折點(diǎn)加氯及其應(yīng)用
摘要：近年來由于源水水質(zhì)的污染日益嚴(yán)重,，在自來水的加氯處理中，胺氮對(duì)加氯的 影響 目趨顯著,，本文旨在討論源水里的胺氮對(duì)加氯的影響,， 分析 源水中不同的胺氮含量時(shí)，加氯點(diǎn)的選擇和確認(rèn),，從而達(dá)到以最小的加氯量來殺滅水中細(xì)菌之目的,。
關(guān)鍵詞：胺氮 余氯 化合性余氯 游離性余氯 加氯點(diǎn)
在水的加氯處理中，加氯量和余氯的關(guān)系如下圖所示,。
加氯量—余氯曲線
當(dāng)源水不含胺氮時(shí),，加氯量和余氯的關(guān)系如圖中虛線L1所示，為一條直線,，此時(shí)水中的余氯為游離性余氯,，簡稱游離氯,。當(dāng)源水含有胺氮時(shí)，加氯量—余氯曲線如圖中實(shí)線L2所示,，是一條折線,。
1. 胺氮對(duì)加氯的影響
當(dāng)源水有胺氮時(shí)，如上圖實(shí)線所示,，在AB段氯和氨發(fā)生如下反應(yīng)：
NH3+CL2NH2CL+HCL
水中的余氯主要為氯胺形式的化合性余氯,，簡稱化合氯。此時(shí)隨著加氯量的增加,，化合氯成比例增加,，水中胺氮逐漸減少，當(dāng)加氯量達(dá)到B點(diǎn)時(shí),，水中的胺氮降至零,，化合性余氯升至最高。在曲線的BC段,，繼續(xù)增加加氯量,，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：
4NH2CL+ 3CL2+H2O=N2+ N2O +10HCL
水中的氯胺被氧化后逐漸減少，當(dāng)氯胺被完全氧化時(shí),，余氯降至曲線最低點(diǎn)C,。隨后隨著加氯量的增加，水中余氯轉(zhuǎn)為游離氯,，并如曲線中CD段所示,，隨加氯量的增加成比例增加。由此可見水中含有胺氮時(shí),，加氯量-余氯曲線是一條折線,，此時(shí)對(duì)應(yīng)的加氯法稱為折線加氯法。如上圖所示,，折線加氯時(shí),，曲線中的AB和BC段的余氯為氯胺形式的化合余氯，CD段為游離余氯,。
2. 源水胺氮的含量對(duì)加氯量的影響
因源水的PH值通常為0.7左右,，此時(shí)的化合余氯成分以一氯胺為主,，為簡化起見,，下面的分析 計(jì)算 均將化合余氯視為一氯胺。實(shí)踐中由于化合氯成分中含有少量的二氯胺和三氯胺,，造成實(shí)際加氯量等數(shù)據(jù)與下面計(jì)算值略有所出入,，但實(shí)踐證明其出入很小，不會(huì)影響下面的分析結(jié)果,。同時(shí)為便于分析,，假設(shè)水中雜質(zhì)的耗氯量為a(mg/L),，即曲線OA段的耗氯量為a(mg/L)，水中余氯控制值為d(mg/L),。
2.1 如上圖所示,，水中無胺氮，采用游離加氯法,，加氯點(diǎn)為Q 時(shí)：
HO2+CL2HOCL+HCL
i. 52.5
x d
x=70d/52.5≈1.33d (mg/L) ……①
yQ=a+x≈a+1.33d (mg/L) ……②
即此時(shí)所需加氯量yQ為：a+1.33d (mg/L)
2.2 水中含有b(mg/L)的胺氮,，采用折點(diǎn)加氯法時(shí)：
2.21 如上圖所示，當(dāng)加氯點(diǎn)被控制在AB段的Q1點(diǎn)時(shí)：
NH3+CL2NH2CL+HCL
17 70 51.5
z x1 d
x1=70d/51.5≈1.36d(mg/L) ……③
yQ1 =a+x1≈a+1.36d(mg/L) ……④
z=17d/51.5≈0.33d (mg/L) ……⑤
