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，胺氮对加氯的影响目趋显著，本文旨在讨论源水里的胺氮对加氯的影响，分析源水中不同的胺氮含量时，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。

关键词：胺氮 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：

　　NH₃+CL₂NH₂CL+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：

　　4NH₂CL+ 3CL₂+H₂O=N₂+ N₂O +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：

       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：

        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：

  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），产生的氯胺为：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

         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。