摘要

含氮有機化合物如N-氯代氨基酸在廢水中的存在導致有機氯胺的形成，這已成為一個日益引起關注的問題，因為它們被認為是一種非常弱的消毒劑，並在N,N-二乙基-苯二胺滴定氯殘留作為有效消毒處理廢水的指標時給出錯誤的結果。在這項研究中，氧化還原電位被用作一種可靠的方法來衡量消毒效果，同時也作為一種工具來解釋佛羅裏達州聖彼得堡市東北汙水回收設施的糞便大腸菌群結果。

關鍵字

氧化還原電位;消毒;氯殘留;主成分分析;有機monochloramines

簡介

含氮有機化合物，如N-氯化氨基酸在廢水中的存在，導致有機氯胺的形成，這成為一個日益受到關注的問題，因為它們被認為是一種非常弱的消毒劑，並在N,N-二乙基-苯二胺滴定氯殘留量作為有效消毒處理廢水的指標時，給出錯誤的結果。McCormick等人在廢水中鑒定了N-氯代氨基酸。[1]以及Wolfe和Olson[2]的研究得出結論，傳統的分析方法如N,N-二乙基-對苯二胺(DPD)對無機單氯胺和有機氯胺的分析結果相同，但它們的作用不如無機單氯胺，此外，Conyers和Scully[3]證實有機氯胺和單氯胺對殘氯試驗的響應是相同的，並且在遊離殘氯存在的情況下是穩定的。隨後，Yoon和Jensen[4]證實了廢水中無機氯胺向有機氯胺的轉移。與White的《氯化手冊》[5]一致，廢水二級生物處理可以產生3-15 mg/L的可溶性有機氮濃度(作為N)。White還指出，如果氯(氣態或液體蘇打漂白劑)與廢水的混合較差，氯化物種將傾向於在單氯胺和有機氯胺之間分裂。幾項研究表明，有機氯胺的殺菌活性明顯低於單氯胺。

在此基礎上，采用氧化還原電位探針對消毒效果進行了研究。樣品從佛羅裏達州聖彼得堡市東北水再生設施處理過程的不同階段收集，包括:澄清池4和5、過濾器722G的出水、注入漂白劑後的東西入口、氯接觸室的東西出口和微量樣品收集線722F。這些樣品每天早上同一時間被收集到實驗室。N,N-二乙基苯二胺在采集這些樣品後立即被采集;同時，722F場地的氯殘留量采用傳統的N,N-二乙基-對苯二胺檢測，722F場地的糞便大腸杆菌采用膜過濾。

米和試劑

所有化學品均為試劑級或以上，使用HACH水質測試試紙進行硝酸鹽和亞硝酸鹽的直接測量，EUTECH ORP Teste10儀表用於不同位置的氧化還原電位讀數，連同一氯胺和氯殘留N,N-二乙基-對苯二胺按標準方法4500-Cl滴定，KIMAX flask, 250 ml滴定。

硫酸亞鐵銨滴定劑

在2升容積瓶中加入:3.00 ml 6N硫酸，2.212 g硫酸亞鐵銨，溶解後用DI使體積達到2l。

DPD指示器的解決方案

裝滿3 / 4的2L容積瓶，然後加入以下:0.40 g四乙酸乙二胺二鈉，2.00 g N, N-二乙基-對苯二胺，草酸鹽和24.0 ml 6N硫酸，溶解，然後用去離子水將體積增加到2升。

碘化鉀

KI,晶體

碘化鉀溶液

將500毫克KI溶解，用去離子水稀釋至100毫升，保存在棕色瓶中。

磷酸緩衝液

填滿3 / 4的2L容積瓶，然後添加以下:1.6 g乙二胺二水合物(EDTA)， 48.0g磷酸鈉和92.0 g磷酸鉀單堿。

糞便大腸杆菌

采用膜過濾法SM 9222 A、D測定糞便大腸菌群。

總懸浮物(TSS)

通過過濾液體樣品，並在104攝氏度的烘箱SM2540 D/97中幹燥保留的固體進行重量測定。

抓取樣本在早上從處理過程的不同階段收集。所有測試在取樣後立即進行。

數據的解釋

為優化結果，采用XLSTAT2015.3.01.19349軟件進行主成分分析(PCA)計算。以表1和表2中的數據作為變量。變量計量單位不同，采用相關矩陣。

大腸菌群計數/100 mL與硝酸鹽、亞硝酸鹽(相關因子分別為0.907和0.785)相關性較強，與總懸浮物和一氯胺相關性較弱。相反，與氧化還原電位(-0.956)和氯殘留量(-0.023)呈負相關，這意味著隨著它們的增加，大腸杆菌數量減少。根據Yong和Hensley[6]，總大腸杆菌形態數/100ml與氯殘留量mg/l成反比，如果氯殘留量大於0.8 mg/l，則無法檢測出大腸杆菌形態數。從表2中氯殘留量在5.1到7.0毫克/升之間，單氯胺(通過PDP滴定)在4.6到5.2毫克/升之間，這應該可以處理所有的大腸杆菌形式，但仍然有圖1。當氧化還原電位的相關值接近1且高於氯殘留時，驗證了糞便計數與氧化還原電位的相關性更強，比氯殘留更可靠。

數據的特征值如圖2和表3的Scree圖所示，F1和F2說明了80%的變化模式。糞便計數/100毫升，硝酸鹽和亞硝酸鹽是因子F1的最高貢獻者。另一方麵，對於F2因子，單氯胺和氯殘留是主要的貢獻者(粗體值)。特征值給出了由相應的特征向量(表4)[7]所占的方差的程度。

