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1、国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库水处理工程技术教案模块二地表水处理任务4地表水的消毒处理学时6学时知识点氯消毒学时2学时教学内容投氯量与余氯量、投氯点、投氯设备、加氯间和氯库教学重点投氯量与余氯量教学难点投氯点、投氯设备、加氯间和氯库投氯点、投氯设备、加氯间和氯库参考资料水污染控制技术 张宝军 中国环境出版社水处理工程 王学刚 中国环境出版社水污染控制技术 王金梅 化学工业出版社氯消毒原理氯在水中的消毒作用根据水质不同可分为两种情况1）原水中不含氨氮易溶于水的氯溶解在水中，几乎瞬时发生下列反应： Cl2 + H2O HOCl + HCl (2.4.1) HOCl H+ OCl- (2
2、.4.2)HOCl (次氯酸)和OCl- (次氯酸根)都具有氧化能力，统称为有效氯，亦称为自由氯。近代消毒作用观点认为：次氯酸HOCl由于是很小的中性分子，可以扩散到带负电的细菌表面。并渗入到细菌内部，氧化破坏细菌体内的酶，而使细菌死亡。而次氯酸根OCl-虽具有氧化作用，但因其带负电，难于靠近带负电的细菌，故较难起到消毒作用。HOCl和OCl-的相对比例取决于温度和pH值。从图2.4.1可以看出：在相同水温下，水的pH值越低，所含HOCl越多，当pH6时，HOC1接近100；当pH9时，OCl-接近100；当pH7.54时，HOCl和OCl-大致相等。生产实践表明，pH值越低，相同条件下，消毒
3、效果越好，也证明HOCl是消毒的主要因素。图2.4.1 不同pH和水温时，水中HOCl和OCl-的比例图2.4.2 加氯量和与余氯量的关系2）原水中含有氨氮原水中，由于受到有机污染而含有一定的氨氮。氯加入含有氨氮成分的水中，产生如下反应： Cl2 +H2OHOCl+HCl （2.4.3） NH3 + HOCl NH2Cl + H2O (2.4.4) NH2Cl +HOCl NHCl2 + H2O (2.4.5) NHCl2 + HOCl NCl3 + H2O (2.4.6)NH2Cl、NHCl2和NCl3分别叫做一氯胺、二氯胺和三氯胺，它们统称为化合性氯或结合氯。它们在平衡状态下的含量比例决定
4、于氯、氨的相对浓度、pH值和温度。一般当pH值大于9时，一氯胺占优势；当pH值为7.0时，一氯胺和二氯胺同时存在，近似等量；当pH值小于6.5时，主要是二氯胺；当pH值小于4.5时，三氯胺才存在，自来水中一般不可能形成。从消毒效果而言，水中有氯胺时，起消毒作用的仍然是HClO，这些HOCl由氯胺与水反应生成(见式(2.4.4)( 2.4.6)，因此氯胺消毒比较缓慢。根据实验表明，用氯消毒5min内可杀灭细菌达99以上；在相同条件下，氯胺消毒5min内仅达60；要达到99以上的灭菌效果，需要将水与氯胺的接触时间延长到十几个小时。比较三种氯胺消毒效果，NHCl2要胜过NH2Cl，但前者具有臭味。N
5、Cl3消毒效果最差，且具有恶臭味，因其在水中溶解度很低，不稳定且易气化，所以三氯胺的恶臭味并不引起严重问题。一般情况下，水的pH值较低时，NHCl所占比例大，消毒效果较好。2.4.2投氯量与余氯量水中的投氯量，可以分为两部分：需氯量和余氯量。需氯量指用于杀死细菌、氧化有机物和还原性物质所消耗的部分。余氯是为了抑制水中残存细菌的再度繁殖而在消毒处理后水中维持的剩余氯量。我国饮用水卫生标准(规定，投氯接触30min后，游离性余氯不应低于0.3mg/L，集中式给水出厂水除应符合上述要求外，管网末梢水不应低于0.05 mg/L。后者余氯量仍具有杀菌能力，但对再次污染的消毒尚嫌不够，而可作为预示再次受到
6、污染的信号，这对于管网较长而死水端及设备陈旧，且间隙运行的水厂尤为重要。余氯量及余氯种类与投氯量、水中杂质种类及含量等有密切关系。（1）水中无细菌、有机物和还原性物质等，则需氯量为零，投氯量等于余氯量。如图2.4.2所示的虚线，该虚线与坐标轴成45o。（2）事实上，天然水特别是地表水源多少已受到有机物和细菌污染，虽然经澄清过滤处理，但仍然有少量细菌和有机物残留水中，氧化有机物和杀死细菌要消耗一定的氯量，即需氯量。投氯量必须超过需氯量，才能保证一定的剩余氯。如果水中有机物较少，而且主要不是游离氨和含氮化合物时，需氯量OM满足以后就会出现余氯，如图2.4.2中的实线所示。此曲线与横坐标交角小于45
