1、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
2、生如下反应：NH 3+CL2 NH2CL+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：4NH 2CL+ 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
3、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：HO 2+CL2 HOC
4、L+HCLi. 52.5x dx=70d/52.51.33d （mg/L） y Q=a+xa+1.33d （mg/L） 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：NH 3+CL2 NH2CL+HCL17 70 51.5z x1 dx1=70d/51.51.36d（mg/L） yQ1 =a+x1a+1.36d（mg/L） z=17d/51.50.33d （mg/L） 即此时所需加氯量 yQ1为：a+1.36d （mg/L）。由式可知，为保证加氯点能被控制在 AB
5、段的 Q1 点，水中氨氮的含量必须满足条件：b0.33d（mg/L） 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+CL2 NH2CL+HCL17 70 51.5b x2 z1x2=70b/174.12b（mg/L） z1=51.5d/173.03b （mg/L） 即在 AB 段的耗氯量为 x24.12b（mg/L），产生的氯氨为：z13.03b （mg/L）。在 BC 段有 z1-b （mg/L）的氯氨被氧化：4NH 2CL+ 3CL2+H2O=N2+ N2O +10HCL 206 213(z1-d) x3x3=213
6、*(z1-d)/2061.034*(3.03b-d) （mg/L） y Q2 =a+x2+X3a+4.12b+1.034*(3.03b-d) （mg/L）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） 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/174.12b（mg/L）在 BC 段的耗氯量为：x4=213*z1/2061.034*3.03b3.13b （mg/L）在 CD 段的耗氯量为：x=70d/52.51.33d （mg/L）加氯点被控制在 CD 段的 Q
7、3 点的总耗氯量为：y Q3= a+x2+x4+xa+4.12b+3.13b+1.33da+7.25b+1.33d （mg/L） 比较式、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 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、可知，加氯点
8、分别在余氯-加氯量曲线的 AB、BC、CD 段的 Q1、Q 2、Q 3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 Q3a+7.25b+1.33d （mg/L）当 d=1.0 mg/L，b=0.4 mg/L 时，y Q1a+1.36（mg/L）；y Q2a+1.87（mg/L）； yQ3a+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、Q 2点进行化合加氯消毒的加氯量。在我们的制水实践中，Q 3点的游离加氯量通常可达到 Q1点化合加氯量的 2
9、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：b0.33d（mg/L）。由式可知，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：b0.33d（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：b0.33 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
10、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
11、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0.35 mg/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 3点的游离加氯量可达到 Q1点化合加氯量的 23 倍，因此在改变加氯点，采用化合余氯消
12、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 d1，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 d2，使加氯点落在曲线的 AB 段，再按步骤（2）将余氯控制在预定值。在上述游离氯转换为化合氯的
13、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
14、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0.50.8mg/L，化合余氯指标为 0.81.2mg/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。
