氧化还原电位作为东北水回收设施消毒效果的衡量标准，2014年10月

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病例报告

Nevein Narouz^*

美国佛罗里达州圣彼德堡市水资源部二级化学家

*通讯作者:Nevein Narouz，美国佛罗里达州圣彼得堡市水资源部二级化学家，电话:727-892-5699/727-892-5697;电子邮件:Nevein.narouz@st.pete.org

摘要

废水中n -氯代氨基酸等含氮有机化合物的存在导致有机氯胺的形成，这已成为一个日益关注的问题，因为它们被认为是一种非常弱的消毒剂，并给出了N,N-二乙基-苯二胺滴定法的错误结果，作为有效消毒处理废水的指示剂。在本研究中，氧化还原电位作为一种可靠的方法来衡量消毒效果，也作为一个工具来解释粪大肠菌群结果东北废水回收设施，美国佛罗里达州圣彼得堡市。

关键字

氧化还原电位；消毒；余氯；主成分分析；有机一氯胺

介绍

废水中含氮有机化合物（如N-氯化氨基酸）的存在导致有机氯胺的形成，这一问题日益受到关注，因为它们被认为是一种非常弱的消毒剂，并且在N，N-二乙基-pphylenediamines余氯滴定中给出了错误的结果，作为有效消毒的指示剂处理后废水的影响。McCormick等人[1]在废水中鉴定了N-氯化氨基酸，Wolfe和Olson[2]的研究得出结论，传统的分析方法，如N，N-二乙基-p-菲烯二胺（DPD）此外，Conyers和Scully[3]还对无机一氯胺和有机氯胺给出了相同的结果，它们不如无机一氯胺强大确认的有机氯胺和一氯胺对余氯试验的反应相同，并且在游离余氯存在的情况下它们是稳定的。之后，Yoon和Jensen[4]确认了废水中无机氯胺转化为有机氯胺。符合White的《氯化手册》[5]，二级生物废水处理可产生3-15 mg/L（as N）范围内的可溶性有机氮。White还指出，如果氯（气态或液态苏打漂白剂）的混合由于废水水质较差，氯化物种将倾向于在一氯胺和有机氯胺之间分裂。多项研究表明，有机氯胺的杀菌活性明显低于一氯胺。

在此基础上，采用氧化还原电位探针对消毒效果进行了研究。在佛罗里达州圣彼德堡市东北水回收设施从处理过程的不同阶段采集样本，包括:澄清器4和5,722G过滤器的出水，注入漂白剂后的东西入口，氯接触室的东西出口和收集微量样品的管道，722F。这些样本是每天早上同一时间采集的。N,N-二乙基酞二胺在采集样品后立即采集;同时，722F位点的氯残留通过常规的N,N-二乙基-对苯二胺测试进行分析，722F位点的粪便大肠杆菌通过膜过滤进行分析。

米和试剂

所有化学品都是试剂级或更好的，HACH水质测试条用于硝酸盐和亚硝酸盐的即时测量，EUTECH ORP测试仪用于不同位置的氧化还原电位读数以及一氯胺和氯残留N,N-二乙基-对苯二胺滴定，根据标准方法4500-Cl,KIMAX烧瓶，250ml用于滴定。

硫酸亚铁铵滴定剂

在2升容量瓶中加入以下物质：3.00 ml 6N硫酸，2.212克硫酸亚铁铵，溶解，然后用去离子水使体积达到2升。

DPD指示器的解决方案

将2L容量瓶填满三分之二，然后加入:0.40 g乙二胺四乙酸二水合物(EDTA)， 2.00 g N, N-二乙基-苯基二胺，草酸盐和24.0 ml 6N硫酸。溶解后用去离子水使体积达到2升。

碘化钾

KI，水晶

碘化钾溶液

溶解500毫克碘化钾，用去离子水稀释至100毫升，保存在棕色瓶中。

磷酸缓冲液

将2L容量瓶装满¾，然后加入:1.6 g乙二胺四乙酸二水合物二钠(EDTA)， 48.0g磷酸钠和92.0 g磷酸二氢钾。

粪便大肠杆菌

采用膜过滤法测定粪便大肠菌群。

总悬浮固体(TSS)