表5和圖3闡明了變量和因子之間的關係。糞便計數、硝酸鹽和亞硝酸鹽與氯殘留量、總懸浮物和單氯胺呈顯著正相關，且與其他變量正交;氧化還原電位與氧化還原電位呈強負相關。

圖4，變量的軌跡表示變化的方向，其長度等於這個方向變化的速率。硝酸鹽、亞硝酸鹽和糞便計數的變化方向相同，變化速率相同;氯殘留量和單氯胺也有相同的規律。接近零的變量與主成分關係較差，可以在不影響結果的情況下剔除，如TSS。相反，ORP和糞數變化方向相反，變化速率相同。

糞便計數、硝酸鹽和亞硝酸鹽受400 mv氧化還原電位值的影響。根據Vectorin等人[8]的研究，氧化還原電位在400至500 mv之間的結果是無機單氯胺是優勢物種，是最強的消毒劑。當氧化還原電位小於400 mv時，如表1和表2所示，即使氯殘留量超過0.8 mg/l，仍有命中。

在722F(微采樣線)時，氧化還原電位毫伏很低，這可能是由於線中生物膜的形成造成的(圖6)。

表1:數據收集在東北水循環設施氧化還原電位(ORP)毫伏，硝酸鹽(NO3)和亞硝酸鹽(NO2)毫克每升

表2:總懸浮物，一氯胺，每升氯殘留量毫克和糞大腸杆菌的最可能數字

表3:相關矩陣(Pearson (n))

表4:特征向量表4:特征向量

表5:變量和因素之間的相關性

喬治亞州農業與環境科學學院[9]發現，如果生物膜和/細菌存在，氧化還原電位(ORP)會降低。氧化還原電位是以毫伏(mV)為單位衡量水的氧化水平，而氧化水平越高，通常殺菌性能越好。從本研究結果來看，當大腸杆菌形態為2 MPN/100 ml時，氯接觸室出水722F的最低氧化還原電位為360微伏，導致殺菌性能較低。相反，當氧化還原電位達到最大值411毫伏時，沒有檢測到糞便中的大腸杆菌形態，說明生物膜的形成降低了氧化還原電位的值。

結論和建議

這項短期研究表明，氧化還原電位測量的是由氧化劑和還原劑組成的水係統的淨電位。這賦予氧化還原電位一種獨特的能力，隨時檢測氯的存在，足以滿足需求。此外，保持氧化還原電位在400-500 mv之間比氯殘留常規方法更可靠的監測消毒過程。傳統的DPD滴定法可能會對處理後廢水中的有機氯胺產生幹擾。722F采集線生物膜的形成導致氧化還原電位的下降，進而導致消毒效果的降低。為了防止生物膜的形成(生物膜是有機氯胺的來源之一)，應經常衝洗微采樣管路和反衝洗砂濾。

圖1:東北水廠影響糞便大腸菌群MPN和氯殘留量mg/l的研究

圖2:F1和F2的碎石圖

圖3:變量軸F1和F2

圖4:雙線圖(軸:F1和F2)

Acknowldgement

我要向所有給我機會完成這項研究的人表示深深的感謝。特別感謝newwrf的首席操作員Craven Askew的鼓勵。

此外，我還要感謝NEWRF的工作人員，他們允許我使用所需的設備和材料來完成這項任務。特別感謝聖彼德堡市水資源部門給了我這次機會，以及ECD三級化學家Frederick Schipul先生的評論。

圖5:東北水廠出水氯殘留量mg/l及氧化還原電位mv

圖6:東北水廠不同采樣點的氧化還原電位毫伏

參考文獻

1. McCormic EF, Conyers B, Scully FE Jr (1993) n -氯丙二醛。2.纈氨酸在模型溶液和廢水中的氯化。環境科學與技術27:255-261。［Ref。］
2. 沃爾夫RL，沃德NR，奧爾森BH(1985)有機氮化合物對無機氯胺殺菌性能的幹擾。環境科學與技術19:1192-1195。［Ref。］
3. Coyners B, Scully FE Jr (1993) n -氯丙二醛。3.苯丙胺在模型溶液和廢水中的氯化反應。環境科學與技術27:261-266。［Ref。］
4. Yoon J, Jensen JN(1995)氯化廢水中無機氯胺的氯轉移。水環境研究，29(4):447 - 447。［Ref。］
5. Van Nostrand/Reinhold(1993)氯化手冊。第三版，紐約589-606。
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7. Hammer, Harper DAT, Ryan PD(2001)教育數據分析的古生物靜力學軟件包。古生物電子4:1-9。［Ref。］
8. Victorin K, Hellstorm K, Rylander R(1972)測定氯化水消毒能力的氧化還原電位測定。中國地質大學學報(自然科學版)29(3):326 - 326。［Ref。］
9. 生物膜在家禽飲水係統中的應用(2006)農業與環境科學學院，喬治亞州30602-4356。［Ref。］

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條信息

Aritcle類型:病例報告

引用:Narouz N(2015)東北水廠氧化還原電位作為消毒效能的衡量指標，2014年10月。國際J水廢水處理1(2):doi http://dx.doi.org/10.16966/2381-5299.106

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出版的曆史:

收到日期:2015年7月17日

接受日期:2015年8月16日

發表日期:2015年8月21日