即此時(shí)所需加氯量yQ1為：a+1.36d (mg/L),。
由⑤式可知,，為保證加氯點(diǎn)能被控制在AB段的Q1點(diǎn)，水中胺氮的含量必須滿足條件：
b≧0.33d(mg/L) ……⑥
2.22 如上圖所示,，當(dāng)加氯點(diǎn)被控制在BC段的Q2點(diǎn)時(shí)：
在AB段氨與氯氣反應(yīng),，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段的耗氯量為x2≈4.12b(mg/L)，產(chǎn)生的氯胺為：z1≈3.03b (mg/L),。
在BC段有z1-b (mg/L)的氯胺被氧化：
4NH2CL+ 3CL2+H2O=N2+ N2O +10HCL
206 213
(z1-d) x3
x3=213*(z1-d)/206≈1.034*(3.03b-d) (mg/L) ……⑨
yQ2 =a+x2+X3≈a+4.12b+1.034*(3.03b-d) (mg/L)……⑩
即加氯點(diǎn)被控制在BC段的Q2點(diǎn)時(shí),，加氯量為：
yQ2 ≈a+4.12b+1.034*(3.03b-d) (mg/L) ……⑾
2.23 如上圖所示，當(dāng)加氯點(diǎn)被控制在CD段的Q3點(diǎn)時(shí)：
在AB段的耗氯量為：x2=70b/17≈4.12b(mg/L)
在BC段的耗氯量為：x4=213*z1/206≈1.034*3.03b≈3.13b (mg/L)
在CD段的耗氯量為：x=70d/52.5≈1.33d (mg/L)
加氯點(diǎn)被控制在CD段的Q3點(diǎn)的總耗氯量為：
yQ3= a+x2+x4+x≈a+4.12b+3.13b+1.33d≈a+7.25b+1.33d (mg/L) ……⑿
比較式②,、④,、⑾、⑿可知,，加氯量的大小與水中的雜質(zhì)含量,、胺氮含量、余氯的控制目標(biāo)值和所選擇的加氯點(diǎn)有關(guān),。當(dāng)水中雜質(zhì)含量一定,，余氯的控制目標(biāo)值相同時(shí)：yQ3> yQ2> yQ1> yQ，即水中無胺氮時(shí)的加氯量比有胺氮時(shí)的加氯量低,，也就是說胺氮會(huì)引起加氯量的上升,，上升的幅度主要取決于加氯點(diǎn)的位置。
3. 折點(diǎn)加氯時(shí),，加氯點(diǎn)的選擇
當(dāng)水中有胺氮時(shí)必定進(jìn)入折點(diǎn)加氯,，此時(shí)由余氯--加氯量曲線可知，對(duì)應(yīng)同一個(gè)余氯值,，可能存在三個(gè)不同的加氯點(diǎn),，這三個(gè)加氯點(diǎn)對(duì)應(yīng)加氯量有很大差別。例如,，由式④,、⑾、⑿可知,，加氯點(diǎn)分別在余氯--加氯量曲線的AB,、BC,、CD段的Q1、Q2,、Q3點(diǎn)時(shí),，加氯量分別為：
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)
當(dāng)d=1.0 mg/L，b=0.4 mg/L時(shí),，yQ1≈a+1.36(mg/L);yQ2≈a+1.87(mg/L); yQ3≈a+4.23(mg/L),。可見在曲線CD段Q3點(diǎn)進(jìn)行游離加氯消毒的加氯量,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出在AB和BC段Q1,、Q2點(diǎn)進(jìn)行化合加氯消毒的加氯量。在我們的制水實(shí)踐中,，Q3點(diǎn)的游離加氯量通?？蛇_(dá)到Q1點(diǎn)化合加氯量的2—3倍，因此從降低加氯量的角度出發(fā),，折點(diǎn)加氯時(shí)的加氯點(diǎn)宜定在加氯量-余氯曲線的AB段,，此時(shí)的余氯是化合氯。
