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。

　　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：

17 70　　 51.5

b x2　　 z1

x2=70b/17≈4.12b（mg/L）　　 ……⑦

z1=51.5d/17≈3.03b （mg/L）　　 ……⑧

　　 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）

　　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、胺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，水中胺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，水中胺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胺氮，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胺氮的含量太小，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。

　　切换到化合加氯消毒以后，随着源水中胺氮的减少，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。在此过程中水中胺氮的含量是一个重要的参考指标，一旦胺氮的含量不能满足式⑥的条件时（实践中通常是胺氮的含量低于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。