折点加氯及其应用.docx
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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力口
氯点
下图所示
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,加氯量一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:
nh+cl^Hnhcl+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:
4NHCL+3CL+H0=N+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,加氯量一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:
HQ+CL亟HOCL+HCL
i.52.5
xd
x=70d/52.5〜1.33d
(mg/L)①
yQ=a+x~a+1.33d
(mg/L)②
即此时所需加氯量yQ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:
Nf+CL^NHCL+HCL
177051.5
zx1d
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
即此时所需加氯量yQ1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:
NHs+CL^NHCL+HCL
177051.5
bx2z1
x2=70b/17~4.12b(mg/L)•……⑦
z1=51.5d/17心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:
4NHCL+3C4+HO=N+N2O+10HCL
206213
(z1-d)x3
x3=213*(z1-d)/206~1.034*(3.03b-d)
(mg/L)⑨
yQ2
=a+x2+X4a+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:
yQ2心a+4.12b+1.034*(3.03b-d)
(mg/L)(11)
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:
yQ3=
a+x2+x4+x~a+4.12b+3.13b+1.33d~a+7.25b+1.33d(mg/L)•……(12)
比较式②、④、(11)、(12)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:
yQ3>yQ2>yQ1>yQ,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、(11)、(12)可知,
加氯点分别在余氯--加氯量曲线的ABBCCD段的Q、Q2、Q点时,加氯量分别为:
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)
当d=1.0mg/L,b=0.4mg/L时,yQ仟a+1.36(mg/L);yQ2~a+1.87(mg/L);yq3^a+4.23(mg/L)。
可见在曲线CD段Q点进行游离加氯消毒的加氯量,远远高出在AB和BC段Q、Q2点进行化合加氯消毒的加氯量。
在我们的制水实践中,Q点的游离加氯量通常可达到Q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=1.0mg/L时,水中氨氮的含量必须满足条件:
b±0.33mg/L,否则余氯将无法达到控制值1.0mg/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,可能导致两种结果:
(1)出厂水的游离氯达标,但总余氯量大大超标,管网末梢的余氯过高,用户会闻到刺鼻的氯气味;
(2)已有的加氯机满负荷运行也无法使水质达到预定的余氯指标。
因此我们此时唯一的办法就是改变加氯点,采用化合余氯消毒法,将加氯点控制在加氯量一余氯曲线的AB段。
综上所述,当因某种原因(如暴雨或枯水季节)导致水中的氨氮急剧增加,并满足式⑥的条件时,应考虑改变加氯点,采用化合余氯消毒法,将加氯点控制在加氯量--余氯曲线的AB段。
在我们的实际工作中,一般当源水氨氮的含量大于0.35mg/L或加氯量增加到平常的一倍或以上时,就可以试着改变加氯点,采用化合余氯消毒法了。
在前面我们已经提到,折点加氯时,Q点的游离加氯量可达到Q点化合加氯量的2—3倍,因此在改变加氯点,采用化合余氯消毒法取代游离余氯消毒法时,应先将加氯量减少一半,甚至更多(可根据以往的经验确定),然后按下列步骤对加氯点的位置进行确认和进一步调整:
(1)检测到一个稳定的化合性余氯值di,并作好记录;
(2)进一步适当减少加氯量,待余氯值稳定后检测到另一个化合性余氯值d2,并比较上述两次的检测结果。
(3)若d1>d2,则加氯点在曲线的AB段,此时只要微调加氯量,将余氯控制在预定值即可。
如果此时无论怎样调节加氯量都无法使化合余氯值达到预定值,则是水中氨氮含量过低所至,此时不宜采用化合余氯消毒。
(4)若d1
(2)将余氯控制在预定值。
在上述游离氯转换为化合氯的加氯过程中,应注意三点:
(1)转换过程中可能出现既检测不到游离氯又检测不到化合氯的现象,使人误认为加氯量太小产生脱氯。
其实此时加氯点正好落在曲线的底部的折点C附近,应大胆地进一步减小加氯量,使加氯点前移到曲线的AB或BC段后,就可以产生并检测到我们所需要的化合余氯。
(2)在曲线的AB或BC段加化合氯消毒时,只要水中氨氮足够高,一般检测不到游离氯。
(3)如采用自动加氯,应先将加氯设备切换到手动状态后,再进行上述转换。
等到转换完成且加氯稳定后,余氯分析仪一般检测不到化合余氯,此时只需调整余氯分析仪的量程(一般是余氯分析仪内线路板上的波段开关),就可以检测到化合余氯值,进一步将其校准后,便可投入自动加氯。
切换到化合加氯消毒以后,随着源水中氨氮的减少,制水人员会发现检测水中余氯时,逐渐地检测到游离性余氯的存在,并且游离性余氯值越来越大,化合余氯值越来越小,甚至无法将化合氯控制到目标值,这时应该考虑重新调整加氯点至曲线CD段,改加游离氯消毒。
在此过程中水中氨氮的含量是一个重要的参考指标,一旦氨氮的含量不能满足式⑥的条件时(实践中通常是氨氮的含量低于0.35mg/L时),就应考虑切换到加游离氯消毒。
由于化合氯比游离氯的消毒能力低,消毒所需时间长,在实际应用中,为达到理想的消毒效果,通常要把化合余氯指标定得比游离氯指标高些,例如我公司的游离余氯指标为
0.5—0.8mg/L,化合余氯指标为0.8—1.2mg/L。
同时化合余氯消毒效果还受水温的影响,水温低消毒效果就减弱,因此在冬季应将化合余氯控制的高些。
前面已经提到化合氯比游离氯的消毒能力低些,在采用化合氯消毒时可能造成细菌指标超标,因此在采用化合氯消毒时需加强对出厂水和管网水细菌指标的检测。
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