折点加氯法
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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段氯和氨发生如下反应:
NH
3+CL
2
NH
2
CL+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:
4NH
2CL+ 3CL
2
+H
2
O=N
2
+ N
2
O +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:
HO
2+CL
2
HOCL+HCL
i. 52.5
x d
x=70d/52.5≈1.33d (mg/L)……①
y
Q
=a+x≈a+1.33d (mg/L)……②
即此时所需加氯量y
Q
为:a+1.33d (mg/L)
2.2 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:
NH
3+CL
2
NH
2
CL+HCL
17 70 51.5
z x1 d
x1=70d/51.5≈1.36d(mg/L)……③
y
Q1
=a+x1≈a+1.36d(mg/L)……④
z=17d/51.5≈0.33d (mg/L)……⑤
即此时所需加氯量y
Q1
为:a+1.36d (mg/L)。
由⑤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:
b≧0.33d(mg/L)……⑥
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:
NH
3+CL
2
NH
2
CL+HCL
17 70 51.5
b x2 z1
x2=70b/17≈4.12b(mg/L)……⑦
z1=51.5d/17≈3.03b (mg/L)……⑧
即在AB段的耗氯量为x2≈4.12b(mg/L),产生的氯胺为:z1≈3.03b (mg/L)。
在BC段有z1-b (mg/L)的氯胺被氧化:
4NH
2CL+ 3CL
2
+H
2
O=N
2
+ N
2
O +10HCL
206 213
(z1-d) x3
x3=213*(z1-d)/206≈1.034*(3.03b-d) (mg/L ) ……⑨ y Q2 =a+x2+X3≈a+4.12b+1.034*(3.03b -d) (mg/L )……⑩
即加氯点被控制在BC 段的Q2点时,加氯量为:
y Q2 ≈a+4.12b+1.034*(3.03b -d) (mg/L ) ……⑾
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≈3.13b (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 ) ……⑿
比较式②、④、⑾、⑿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:y Q3> y Q2> y Q1> y Q ,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④、⑾、⑿可知,加氯点分别在余氯--加氯量曲线的AB 、BC 、CD 段的Q 1、Q 2、Q 3点时,加氯量分别为:
y Q1 ≈a+1.36d (mg/L )
y Q2 ≈a+4.12b+1.034*(3.03b -d) (mg/L )
y Q3≈a+7.25b+1.33d (mg/L )
当d=1.0 mg/L ,b=0.4 mg/L 时,y Q1≈a+1.36(mg/L );y Q2≈a+1.87(mg/L );
y Q3≈a+4.23(mg/L )。可见在曲线CD 段Q 3点进行游离加氯消毒的加氯量,远远
高出在AB 和BC 段Q 1、Q 2点进行化合加氯消毒的加氯量。在我们的制水实践中,