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1、1折点加氯及其应用摘要:近年来由于源水水质的污染日益严重,在自来水的加氯处理中,胺氮对加氯的影响目趋显著,本文旨在讨论源水里的胺氮对加氯的影响,分析源水中不同的胺氮含量时,加氯点的选择和确认,从而达到以最小的加氯量来杀灭水中细菌之目的。 关键词:胺氮 余氯 化合性余氯 游离性余氯 加氯点 在水的加氯处理中,加氯量和余氯的关系如下图所示。加氯量余氯曲线当源水不含胺氮时,加氯量和余氯的关系如图中虚线 L1 所示,为一条直线,此时水中的余氯为游离性余氯,简称游离氯。当源水含有胺氮时,加氯量余氯曲线如图中实线 L2 所示,是一条折线。1.胺氮对加氯的影响当源水有胺氮时,如上图实线所示,在 AB 段氯和
2、氨发生如下反应:NH3+CL2NH2CL+HCL水中的余氯主要为氯胺形式的化合性余氯,简称化合氯。此时随着加氯量的增加,化合氯成比例增加,水中胺氮逐渐减少,当加氯量达到 B 点时,水中的胺氮降至零,化合性余氯升至最高。在曲线的 BC 段,继续增加加氯量,会发生如下反应:24NH2CL+ 3CL2+H2O=N2+ N2O +10HCL水中的氯胺被氧化后逐渐减少,当氯胺被完全氧化时,余氯降至曲线最低点C。随后随着加氯量的增加,水中余氯转为游离氯,并如曲线中 CD 段所示,随加氯量的增加成比例增加。由此可见水中含有胺氮时,加氯量余氯曲线是一条折线,此时对应的加氯法称为折线加氯法。如上图所示,折线加氯
3、时,曲线中的 AB和 BC 段的余氯为氯胺形式的化合余氯,CD 段为游离余氯。2.源水胺氮的含量对加氯量的影响因源水的 PH 值通常为 0.7 左右,此时的化合余氯成分以一氯胺为主,为简化起见,下面的分析计算均将化合余氯视为一氯胺。实践中由于化合氯成分中含有少量的二氯胺和三氯胺,造成实际加氯量等数据与下面计算值略有所出入,但实践证明其出入很小,不会影响下面的分析结果。同时为便于分析,假设水中杂质的耗氯量为 a(mg/L),即曲线 OA 段的耗氯量为 a(mg/L),水中余氯控制值为d(mg/L)。2.1 如上图所示,水中无胺氮,采用游离加氯法,加氯点为 Q 时:HO2+CL2HOCL+HCLi
4、.52.5x dx=70d/52.51.33d (mg/L) yQ=a+xa+1.33d (mg/L) 即此时所需加氯量 yQ 为:a+1.33d (mg/L)32.2 水中含有 b(mg/L)的胺氮,采用折点加氯法时:2.21 如上图所示,当加氯点被控制在 AB 段的 Q1 点时:NH3+CL2NH2CL+HCL17 70 51.5z x1 dx1=70d/51.51.36d(mg/L) yQ1 =a+x1a+1.36d(mg/L) z=17d/51.50.33d (mg/L) 即此时所需加氯量 yQ1 为:a+1.36d (mg/L)。由式可知,为保证加氯点能被控制在 AB 段的 Q1 点
5、,水中胺氮的含量必须满足条件:b0.33d(mg/L) 2.22 如上图所示,当加氯点被控制在 BC 段的 Q2 点时:在 AB 段氨与氯气反应,水中的氨全部被消耗掉:NH3+CL2NH2CL+HCL17 70 51.5b x2 z1x2=70b/174.12b(mg/L) z1=51.5d/173.03b (mg/L) 即在 AB 段的耗氯量为 x24.12b(mg/L),产生的氯胺为:z13.03b (mg/L)。4在 BC 段有 z1-b (mg/L)的氯胺被氧化:4NH2CL+ 3CL2+H2O=N2+ N2O +10HCL 206 213(z1-d) x3x3=213*(z1-d)/