需要指出的是,，折點(diǎn)加氯時(shí)采取上述化合氯消毒的加氯法是有條件的：
1,、胺氮的含量必須滿足條件：b≧0.33d(mg/L)。由⑤式可知,，為保證加氯點(diǎn)能被控制在AB段的Q1點(diǎn),，水中胺氮的含量必須滿足條件：b≧0.33d(mg/L)。例如,，當(dāng)余氯控制值d=1.0 mg/L時(shí),，水中胺氮的含量必須滿足條件：b≧0.33 mg/L，否則余氯將無法達(dá)到控制值1.0 mg/L,。
2,、要保證化合余氯能夠達(dá)到消毒的效果，即水的各項(xiàng)細(xì)菌指標(biāo)不超標(biāo),。為此須保證化合余氯的消毒時(shí)間在兩小時(shí)以上,。
4. 折點(diǎn)加氯的 應(yīng)用
近年來由于水質(zhì)的污染日益嚴(yán)重，源水中總是或多或少含有一定的胺氮,，因此在對(duì)自來水的加氯消毒時(shí),，我們總是自覺或不自覺地使用了折點(diǎn)加氯法，只是因?yàn)槠匠：芏鄷r(shí)候由于胺氮的含量太小,，為達(dá)到余氯的控制值,，只能采用游離加氯，加氯點(diǎn)在加氯量-余氯曲線CD 段,。此時(shí)采用目視法檢測余氯,，游離氯快速的顯色反應(yīng)掩蓋了化合氯較慢的顯色反應(yīng)，以至于檢測者沒有注意到化合氯存在,。
當(dāng)突降暴雨或進(jìn)入冬季枯水季節(jié)時(shí),，水中的胺氮急劇增加，此時(shí)若繼續(xù)加游離氯,，加氯量會(huì)迅速增加,，增加的幅度可能達(dá)到平時(shí)的一倍以上，這樣在加氯量的激增的情況下,，可能導(dǎo)致兩種結(jié)果：(1)出廠水的游離氯達(dá)標(biāo),，但總余氯量大大超標(biāo)，管網(wǎng)末梢的余氯過高,，用戶會(huì)聞到刺鼻的氯氣味;(2)已有的加氯機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行也無法使水質(zhì)達(dá)到預(yù)定的余氯指標(biāo),。因此我們此時(shí)唯一的辦法就是改變加氯點(diǎn)，采用化合余氯消毒法,，將加氯點(diǎn)控制在加氯量-余氯曲線的AB段,。綜上所述，當(dāng)因某種原因(如暴雨或枯水季節(jié))導(dǎo)致水中的胺氮急劇增加,，并滿足式⑥的條件時(shí),，應(yīng)考慮改變加氯點(diǎn)，采用化合余氯消毒法,，將加氯點(diǎn)控制在加氯量--余氯曲線的AB段,。在我們的實(shí)際工作中，一般當(dāng)源水胺氮的含量大于0.35 mg/L或加氯量增加到平常的一倍或以上時(shí),，就可以試著改變加氯點(diǎn),，采用化合余氯消毒法了。
在前面我們已經(jīng)提到,，折點(diǎn)加氯時(shí),，Q3點(diǎn)的游離加氯量可達(dá)到Q1點(diǎn)化合加氯量的2—3倍，因此在改變加氯點(diǎn),，采用化合余氯消毒法取代游離余氯消毒法時(shí),，應(yīng)先將加氯量減少一半，甚至更多(可根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)確定),，然后按下列步驟對(duì)加氯點(diǎn)的位置進(jìn)行確認(rèn)和進(jìn)一步調(diào)整：