7、。，其原因有：一是水中有机物与氯作用的速度有快慢，在测定余氯时，有一部分有机物尚在继续与氯作用中；二是水中有一部分氯在水中某些杂质或光线的作用下会自行分解。（3）当水中的有机物主要是氨和氮化合物时，情况比较复杂。投氯量与余氯量之间的关系曲线如图2.4.3所示。当起始的需氯量OA满足以后，投氯量增加，剩余氯也增加(曲线AH段)，但余氯增加得慢一些。超过H点投氯量后，虽然投氯量增加，余氯量反而下降(HB段)，H点称为峰点。此后随着投氯量的增加，剩余氯又上升(BC段)，B点称为折点。图2.4.3中，曲线AHBC与斜虚线间的纵坐标值b表示需氯量；曲线AHBC的纵坐标a表示余氯量。曲线可分为4区：在1区
8、即OA段，余氯量为零，需氯量b1，1区消毒效果不可靠；在2区AH段，投氯后，氯与氨反应，有化合性余氯产生(主要为一氯胺)，具有一定消毒效果；在3区HB段，仍然产生化合性余氯，随着投氯量增加，产生下列不具有消毒作用的化合物；余氯反而减少，直至折点B为止，折点余氯量最少。 2NH2Cl + HOCl N2+ 3HCl + H2O (2.4.7)在4区BC段，水中已没有消耗氯的物质，故随着投氯量增加，水中余氯也随着增加，而且是自由性余氯，此区消毒效果最好。 生产实践表明，当原水中游离氨在0.3mg/L以下时，通常投氯量控制在折点后，称为折点加氯；原水游离氮在0.5mg/L以上时，峰点以前的化合性余氯
9、量已够消毒，控制在峰点前以节约加氯量；原水游离氨在0.30.5mg/L的范围内，投氯量难以掌握。缺乏资料时，一般的地面水经混凝、沉淀和过滤后或清洁的地下水，投氯量可采用1.01.5mg/L；一般的地面水经混凝沉淀未经过滤时可采用1.01.5mg/L。对于污(废)水，投氯量可参考下列数值：一级处理排放时，投氯量为2030 mg/L；不完全二级处理水排放时，投氯量为1015 mg/L；二级处理水排放时，投氯量为510 mg/L；图2.4.3 折点加氯图2.4.4 氯的投加2.4.3投氯点一般采用滤后投氯，即把氯投在滤池出水口或清水池进口处，或滤池至清水池的连接管(渠)上，称为滤后投氯消毒。滤后消毒
10、为饮用水处理的最后一步。这种方法一般适用于原水水质较好，经过滤处理后水中有机物和细菌已被大部分除去，投加少量氯即能满足余氯要求。如果以地下水作水源，无混凝沉淀过滤等净化设施，则需在泵前或泵后投加。图2.4.4为自来水消毒的一般工艺流程。当处理含腐殖质的高色度原水时，在投加混凝剂的同时投氯，以氧化水中行机物可提高混凝效果。这种氯化法称为滤前氯化或预氯化。预氯化也可用于硫酸亚铁作为混凝剂时(将亚铁氯化为三价铁，促进硫酸亚铁的混凝效果)。预氯化还能防止水厂内各类构筑物中滋长青苔和延长氯胺消毒的接触时间，使投氯量维持在图2.4.3中的AH段，以节省加氯量。当城市管网延伸很长，管网末梢的余氯难以保证时，
11、需要在管网中途补充投氯。这样既能保证管网末梢的余氯，又不致使水厂附近的余氯过高。管网中途投氯的位置一般都设在加压泵站及水库泵站中。一般在投氯点后可安装静态混合器，使氯与水均匀混合，提高杀菌效果，并节省氯量。同时应加强余氯的连续监测；有条件时，投氯地点宜设置余氯连续测定仪。2.4.4投氯设备、加氯间和氯库人工操作的加氯设备主要包括加氯机(手动)、氯瓶和校核氯瓶重量(也即校核氯重)的磅秤等。近年来，自来水厂的加氯自动化发展很快，特别是新建的大、中型水厂，大多采用自动检测相自动加氯技术，因此，加氯设备除了加氯机(自动)和氯瓶外，还相应设置了自动检测(如余氯自动连续检测)和自动控制装置。加氯机是安全、
12、准确地将来自氯瓶的氯输送到加氯点的设备。手动加氯机往往存在加氯量调节滞后、余氯不稳定等缺点，影响制水质量。自动加氯机配以相应的自动检测和自动控制设备，能随着流量、氯压等变化自动调节加氯量，保证了制水质量。加氯机形式很多，可根据加氯量大小、操作要求等选用。氯瓶是一种储氯的钢制压力容器。干燥氯气或液态氯对钢瓶无腐蚀作用，但遇水或受潮则会严重腐蚀金属，故必须严格防止水或潮湿空气进入氯瓶。氯瓶内保持一定的余压也是为了防止潮气进入氯瓶。加氯间是安置加氯设备的操作间。氯库是储备氯瓶的仓库。加氯间和氯库可以合建，也可分建。由于氯气是有毒气体故加氯间和氯库位置除了靠近加氯点外，还应位于主导风向下方，且需与经常有人值班的工作间隔开。加氯间和氯库在建筑上的通风、照明、防火、保温等应特别注意，还应设置一系列安全报警、事故处理设施等。有关加氯间和氯库设计要求请参阅设计规范和有关手册。