通过过滤液体样品，并在104摄氏度的SM2540 D/97烘箱中烘干保留的固体，用重量法测定。

上午从处理过程的不同阶段采集了样本。所有测试都是在取样后立即进行的。

数据的解释

为优化结果，采用XLSTAT2015.3.01.19349软件进行主成分分析(PCA)计算。表1和表2中的数据作为变量。变量采用相关矩阵，以不同单位计量。

每100 mL大肠菌群计数与硝酸盐、亚硝酸盐的相关系数分别为0.907和0.785，与总悬浮物和一氯胺的相关系数较小。与此相反，氧化还原电位(-0.956)和氯残留(-0.023)呈负相关，这意味着随着氧化还原电位的增加，大肠杆菌的数量减少。根据Yong和Hensley[6]的研究，每100ml的大肠杆菌总数与氯残留量mg/l成反比，如果氯残留量大于0.8 mg/l，则不检出大肠杆菌。从表2氯残留范围从5.1到7.0 mg/l，一氯胺(通过PDP滴定)范围从4.6到5.2 mg/l，这应该是所有的大肠杆菌形式，尽管如此，仍然有点击图1。当氧化还原电位的相关值接近1且高于氯残留时，证明粪便计数与氧化还原电位的相关值比氯残留更可靠。

数据的特征值由Scree图2和表3给出，其中显示F1和F2说明了80%的变异模式。粪便计数/100毫升，硝酸盐和亚硝酸盐是F1因子的最高贡献者。另一方面，对于因子F2，一氯胺和氯残留是主要贡献者(加粗显示)。特征值给出了相应特征向量所占方差的程度(表4)[7]。

表5和图3阐明了变量和因素之间的关系。粪便计数、硝酸盐和亚硝酸盐与余氯、总悬浮物和一氯胺（与其他变量正交）明显正相关；同时，氧化还原电位强烈负相关。

图4，变量的过程表示变化的方向，其长度等于这个方向的变化率。硝酸盐、亚硝酸盐和粪便数量的变化方向和速率相同;同样，氯残留和一氯胺遵循同样的模式。接近于零的变量与主成分关系较差，可以消除而不影响结果，例如TSS。相反，ORP和粪便计数的变化方向相反，变化速率相同。

在400 mv下的氧化还原电位值影响粪便计数、硝酸盐和亚硝酸盐。氧化还原电位在400 - 500 mv之间，导致无机一氯胺成为优势种，根据Vectorin等人的[8]，它是最强的消毒剂。当氧化还原电位小于400 mv时，如表1和表2所示，即使氯残留超过0.8 mg/l，仍有撞击现象。

在722F(微取样线)，氧化还原电位毫伏很低，这可能是由于在线中生物膜的形成造成的(图6)。

表1:在东北水回收设施收集的数据为氧化还原电位(ORP)毫伏，硝酸盐(NO3)和亚硝酸盐(NO2)毫克每升

表2:总悬浮物，一氯胺，氯残留量毫克每升和粪便大肠杆菌形成的最可能的数字

表3：相关矩阵(Pearson (n))

表4:特征向量表4:特征向量

表5：变量和因素之间的相关性

佐治亚[9]农业与环境科学学院发现，如果生物膜和/细菌存在，氧化还原电位(ORP)将降低。氧化还原电位是以毫伏(mV)来衡量水的氧化水平，更高的氧化水平通常与更好的杀菌性能有关。从本研究的结果来看，当粪大肠杆菌形态为2 MPN/100 ml时，氯接触室流出物722F的最低氧化还原电位值为360毫伏，这导致了较低的杀菌性能。相反，当氧化还原电位达到最大值411毫伏时，没有检测到粪便大肠杆菌形态，这表明生物膜的形成降低了氧化还原电位的值。

结论和建议

这项短期研究表明，氧化还原电位测量的是由氧化剂和还原剂组成的水系统的净电位。这使得氧化还原电位具有一种独特的能力，可以随时检测氯的存在，足以满足需求。同时，将氧化还原电位维持在400 ~ 500 mv之间，比传统的氯残留监测方法更可靠。采用常规方法进行DPD滴定可能会对废水中有机氯胺产生干扰。722F采集线上生物膜的形成，使氧化还原电位降低毫伏，从而降低了消毒效果。冲洗微采样管线和反冲洗砂过滤器也应该更经常地进行，以防止生物膜的形成，这是有机氯胺的来源之一。