(1)檢測到一個(gè)穩(wěn)定的化合性余氯值d1,，并作好記錄;
(2)進(jìn)一步適當(dāng)減少加氯量，待余氯值穩(wěn)定后檢測到另一個(gè)化合性余氯值d2,，并比較上述兩次的檢測結(jié)果,。
(3)若d1> d2，則加氯點(diǎn)在曲線的AB段,，此時(shí)只要微調(diào)加氯量,，將余氯控制在預(yù)定值即可,。如果此時(shí)無論怎樣調(diào)節(jié)加氯量都無法使化合余氯值達(dá)到預(yù)定值，則是水中胺氮含量過低所至,，此時(shí)不宜采用化合余氯消毒,。
(4)若d1< d2，加氯點(diǎn)在曲線的BC段,，則需進(jìn)一步減少加氯量,，直到d1> d2，使加氯點(diǎn)落在曲線的AB段,，再按步驟(2)將余氯控制在預(yù)定值,。
在上述游離氯轉(zhuǎn)換為化合氯的加氯過程中，應(yīng)注意三點(diǎn)：
(1)轉(zhuǎn)換過程中可能出現(xiàn)既檢測不到游離氯又檢測不到化合氯的現(xiàn)象,，使人誤認(rèn)為加氯量太小產(chǎn)生脫氯,。其實(shí)此時(shí)加氯點(diǎn)正好落在曲線的底部的折點(diǎn)C附近，應(yīng)大膽地進(jìn)一步減小加氯量,，使加氯點(diǎn)前移到曲線的AB或BC 段后,，就可以產(chǎn)生并檢測到我們所需要的化合余氯。
(2)在曲線的AB或BC 段加化合氯消毒時(shí),，只要水中胺氮足夠高,，一般檢測不到游離氯。
(3)如采用自動(dòng)加氯,，應(yīng)先將加氯設(shè)備切換到手動(dòng)狀態(tài)后,，再進(jìn)行上述轉(zhuǎn)換。等到轉(zhuǎn)換完成且加氯穩(wěn)定后,，余氯 分析 儀一般檢測不到化合余氯,，此時(shí)只需調(diào)整余氯分析儀的量程(一般是余氯分析儀內(nèi)線路板上的波段開關(guān))，就可以檢測到化合余氯值,，進(jìn)一步將其校準(zhǔn)后,，便可投入自動(dòng)加氯。
切換到化合加氯消毒以后,，隨著源水中胺氮的減少,，制水人員會(huì)發(fā)現(xiàn)檢測水中余氯時(shí)，逐漸地檢測到游離性余氯的存在,，并且游離性余氯值越來越大,，化合余氯值越來越小，甚至無法將化合氯控制到目標(biāo)值,，這時(shí)應(yīng)該考慮重新調(diào)整加氯點(diǎn)至曲線CD段,，改加游離氯消毒。在此過程中水中胺氮的含量是一個(gè)重要的 參考 指標(biāo)，一旦胺氮的含量不能滿足式⑥的條件時(shí)(實(shí)踐中通常是胺氮的含量低于0.35mg/L時(shí)),，就應(yīng)考慮切換到加游離氯消毒,。
由于化合氯比游離氯的消毒能力低，消毒所需時(shí)間長,，在實(shí)際應(yīng)用中,，為達(dá)到理想的消毒效果,，通常要把化合余氯指標(biāo)定得比游離氯指標(biāo)高些,，例如我公司的游離余氯指標(biāo)為0.5—0.8mg/L，化合余氯指標(biāo)為0.8—1.2mg/L,。同時(shí)化合余氯消毒效果還受水溫的 影響 ,，水溫低消毒效果就減弱，因此在冬季應(yīng)將化合余氯控制的高些,。
前面已經(jīng)提到化合氯比游離氯的消毒能力低些,，在采用化合氯消毒時(shí)可能造成細(xì)菌指標(biāo)超標(biāo)，因此在采用化合氯消毒時(shí)需加強(qiáng)對(duì)出廠水和管網(wǎng)水細(xì)菌指標(biāo)的檢測,。
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