折点加氯实验

实验5 折点加氯消毒实验
经过混凝沉淀、澄清、过滤等水质净化过程，水中大部分悬浮物质已被去除，但是还有一定数量的微生物，包括对人体有害的病原菌仍在水中，常采用消毒方法来杀死这些致病微生物。

氯消毒广泛用于给水处理和污水处理。

由于不少水源受到不同程度的污染，水中含有一定浓度的氨氮，掌握折点加氯消毒的原理及其实验技术，对解决受污染水源的消毒问题，很有必要。

一、目的
1、 了解氯消毒的基本原理。

2、 掌握加氯量，需氯量的计算方法。

3、 掌握氯氨消毒的基本方法。

二、原理
氯气和漂白粉加入水中后发生如下反应：
Cl 2+H 2O=HOCl+HCl
（5-1） 2Ca （OCl ）2+2H 2O=2HOCl+Ca(OH)2+CaCl 2 （5-2） HOCl=H ++OCl —
（5-3）
次氯酸和次氯酸根均有消毒作用，但前者消毒效果较好，因细菌表面带负电，而HOCl 是中性分子，可以扩散到细菌内部破坏细菌的酶系统，妨碍细菌的新陈代谢，导致细菌的死亡。

如果水中没有细菌、氨、有机物和还原性物质，则投加在水中的氯全部以自由氯形式存在，即余氯量=加氯量
由于水中存在有机物及相当数量的氨氮化合物，它们性质很不稳定，常发生化学反应逐渐转变为氨，氨在水中是游离状态或以铵盐形式存在。

加氯后，氯与氨必生成“化合性”氯，同样也起消毒作用。

根据水中氨的含量，pH 值高低及加氯量多少、加氯量与剩余氯量的关系，将出现四个阶段，即四个区间。

第一区OA 段：表示水中杂质把氯消耗光，余氯量为零，消毒效果不可靠。

第二区AH 段：加氯量增加后，水中有机物等被氧化殆尽，出现化合性余氯，反应式为：
NH 3+HClO=NH 2Cl+H 2O （5-4） NH 2Cl+HClO=NHCl 2+H 2O （5-5）
若氨与氯全部生成NH 2Cl 则投加氯气用量是氨的4.2倍，水中pH<6.5时主要生成NHCl 2。

第三区HB 段：投加的氯量不仅生成NHCl 2、NCl 3，同时还发生下列反应：
2NH 2Cl+HOCl N 2 +3HCl+H 2O
（5-6）
结果使氨氮被氧化生成一些不起消毒作用的化合物，余氯逐渐减少最后到最低的折点B 。

第四区BC 段：继续增加加氯量，水中开始出现自由性余氯。

加氯量超过折点时的加氯称为折点加氯
余氯（m g /L ）
图5-1 折点加氯曲线
或过量加氯。

三、设备及装置
1、折点加氯消毒设备1台
2、水箱或水桶1个，能盛水几十升；
3、20L玻璃瓶1个；
4、50mL比色管20多根；
5、100mL比色管40多根；
6、1mL及5mL移液管；
7、10mL及50mL量筒；
8、1000mL量筒；
9、温度计1支
四、步骤及记录
1、药剂制备
⑴1％浓度的氨氮溶液100mL
称取3.819g干燥过的无水氯化氨（NH4Cl）溶于不含氨的蒸馏水中稀释至100mL，其氨氮浓度为1％即10g/L。

⑵1％浓度的漂白粉溶液500mL称取漂白粉5g溶于100mL蒸馏水中调成糊状，然后稀释至500mL 即得。

其有效氯含量约为2.5g/L。

2、水样制备
取自来水20L加入1％浓度氨氮溶液2mL，混匀，即得实验用原水，其氨氮含量约1mg/L。

3、进行折点加氯实验
⑴测原水水温及氨氮含量（采用纳氏试剂分光光度法见附录1），记入表5-1。

⑵测漂白粉溶液中有效氯的含量。

取漂白粉溶液1mL，用蒸馏水稀释至500mL，测出余氯量，记入表5-1。

⑶在12个1000mL烧杯中盛原水1000mL。

⑷当加氯量分别为1、2、4、6、7、8、9、10、12、14、17、20mg/L时，计算1％浓度漂白粉溶液的投加量（mL）。

⑸将12个盛有1000mL原水的烧杯编号（1、2、……12）,依次投加1％浓度的漂白粉溶液，其投加量分别为1、2、4、6、7、8、9、10、12、14、17、20mg/L，快速混匀2h，立即测各烧杯水样的游离氯、化合氯及总氯的量。

