折点加氯及其应用

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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，氨氮对加氯的影响目趋 显著，本文旨在讨论源水里的氨氮对加氯的影 响，分析源水中不同的氨氮含量时， 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。关键字：氨氮余氯化合性余氯游离性余氯力口氯点在水的加氯处理中 , 加氯量和余氯的关系如下图所示余氯（mg/L）当源水不含氨氮时，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。当源水含有氨氮时，加氯量一余氯曲线如图中实线L2 所示， 是一条折线。1. 氨氮对加氯的影响当源水有氨氮时，如上图实线所示，在

2、AB 段氯和氨发生如下反应：NH+CL 八HNHCL+HCL水中的余氯主要为氯氨形式的化合性余氯， 简称化合氯。此时随着加氯量的增加，化合氯成 比例增加，水中氨氮逐渐减少，当加氯量达到 B 点时，水中的氨氮降至零，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：4NHCL+ 3CL+H0=N+ N 2O +10HCL水中的氯氨被氧化后逐渐减少，当氯氨被完 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。由此可见水中含有氨氮时，加氯量一余氯曲线是一条 折线，此时对应的加氯法称为折线加氯法。

3、如上 图所示，折线加氯时，曲线中的 AB 和 BC 段的余 氯为氯氨形式的化合余氯， CD 段为游离余氯。2. 源水氨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 合余氯成分以一氯氨为主，为简化起见，下面的 分析计算均将化合余氯视为一氯氨。实践中由于 化合氯成分中含有少量的二氯氨和三氯氨，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，水中无氨氮，采用游离加氯

4、法，加氯点为 Q 时：HQ+CL 亟 HOCL+HCL1. 52.5x dx=70d/52.5 ? 1.33d( mg/L)yq=a+x a+1.33d( mg/L) 即此时所需加氯量yQ为：a+1.33d(mg/L)2.2 水中含有 b ( mg/L) 的氨氮，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： Nf+CLANHCL+HCL 177051.5z x1dx1=70d/51.5 1.36d ( mg/L)?yQ1 =a+x1 a+1.36d ( mg/L) z=17d/51.5 0.33d ( mg/L)?即此时所需加氯量 yQ1 为： a+1.3

5、6d (mg/L) 。 由式可知，为保证加氯点能被控制在AB段的 Q1 点，水中氨氮的含量必须满足条件：b 0.33d ( 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：NHs+CLANHCL+HCL177051.5b x2z1x2=70b/17 4.12b ( mg/L)?z1=51.5d/17 心 3.03b ( mg/L)?即在 AB 段的耗氯量为x2 4.12b ( mg/L), 产生的氯氨为： z1 3.03b( mg/L) 。在 BC 段有 z1-b (mg/L) 的氯氨被氧化：4NHCL+ 3C4+H

6、O=N+ N 2O +10HCL206213(z1-d) x3x3=213*(z1- d)/206 1.034*(3.03b -d)( mg/L). . y q2=a+x2+X4 a+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 心 a+4.12b+1.034*(3.03b -d)(mg/L) (11)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/17 4.12b( mg/L)在 BC 段的耗氯量为：x4=213*z1/206 ? 1.034*3.03b ? 3

7、.13b( mg/l)在 CD 段的耗氯量为： x=70d/52.5 1.33d( mg/L)加氯点被控制在 CD 段的 Q3 点的总耗氯量 为：y q3=a+x2+x4+x a+4.12b+3.13b+1.33d a+7.25b+1 .33d (mg/L) ?(12)比较式、(11)、(12)可知，加氯量的大小与水中的杂质含量、氨氮含量、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， 即水中无氨氮时的加氯量比有氨氮时的加氯量低，也就是说氨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

8、当水中有氨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、(11)、(12)可知，加氯点分别在余氯-加氯量曲线的AB BC CD 段的Q 、 Q2 、 Q 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)yq3 a+7.25b+1.33d (mg/L)当 d=1.0 mg/L , b=0.4 mg/L 时， yQ 仟a+1.36 (mg/L); yQ2 a+1.87 (mg/L); y q，a+4.23mg/L)

9、 。可见在曲线CD 段 Q 点进行游离加氯 消毒的加氯量，远远高出在 AB 和 BC 段 Q 、 Q2 点进行化合加氯消毒的加氯量。在我们的制水实 践中， Q点的游离加氯量通常可达到 Q 点化合加 氯量的2 3 倍，因此从降低加氯量的角度出发， 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 、氨氮的含量必须满足条件： b 0.33d(mg/L)。由式可知，为保证加氯点能被控制在AB 段的 Q1 点，水中氨氮的含量必须满足条件：b 0.33d (mg/L) 。例如，当余氯控制值d=1.0mg/L

10、时，水中氨氮的含量必须满足条件： b 0.33mg/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，源水中总 是或多或少含有一定的氨氮，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氨氮的含量太小，为达到余氯的控制值，只能采用游离加 氯，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

11、的 氨氮急剧增加，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一余氯曲线的AB 段。综上所述，当因某种原因（如暴雨或枯水季节）导致水中的氨氮急剧增加，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

12、源水氨氮的含量大于 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， Q 点的 游离加氯量可达到 Q 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，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di ，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

13、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，则是水中氨氮含量过低所 至，此时不宜采用化合余氯消毒。（ 4 ）若 d1 d2 ，使加氯 点落在曲线的 AB 段，再按步骤（ 2 ）将余氯控制 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

14、的 AB 或 BC 段加化合氯消毒时，只要水中氨氮足够高，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，随着源水中氨氮的减少，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 水中氨氮的含量是一个重要的参考指标，一旦氨 氮的含量不能满足式的条件时（实践中通常是氨氮的含量低于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，例如我公司的游离余氯指标为0.5 0.8mg/L ，化合余氯指标为 0.8 1.2mg/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