6、2061.034*(3.03b-d) (mg/L) yQ2 =a+x2+X3a+4.12b+1.034*(3.03b-d) (mg/L)即加氯点被控制在 BC 段的 Q2 点时,加氯量为:yQ2 a+4.12b+1.034*(3.03b-d) (mg/L) 2.23 如上图所示,当加氯点被控制在 CD 段的 Q3 点时:在 AB 段的耗氯量为:x2=70b/174.12b(mg/L)在 BC 段的耗氯量为:x4=213*z1/2061.034*3.03b3.13b (mg/L)在 CD 段的耗氯量为:x=70d/52.51.33d (mg/L)加氯点被控制在 CD 段的 Q3 点的总耗氯量为:
7、yQ3= a+x2+x4+xa+4.12b+3.13b+1.33da+7.25b+1.33d (mg/L) 比较式、可知,加氯量的大小与水中的杂质含量、胺氮含量、余氯的控制目标值和所选择的加氯点有关。当水中杂质含量一定,余氯的控制目标值相同时:yQ3 yQ2 yQ1 yQ,即水中无胺氮时的加氯量比有胺氮时的加氯量低,也就是说胺氮会引起加氯量的上升,上升的幅度主要取决于加氯点的位置。 3.折点加氯时,加氯点的选择当水中有胺氮时必定进入折点加氯,此时由余氯-加氯量曲线可知,对应同一个余氯值,可能存在三个不同的加氯点,这三个加氯点对应加氯量有很大差别。例如,由式、可知,加氯点分别在余氯-加氯量曲线的
8、 AB、BC、CD 段的5Q1、Q2、Q3 点时,加氯量分别为: yQ1 a+1.36d (mg/L)yQ2 a+4.12b+1.034*(3.03b-d) (mg/L)yQ3a+7.25b+1.33d (mg/L)当 d=1.0 mg/L,b=0.4 mg/L 时,yQ1a+1.36(mg/L);yQ2a+1.87(mg/L); yQ3a+4.23(mg/L)。可见在曲线 CD 段 Q3 点进行游离加氯消毒的加氯量,远远高出在 AB 和 BC 段 Q1、Q2 点进行化合加氯消毒的加氯量。在我们的制水实践中,Q3 点的游离加氯量通常可达到 Q1 点化合加氯量的 23 倍,因此从降低加氯量的角度
9、出发,折点加氯时的加氯点宜定在加氯量余氯曲线的 AB 段,此时的余氯是化合氯。需要指出的是,折点加氯时采取上述化合氯消毒的加氯法是有条件的:1、胺氮的含量必须满足条件:b0.33d(mg/L)。由式可知,为保证加氯点能被控制在 AB 段的 Q1 点,水中胺氮的含量必须满足条件:b0.33d(mg/L)。例如,当余氯控制值 d=1.0 mg/L 时,水中胺氮的含量必须满足条件:b0.33 mg/L,否则余氯将无法达到控制值 1.0 mg/L。2、要保证化合余氯能够达到消毒的效果,即水的各项细菌指标不超标。为此须保证化合余氯的消毒时间在两小时以上。4. 折点加氯的应用近年来由于水质的污染日益严重,
10、源水中总是或多或少含有一定的胺氮,因此在对自来水的加氯消毒时,我们总是自觉或不自觉地使用了折点加氯法,只是因为平常很多时候由于胺氮的含量太小,为达到余氯的控制值,只能采用游离加氯,6加氯点在加氯量余氯曲线 CD 段。此时采用目视法检测余氯,游离氯快速的显色反应掩盖了化合氯较慢的显色反应,以至于检测者没有注意到化合氯存在。当突降暴雨或进入冬季枯水季节时,水中的胺氮急剧增加,此时若继续加游离氯,加氯量会迅速增加,增加的幅度可能达到平时的一倍以上,这样在加氯量的激增的情况下,可能导致两种结果:(1)出厂水的游离氯达标,但总余氯量大大超标,管网末梢的余氯过高,用户会闻到刺鼻的氯气味;(2)已有的加氯机