各烧杯水样测余氯方法相同，均采用邻联甲苯氨亚砷酸盐比色法。

五、成果整理
根据比色测定结果进行余氯计算，绘制游离余氯、化合余氯及总余氯与投氯量的关系曲线。

六、思考题
1、水中含有氨氮时，投氯量与余氯量关系曲线为何出现折点？
2、有哪些因素影响投氯量？
3、本实验原水如采用折点后加氯消毒，应有多大的投氯量？
表5-1 折点加氯实验记录
原水水温 （℃） 氨氮含量 （mg/L ）
漂白粉溶液含氯量 (mg/L)
水样编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 漂白粉溶液投加量
（mL ） 加氯量（mg/L ）
A
B 1 B 2 比色测定结果（mg/L ）
C
总余氯(mg/L) D=C －B 2
游离性余氯(mg/L) E=A －B 1
余氯计算
化合性余氯(mg/L) D －E
附：氨氮的测定—纳氏试剂分光
光度法
纳氏试剂分光光度法
一、水样的预处理
水样带色或混浊以及含有其他一些干扰物质，影响氨氮的测定。

为此，在
分析时需作适当的预处理。

对较清洁的水，可采用絮凝沉淀法；对污染严重的水或工业废水，则用蒸馏法消除干扰（此处仅介绍絮凝沉淀法）。

絮凝沉淀法
加适量的硫酸锌于水样中，并加氢氧化钠呈碱性，生成氢氧化锌沉淀，再经过滤除去颜色和浊度等。

1、仪器
100mL具塞量筒或比色管
2、试剂
①10％硫酸锌溶液：称取10g硫酸锌溶于水，稀释至100mL。

②25%氢氧化钠溶液：称取25g氢氧化钠溶于水，稀释至100mL，贮于聚乙烯瓶中。

③硫酸，ρ＝1.84
3、步骤
取100mL水样于具塞量筒或比色管中，加入1mL10％硫酸锌溶液和0.1～0.2mL25％氢氧化钠溶液，调节pH至10.5左右，混匀。

放置沉淀，用经无氨水充分洗涤过的中速滤纸过滤，弃取初滤液20mL。

二、钠氏试剂光度法
1、方法原理
碘化汞和碘化钾的碱性溶液与氨反应生成淡红棕色胶态化合物，此颜色在较宽的波长内具有强烈吸收。

通常测量用波长在410～425nm范围。

2、干扰及消除
脂肪胺、芳香胺、醛类、丙酮、醇类和有机氯胺类等有机化合物，以及铁、锰、镁和硫等无机离子，因产生异色或混浊而引起干扰，水中颜色和混浊亦影响比色。

为此，须经絮凝沉淀过滤或蒸馏预处理，易挥发的还原性干扰物质，还可以在酸性条件下加热以除去。

对金属离子的干扰，可加入适量的掩蔽剂加以消除。

3、方法的适用范围
本法最低检出浓度为0.025mg/L，测定上限为2mg/L。

水样作适当的预处理后，本法可适用于地表水、地下水、工业废水和生活污水中氨氮的测定。

4、仪器
①分光光度计。

②pH计。

5、试剂
配制试剂用水均为无氨水
⑴纳氏试剂：
称取16g氢氧化钠，溶于50mL水中，充分冷却至室温。

领称取7g碘化钾和10g碘化汞溶于水，然后将此溶液在搅拌下徐徐注入氢氧化钠溶液中，用水稀释至100mL，贮于聚乙烯瓶中，密塞保存。

⑵酒石酸钾钠溶液：称取50g酒石酸钾钠溶于100mL水中，加热煮沸以除去氨，防冷，定溶至100mL。

⑶铵标准贮备溶液：称取3.819g经100℃干燥过的优级纯氯化氨（NH4Cl）溶于水中，移入1000mL 容量瓶中，稀释至标线。

此溶液每毫升含1.0mg氨氮。

⑷铵标准使用溶液：移取5.00mL铵标准贮备液于500mL容量瓶中，用水稀释至标线。

此溶液每毫升含0.010mg氨氮。

6、步骤
⑴校准曲线的绘制
①吸取0、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00和10.00铵标准使用液于50mL比色管中，加水至标线，加
1.0mL酒石酸钾钠溶液，混匀。

加1.5mL纳氏试剂，混匀。

放置10min后，在波长420nm处，用光程20mm 比色皿，以水为参比，测量吸光度。

⑵水样的测定
分取适量经絮凝沉淀预处理后的水样（使氨氮含量不超过0.1mg），加入50mL比色管中，稀释至标线，加1.0mL酒石酸钾钠溶液，以下同校准曲线的绘制。

