生活饮用水中余氯检测技术研究与应用

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摘 要：二氧化氯消毒具有无致癌、致畸和致突变性，被联合国卫生组织列为Al级安全消毒剂。因此，在下属水务工区试用二氧化氯消毒，并取得了成功。针对二氧化氯化学性质的特殊性，在饮用水消毒现场ClO2余氯的快速控制性检测问题，对邻联甲苯胺目视比色测定饮用水中余氯的方法进行了改进，确定了水中剩余总有效氯的控制标准，使之能直接用于稳定性二氧化氯消毒处理的饮用水中余氯的分析测定和消毒剂投加量的控制。研究表明，该检测技术具有简便、快速、灵敏、准确高、可操作性强的特点。

关键词：二氧化氯 消毒剂 甲苯胺 剩余总有效氯

自2008年开始在下属水务工区试用二氧化氯消毒并取得了成功。目前所有水务工区全面投入使用，且已初步建立起了一套二氧化氯消毒的控制体系[1]。由于二氧化氯化学性质的特殊性，在饮用水消毒现场ClO2余氯的快速控制性检测一直是ClO2应用于饮用水消毒中的一大障碍。针对传统邻联甲苯胺目视比色法检测和控制二氧化氯存在着显色偏低，往往导致投量偏高，而出厂水“余氯”的显示值却很低，管网“余氯”的显色就更低、甚至根本不显色等弊端。因此，急需研制出一种快速、准确、简易的分析测试方法来满足各水源站控制二氧化氯投量、消毒水余氯测定的需要。

一、“余氯”的控制现状

目前，“余氯”检测基本上沿用老版《生活饮用水标准检验法》（GB5750—85）中检测余氯的邻联甲苯胺 （OT法）来检测和控制二氧化氯的投量。国内外相关研究成果表明，这种方法只适用于检测以氯气或漂白粉等作为消毒剂的传统消毒方式下的余氯含量，用来检测和控制二氧化氯有很多弊端。水务工区的消毒控制不可避免地要遇到“余氯”问题。根据我国《生活饮用水标准检验法》（GB5750—85）中的定义：余氯是指水经加氯消毒接触一定时间后余留在水中的氯。但这一规定是针对氯气及氯系消毒剂而制订的，对于非氯系消毒剂显然不适用。从余氯的作用和目的出发，应该把余氯理解成“接触一定时间后留在水中的剩余消毒剂。”从这一定义出发， 掌握二氧化氯消毒后“余氯”的组成就显得非常重要[2，3]。

二、二氧化氯消毒饮用水的“余氯”分析

通过用DPD分光光度法分别测定了8个水源站的出厂水的“余氯”组成，结果表明，残留在水中的“余氯”主要以亚氯酸盐、游离余氯、化合性余氯、二氧化氯单体的形式存在。

将取来的水样贮存于密闭的棕色玻璃瓶并放置在柜中于室温下保存，然后做了间隔24h的剩余总有效氯及各组分的重复测定。结果表明，在避光密闭的条件下“剩余总有效氯”很稳定。依照二氧化氯消毒的“余氯”组分多的特点及稳定性试验， 二氧化氯投加到水中后，残留在水里具有杀菌或抑菌能力的“余氯”，一方面是确保饮用水中的微生物指标合格，另一方面是保证消毒剂残留量对人体的安全性。

三、饮用水中余氯的快速检测研究

1.检测原理

在一定的条件下，邻联甲苯胺和二氧化氯、氯气、次氯酸等氧化剂发生氧化还原反应，生成黄色多醌。当此类氧化剂在一定含量范围内时，产生的黄色多醌的颜色深度和氧化剂的含量成正比[4]。在此理论基础上，当使用邻联甲苯胺目视比色方法检测二氧化氯消毒处理的饮用水中余氯时，相同摩尔数的ClO2和Cl2与邻联甲苯胺反应，ClO2与邻联甲苯胺显色反应产生的颜色只有Cl2与邻联甲苯胺显色反应产生的颜色的一半，同时，ClO2的有效氯是Cl2的2.63倍，若ClO2和Cl2与邻联甲苯胺显色反应产生的颜色深度相等，则二氧化氯处理后的水中余氯含量应为氯处理后的水中余氯含量的5倍。因此，当用稳定性二氧化氯消毒处理饮用水时，若使用邻联甲苯胺检测水中余氯，则用于检测使用氯气消毒处理的饮用水中余氯的模仿标准色阶应用缓冲溶液稀释5倍。由于二氧化氯与邻联甲苯胺的显色灵敏度只有氯与邻联甲苯胺的五分之一，为了提高检测灵敏度，应增大显色液层的厚度。

