2011-12-16 2012-06-20 同济大学 一种测定饮用水中新型含氮消毒副产物三氯乙酰胺生成潜能的方法

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