⑶空白试验
以无氨水代替水样，做全程序空白测定。

7、计算
由水样测得的吸光度减去空白试验的吸收度后，从校准曲线上查得氨氮含量（mg）。

氨氮（N，mg/L）=m/V*1000
式中：m－由校准曲线查得的氨氮量（mg）；
V－水样体积（mL）。

附：余氯的测定—邻联甲苯氨亚砷酸盐比色法
一、试剂
1、邻联甲苯氨溶液
称取1g邻联甲苯氨，溶于5mL20％盐酸中（浓盐酸1mL稀释至5mL），
将其调成糊状，投加150～200mL蒸馏水使其完全溶解，置于量筒中补加蒸馏水至505mL，最后加入20%盐酸495mL，共1L。

此溶液放在棕色瓶内置于冷暗处保存，温度不得低于0℃，以免产生结晶影响比色，也不要使用橡皮筋，该溶液最多能使用半年。

2、亚砷酸纳溶液
称取5g亚砷酸纳溶于蒸馏水中，稀释至1L。

3、磷酸盐缓冲溶液4L
将分析纯的污水磷酸二纳（Na2HPO4）和分析纯无水磷酸二氢钾（KH2PO4）放在105~110℃烘箱内，2h后取出放在干燥器内冷却，前者称取22.86g，后者称取46.14g。

将此两者同溶于蒸馏水中，稀释至1L。

至少静止4d，等其中沉淀物析出后过滤。

取滤液800mL加蒸馏水稀释至4L，即得磷酸盐缓冲液4L。

此溶液的pH值为6.45。

4、铬酸钾－重铬酸钾溶液
称取4.65g分析纯干燥铬酸钾（K2Cr2O4）和1.55分析纯干燥重铬酸钾（K2Cr2O7）溶于磷酸盐缓冲溶液中，并用磷酸盐缓冲液稀释至1L即得。

此溶液相当于10mg/L余氯与邻联甲苯氨所产生的颜色。

5、余氯标准比色溶液
按表5-2所需的铬酸钾－重铬酸钾溶液，用移液管加到100mL比色管中，再用磷酸盐缓冲液稀释至刻度，记录其相当于氯的mg/L数，即得余氯标准比色溶液。

表5-2 余氯标准比色溶液的配制
氯（mg/L）铬酸钾－重铬酸钾
（mL）
氯
（mg/L）
铬酸钾－重铬酸钾
（mL）
0.01 0.1 0.80 8.0 0.02 0.2 0.90 9.0 0.05 0.5 1.00 10.0 0.07 0.7 2.00 19.7 0.10 1.0 3.00 29.0 0.15 1.5 4.00 39.0 0.20 2.0 5.00 48.0 0.30 3.0 6.00 58.0 0.40 4.0 7.00 68.0 0.50 5.0 8.00 77.5 0.60 6.0 9.00 87.0 0.70 7.0 10.00 97.0
二、步骤
1、取100mL比色管3支，标注甲、乙、丙。

2、吸取100mL水样投加甲管中，立即投加1mL邻联甲苯氨溶液，立即
混匀，迅速投加2mL亚砷酸钠溶液，混匀，越快越好；2min后（从邻联甲苯氨溶液混匀后算起）立即与余氯标准比色溶液比色，记录结果A。

A表示该水样游离余氯和干扰物质与邻联甲苯氨迅速混合后所产生的颜色。

3、吸取100mL水样投加于乙管中，立即投加2mL亚砷酸钠溶液，混匀，
迅速投加1mL邻联甲苯氨溶液，2min后立即与余氯标准比色溶液比色，记录B1。

待15min后（从加入邻联甲苯氨溶液混匀后算起），在取乙管中水样与标准比色溶液比较，记录结果B2。

B1代表干扰物质与邻联甲苯氨溶液迅速混匀后产生的颜色。

B2代表干扰物质与邻联甲苯氨溶液混匀15min后所产生的颜色。

4、吸取100mL水样投加于丙管中，并立即投加1mL邻联甲苯氨溶液，
立即混匀，静止15min，再与余氯标准比色溶液比色，记录结果C。

C代表总余氯和干扰物质与邻联甲苯氨溶液混匀15min后所产生的颜色。

5、余氯（mg/L）D=C－B2；游离性余氯(mg/L)E=A－B1；化合性余氯(mg/L)＝D－E。