2.研究分析

2.1 盐酸邻联甲苯胺的用量

按照操作程序，在100 mL比色管中添加不同量的邻联甲苯胺溶液，取1 mg/L的ClO2溶液加至刻度，对邻联甲苯胺溶液用量进行选择实验。结果表明，邻联甲苯胺溶液用量低于0.2mL时，ClO2与邻联甲苯胺反应生成红色多醌；邻联甲苯胺溶液用量为0.2～5mL时，ClO2与邻联甲苯胺反应生成黄色多醌，颜色一致。综合考虑，邻联甲苯胺的用量选择1mL。

2.2 显色环境与时间研究

通过做避光显色和在自然光下显色的对照实验。结果表明，在自然光下，显色随着时间的推移，溶液的颜色有所加深；而避光显色的溶液，颜色稳定。故显色反应应在暗处进行。对显色时间进行选择实验。结果表明，显色时间超过3min后，颜色保持稳定。

2.3 制定控制标准的确定

为了确定剩余总有效氯控制标准[5]，项目组对5个水源站出厂水的剩余有效氯、二氧化氯含量进行了现场测定，水中剩余总有效氯的含量随二氧化氯含量的变化而变化。为了研究两者之间的定量关系，各拟合点在标准曲线y=4.7377x附近分布，线性关系良好，二氧化氯消毒饮用水中剩余总有效氯含量约为水中二氧化氯含量的5倍。根据GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》中对二氯化氯消毒剂指标的要求，考虑到仪器分析误差等因素，建议复合二氧化氯消毒时，水源站出厂水剩余总有效氯应控制在0.50mg/L以上，管网末梢水剩余总有效氯应控制在0.10mg/L以上。

3.优越性对比

本方法与DPD法从测定时间、试剂消耗、分析成本、灵敏度等方面进行了对比，本方法不需要价格昂贵的试剂，试剂消耗量少，操作简便，大大降低了分析成本和测定时间；同时本方法灵敏度是原OT方法的5倍，对于水源站规范二氧化氯工艺运行，保障水质安全，降低运行成本，具有重要的现实意义。

四、结论

1.邻联甲苯胺与ClO2和Cl2显色反应原理的研究结果表明：在相同条件下，余氯量相同的Cl2与邻联甲苯胺显色反应产生的颜色深度是ClO2的5倍。

2.确定了水中剩余总有效氯的控制标准：根据GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》中对二氯化氯消毒剂指标的要求，考虑到仪器分析误差等因素，复合型二氧化氯消毒时，水源站出厂水剩余总有效氯应控制在0.50mg/L以上，管网末梢水剩余总有效氯应控制在0.10mg/L以上。

3.以剩余总有效氯作为衡量指标，配合DPD法的余氯控制体系不仅可以成为控制和指导二氧化氯消毒饮用水的余氯控制方法之一， 而且具有降低生产成本、经济实用、可操作性强的特点。

参考文献

[1]黄君礼.新型水处理剂——二氧化氯技术及其应用[M].北京：化学工业出版社.2002：25-51.

[2]郑永章，秦荣大.卫生检验方法手册[M].北京：北京大学出版社，1990：785-788.

[3]中华人民共和国卫生部.生活饮用水卫生规范[M].2001：339-342.

[4]曹向禹. 二氧化氯氧化处理邻联甲苯胺模拟废水的研究 [J]. 皮革与化工. 2012 （01）

[5]黄志明，贺启环.二氧化氯的生产应用和标准化[J].化工标准与质量监督，1999（5）：17-21.