11、满负荷运行也无法使水质达到预定的余氯指标。因此我们此时唯一的办法就是改变加氯点,采用化合余氯消毒法,将加氯点控制在加氯量余氯曲线的 AB 段。综上所述,当因某种原因(如暴雨或枯水季节)导致水中的胺氮急剧增加,并满足式的条件时,应考虑改变加氯点,采用化合余氯消毒法,将加氯点控制在加氯量-余氯曲线的AB 段。在我们的实际工作中,一般当源水胺氮的含量大于 0.35 mg/L 或加氯量增加到平常的一倍或以上时,就可以试着改变加氯点,采用化合余氯消毒法了。在前面我们已经提到,折点加氯时,Q3 点的游离加氯量可达到 Q1 点化合加氯量的 23 倍,因此在改变加氯点,采用化合余氯消毒法取代游离余氯消毒法时,
12、应先将加氯量减少一半,甚至更多(可根据以往的经验确定),然后按下列步骤对加氯点的位置进行确认和进一步调整:(1)检测到一个稳定的化合性余氯值 d1,并作好记录;(2)进一步适当减少加氯量,待余氯值稳定后检测到另一个化合性余氯值 d2,并比较上述两次的检测结果。(3)若 d1 d2,则加氯点在曲线的 AB 段,此时只要微调加氯量,将余氯控制在预定值即可。如果此时无论怎样调节加氯量都无法使化合余氯值达到预定值,则是水中胺氮含量过低所至,此时不宜采用化合余氯消毒。7(4)若 d1 d2,加氯点在曲线的 BC 段,则需进一步减少加氯量,直到 d1 d2,使加氯点落在曲线的 AB 段,再按步骤(2)将余
13、氯控制在预定值。在上述游离氯转换为化合氯的加氯过程中,应注意三点:(1)转换过程中可能出现既检测不到游离氯又检测不到化合氯的现象,使人误认为加氯量太小产生脱氯。其实此时加氯点正好落在曲线的底部的折点 C 附近,应大胆地进一步减小加氯量,使加氯点前移到曲线的 AB 或 BC 段后,就可以产生并检测到我们所需要的化合余氯。(2)在曲线的 AB 或 BC 段加化合氯消毒时,只要水中胺氮足够高,一般检测不到游离氯。(3)如采用自动加氯,应先将加氯设备切换到手动状态后,再进行上述转换。等到转换完成且加氯稳定后,余氯分析仪一般检测不到化合余氯,此时只需调整余氯分析仪的量程(一般是余氯分析仪内线路板上的波段
14、开关),就可以检测到化合余氯值,进一步将其校准后,便可投入自动加氯。切换到化合加氯消毒以后,随着源水中胺氮的减少,制水人员会发现检测水中余氯时,逐渐地检测到游离性余氯的存在,并且游离性余氯值越来越大,化合余氯值越来越小,甚至无法将化合氯控制到目标值,这时应该考虑重新调整加氯点至曲线 CD 段,改加游离氯消毒。在此过程中水中胺氮的含量是一个重要的参考指标,一旦胺氮的含量不能满足式的条件时(实践中通常是胺氮的含量低于0.35mg/L 时),就应考虑切换到加游离氯消毒。由于化合氯比游离氯的消毒能力低,消毒所需时间长,在实际应用中,为达到理想的消毒效果,通常要把化合余氯指标定得比游离氯指标高些,例如我公司的8游离余氯指标为 0.50.8mg/L,化合余氯指标为 0.81.2mg/L。同时化合余氯消毒效果还受水温的影响,水温低消毒效果就减弱,因此在冬季应将化合余氯控制的高些。前面已经提到化合氯比游离氯的消毒能力低些,在采用化合氯消毒时可能造成细菌指标超标,因此在采用化合氯消毒时需加强对出厂水和管网水细菌指标的检测。