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应用三聚氰胺回收室内游泳池水中氰尿酸的可行性及影响因素分析

2025-03-27 1 上传者：管理员

摘要：目的考察三聚氰胺对游泳池水中氰尿酸的回收效果，确定最佳回收条件，为实际应用提供试验依据。方法采用三聚氰胺回收法和液相色谱法及分光光度法，对游泳池水中氰尿酸的含量及回收率进行验证性检测，并分析影响因素。结果三聚氰胺与氰尿酸最佳反应时间为20 min，最佳反应比例为1:1～1:1.2；强酸和强碱条件均不利于三聚氰胺与氰尿酸形成沉淀，最佳pH值为6～7。在研究条件下，游泳池水中氰尿酸回收率达84.70%。适当浓度的PO43--P能够提高氰尿酸回收效果；当PO43--P浓度为3 mg/L时，氰尿酸的最大回收率为98.54%。结论应用三聚氰胺能够高效回收游泳池水中的氰尿酸，实现游泳池水资源化和无害化处理。

关键词：
三聚氰胺
含氯消毒剂
回收率
氰尿酸
游泳池水
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二氯异氰尿酸钠和三氯异氰尿酸均属含氯消毒剂[1]，具有有效氯含量高、作用时间长、杀菌效果好，并兼有除藻除臭功能特点，因此，被大量应用于水体消毒，而该类消毒剂在游泳池水消毒应用中占比达38.19%[2]。但此类有机含氯消毒剂在水体消毒中会形成副产物氰尿酸，国外有调查发现游泳池水中氰尿酸含量可高达100~500 mg/L[3]。室内游泳池水中氰尿酸含量超标可直接威胁游泳者的健康安全[4]，因此CJ/T 244—2016《游泳池水质标准》规定氰尿酸含量应<30 mg/L[5]。同时有研究发现，氰尿酸是维持水中有效氯浓度的重要因子，然而氰尿酸浓度过大时产生“锁氯”现象，会严重影响消毒剂的作用效果[4,6]。目前降低游泳池水氰尿酸含量的方法包括补充新水[7]、混凝沉淀法[8]、电解法[5]和生物分解法[9]等。这些方法虽然能有效去除水中氰尿酸，但存在能耗高、成本大和消毒剂活性降低等弊端[10]。氰尿酸又是重要的工业原料，若能将游泳池水中氰尿酸高效回收，不仅能保证游泳池水消毒效果，而且可实现氰尿酸资源化和无害化处理。本研究以三聚氰胺作为游泳池水中氰尿酸回收处理剂，通过实验室和现场试验观察与分析其对游泳池水中氰尿酸回收效果及其影响因素，确定最佳回收使用条件，为实际使用提供理论依据。

1、材料与方法

1.1试验材料

试验用水为去离子水，使用前将去离子水在沸水中水浴10 min进行除碳处理，用磁力搅拌进行匀速搅拌，所有试验均在室温条件下进行。主要试剂有三聚氰胺、氰尿酸、盐酸、氢氧化钠、乙酸钠、氯化铵和磷酸二氢钾，均为分析纯级；主要仪器包括UV2400型紫外 – 可见分光光度计、化学需氧量快速消解仪、便携式多参数水质分析仪和液相色谱 – 质谱仪。上述试剂和仪器均为国内市售产品。

1.2试验方法

1.2.1回收反应条件筛选

向6个反应器中投加100 mg/L氰尿酸溶液各1 000 mL，同时投加三聚氰胺，控制各反应器中三聚氰胺浓度分别为0、20、40、60、80和100 mg/L，分别在0、20、40、60、80、100 min时取样，检测回收反应前后水中氰尿酸浓度。计算氰尿酸回收率=（回收反应前氰尿酸浓度 – 回收反应后氰尿酸浓度）/回收反应前氰尿酸浓度 ×100%。依据结果筛选最佳回收反应条件。

1.2.2共存物质影响测定

6个反应器中投加100mg/L氰尿酸溶液各1 000 mL，确定最佳反应配比及反应时间。分别向各反应器中投加盐酸、氢氧化钠、乙酸钠、氯化铵、磷酸二氢钾，考察在最佳三聚氰胺/氰尿酸比例条件下，不同pH值、化学需氧量（COD）、铵态氮（NH4+-N）和磷酸盐（PO43--P）对氰尿酸回收的影响（表1）。

表1游泳池水氰尿酸回收反应条件

1.3实际游泳池水氰尿酸回收验证

1.3.1氰尿酸含量测定

选用3个室内游泳池水作为试验用水，分别取1 000 mL水样，检测氰尿酸、浊度、尿素和余氯等指标。按照氰尿酸与三聚氰胺最佳配比投加三聚氰胺，匀速搅拌10 min，静置后检测水中氰尿酸含量。

