折点加氯及其应用教学内容

折点加氯及其应用

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—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AB段氯和氨发生如下反应：

NH3+CL2NH2CL+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：

4NH2CL+ 3CL2+H2O=N2+ N2O +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－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，采用游离加氯法，加氯点为Q 时：

HO2+CL2HOCL+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：

NH3+CL2NH2CL+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，水中氨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：

NH3+CL2NH2CL+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），产生的氯氨为：z1≈3.03b （mg/L）。

在BC段有z1-b （mg/L）的氯氨被氧化：

4NH2CL+ 3CL2+H2O=N2+ N2O +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、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：y Q3>

y Q2> y Q1> y Q，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

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④、⑾、⑿可知，加氯点分别在余氯--加氯量曲线的AB、BC、CD段的Q1、Q2、Q3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⑤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=1.0 mg/L时，水中氨氮的含量必须满足条件：b≧0.33 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，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，