1.3.2三聚氰胺氰尿酸盐回收

使用定量分析滤纸（孔径30～50μm）进行分离，将滤出物置于培养皿中，放入104℃烘箱中烘干或自然风干，得到三聚氰胺氰尿酸盐白色粉末。

1.3.3水质化学指标检测

（1）NH4+-N、PO43--P：分别采用纳氏试剂分光光度法、钼酸盐-抗坏血酸紫外分光光度法等标准方法测定。（2）COD：采用快速消解法测定。（3）余氯、总氯、氰尿酸：采用便携式多参数水质分析仪测定。（4）游泳池水水质成分：采用液相色谱 – 质谱仪测定。

2、结果

2.1游泳池水水质检测结果

结果表明，抽取的3个室内游泳池水氰尿酸均超标，水中COD、NH4+-N、PO43--P浓度较高，其中游泳池1水中氰尿酸高达127.00 mg/L、硬度高达180.00 mg/L，游泳池2水中COD高达94.84 mg/L，游泳池3水中PO43--P浓度高达15.17 mg/L（表2）。

表2 3个室内游泳池水的水质分析结果

通过气相色谱检测发现3个室内游泳池水中含有大量的三氯甲烷、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷、三溴甲烷和六氯丁二烯等化学物质，均为游泳池运行过程投加大量消毒剂、澄清剂、除藻剂等产生的副产物，其中游泳池1和3水中三氯甲烷浓度分别高达40.4和77.9μg/L，游泳池2水中一氯二溴甲烷和三溴甲烷浓度分别高达11.10和205.00μg/L，推测将影响实际游泳池水中氰尿酸的回收（表3）。

2.2不同反应时间及物料配比对氰尿酸回收率的影响

氰尿酸浓度为100 mg/L时，添加不同浓度三聚氰胺，反应时间对氰尿酸回收效果影响较小，20 min时氰尿酸回收效果与100 min时相似。随三聚氰胺浓度的增加，氰尿酸回收率增大；反应时间为20min，氰尿酸与三聚氰胺配比从1:5增加至1:1时，氰尿酸回收率从23.44%升至79.58%；反应时间为100min，氰尿酸回收率从28.75%升至81.77%。综合分析，最佳物料配比为三聚氰胺:氰尿酸=1:1~1:1.2，反应时间为20 min（图1）。

表3不同来源游泳池水中消毒副产物含量检测结果

图1不同反应时间及物料配比对氰尿酸回收率的影响

2.3不同回收条件对氰尿酸回收率的影响

4种回收条件对氰尿酸回收率产生影响：（1）pH值。三聚氰胺与氰尿酸反应最佳pH值为6 ~ 7。当pH值<6时，随pH值增加氰尿酸回收率升高；pH值= 6时，氰尿酸回收率升至69.79%；当pH值>6时，随pH值增加，氰尿酸回收率下降（图2A）。（2）COD浓度。COD对氰尿酸回收影响较小。随COD浓度增加，氰尿酸回收率范围为62.81%~79.06%，回收效果均较好（图2B）。（3）NH4+-N浓度。NH4+-N对氰尿酸回收影响较小。随NH4+-N浓度的增加，氰尿酸回收率范围为77.08%~80.94%，回收效果均较好（图2C）。（4）PO43--P浓度。PO43--P浓度对氰尿酸回收影响较大。浓度≤3 mg/L时，随浓度增加，氰尿酸回收率由79.06%上升至98.54%；浓度>3 ~ 5 mg/L时，随浓度增加氰尿酸回收率略下降（图2D）。

2.4实际游泳池水氰尿酸回收效果验证结果

结果显示，3个游泳池水COD、NH4+-N、PO43--P浓度均较高，pH值均为中性。因三聚氰胺与氰尿酸反应较快（20 min内），为降低处理成本，反应时间缩短为10 min。投加三聚氰胺后，游泳池水样中形成明显的白色沉淀物质，3个游泳池水中氰尿酸含量分别降至24.70、47.80和15.30 mg/L，氰尿酸回收率分别为80.55%、49.68%和84.70%（表4）。结果表明，水中COD和NH4+-N浓度对氰尿酸回收率无影响；但随PO43--P浓度增加，氰尿酸回收率增大，游泳池3水中PO43--P浓度最高（15.17 mg/L），氰尿酸回收率达84.70%，而游泳池2水中PO43--P浓度最低（0.744 mg/L），氰尿酸回收率最低（49.68%）。

图2不同回收条件对氰尿酸回收率的影响

表4实际游泳池水氰尿酸回收效果验证结果

3、讨论

三聚氰胺氰尿酸盐是一种无卤阻燃剂，具有氮含量高、无腐蚀性和无毒害等优势[11]，可大大提高磷系阻燃剂的阻燃效能[12]。目前采用三聚氰胺与尿素热解形成的氰尿酸合成三聚氰胺氰尿酸盐[13]，存在能耗高、副产物多等问题，而游泳池水中含有丰富的氰尿酸，直接与三聚氰胺反应合成三聚氰胺氰尿酸盐，可降低三聚氰胺氰尿酸盐的生产成本，实现游泳池水氰尿酸资源化，同时还可降低游泳池水因氰尿酸浓度过高而造成的消毒效果降低问题。

有研究发现，在强酸和强碱条件下氰尿酸较稳定，而三聚氰胺发生水解，胺基逐步被羟基取代，生成三聚氰酸二酰胺、三聚氰酸一酰胺和三聚氰酸，溶解度随酸性和碱性增加而增大[14]，因此三聚氰胺在强酸或强碱环境中极不稳定，造成氰尿酸回收率较低。中性条件下乙酸钠和氨氮稳定，不与氰尿酸或者三聚氰胺发生化学反应，因此COD和NH4+-N对氰尿酸回收影响较小。

氰尿酸与三聚氰胺反应过程中系统pH值呈下降趋势，低pH值不利于沉淀产生，水中KH2PO4具有缓冲作用，调节缓冲反应器中pH值，进而促进三聚氰胺与氰尿酸的反应，提高回收效果。王保等[15]研究发现，PO43--P与三聚氰胺反应生成三聚氰胺聚磷酸盐。因此，过高的PO43--P与氰尿酸对三聚氰胺具有竞争关系，不利于氰尿酸的回收。

实际游泳池水中氰尿酸回收率显著低于试验配水，推测实际游泳池水中含有大量的消毒剂、澄清剂等副产物，如二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷、三溴甲烷、六氯丁二烯、三氯甲烷等物质，影响氰尿酸与三聚氰胺反应，同时本试验反应时间缩短为10 min，两者均可能造成氰尿酸回收率略低于试验配水。

氰尿酸在游泳池水处理过程中能够使二氯氰尿酸钠和三氯异氰尿酸实现缓释效果[16]。因此，游泳池运行过程中需保留一定浓度的氰尿酸，三聚氰胺:氰尿酸=1:1~1:1.2为最佳反应条件。实际游泳池水氰尿酸回收过程中三聚氰胺浓度较低且始终处于短缺状态，氰尿酸回收后游泳池水中残留极少的三聚氰胺，仅通过皮肤接触不会被人体吸收；因此，采用三聚氰胺回收氰尿酸的方法不存在安全隐患[17]。

本研究提示，在模拟实验条件下，氰尿酸回收最佳条件为pH值为6 ~ 7，反应时间为20 min，同时COD和NH4+-N对氰尿酸回收影响较小，适量的PO43--P能够促进氰尿酸回收。由于游泳池水中含有较多消毒剂、澄清剂等副产物，因此利用三聚氰胺回收氰尿酸效率低于试验模拟配水。尽管缩短反应时间，但以三聚氰胺方式回收氰尿酸效率仍较高，能够实现游泳池水资源化和无害化处理。

氰尿酸作为消毒剂副产物，使二氯氰尿酸钠和三氯异氰尿酸中的有效氯缓慢释放，延长了消毒时（下转第167页）间并提高消毒效果。但是其长期使用，水中氰尿酸大量积累，产生“锁氯”现象，降低有效氯浓度[4,6]，引起游泳池水水质出现浑浊、变色等问题[18]。同时，作为一种有机资源，其也是重要的工业生产中间体。将游泳池水中氰尿酸进行有效回收，不仅保证了游泳池使用者人身安全，而且还可获得阻燃剂市场的紧缺产品三聚氰胺氰尿酸盐。与传统三聚氰胺氰尿酸盐制备工艺相比，该方法具有工艺简单、能耗低、无副产物等特点，具有较大的环保和经济价值。

参考文献:

[1]梁晓军,王媛,胡斌,等.三氯异氰尿酸消毒游泳池水中消毒副产物监测[J].中国消毒学杂志, 2022,39(8):577-580.

[2]阚叶敏,严小花,曾茹萍,等. 2019—2021年仪征市重点公共场所健康危害因素监测结果[J].江苏预防医学, 2023,34(4):489-490,503.

[4]刘露萍,高佳淇,郑琪.三氯异氰尿酸生产工艺废水处理回收研究[J].氯碱工业, 2023,59(10):41-45.

[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.游泳池水质标准: CJ/T244—2016[S]. 2016.

[7]韩凤超,敬燕燕,周慧霞,等. 2017—2018年北京市丰台区游泳池水中氰尿酸水平及与其他检测指标的相关性[J].首都公共卫生, 2020,14(4):215-218.

[11]顾陆於,李建喜.生物基阻燃剂与三聚氰胺氰尿酸盐在低密度聚乙烯中的协同阻燃性能研究[J].塑料科技, 2023,51(3):13-17.

[12]何宽新.有机磷系阻燃剂的作用机理及研究现状[J].科技信息(科学教研), 2008 (22):28.

[13]张宏宇,杜长海.阻燃润滑剂氰尿酸三聚氰胺盐的一步法合成研究[J].化工新型材料, 2006,34(3):32-34.

[14]徐佩,黄龙峰,李瑞忠.不同pH的三聚氰胺水溶液溶解性能研究[J].安徽化工, 2008,34(6):23-24

基金资助:国家自然科学基金青年科学基金项目(42007340);

文章来源:李丽毓,张焱,韩仲亮,等.应用三聚氰胺回收室内游泳池水中氰尿酸的可行性及影响因素分析[J].中国消毒学杂志,2025,42(03):161-164+167.