培训教程系列之一(加氯知识)

1、 嘉定自来水有限公司氯化和消毒嘉定自来水有限公司二OO年六月目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark14 第一节消毒目的3 HYPERLINK l bookmark16 第二节氯化的化学4 HYPERLINK l bookmark22 第三节消毒方法6 HYPERLINK l bookmark24 第四节加氯和氯化消毒8 HYPERLINK l bookmark28 第五节氯胺消毒12 HYPERLINK l bookmark30 第六节消毒剂投加点14参考文献15饮用水处理中，加氯消毒以控制水致疾病已经取得很大成功。投加消毒剂后，流行病如霍乱和伤寒等早已完全绝

2、迹，公共卫生状况明显改善。我国长期以氯为主要消毒剂，在灭活致病微生物、除铁除锰、除色度等方面取得了很好效果。对于某些水源水质，预氯化可以去除氨氮和嗅味，并对沉淀池和滤池中的藻类生长起到控制作用。第一节消毒目的为了防止水致疾病流行，保障人群健康，生活饮用水中不允许有致病的微生物，包括病菌、病毒、原生动物孢囊等，消毒就是灭活水中致病菌，保证水质的重要工艺。我国生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)中对微生物指标的规定如表1所示：表1生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)对微生物指标的规定微生物指标限值总大肠菌群(MPN/100mL或CFU/100mL)不得检出耐热大肠菌群(MPN/10

3、0mL或CFU/100mL)不得检出大肠埃希氏菌(MPN/100mL或CFU/100mL)不得检出菌落总数(CFU/mL)100就地表水源而言，一般未经消毒，细菌学指标合格率只有60%。同时，自来水在输送过程中，可能会受到微生物污染。为了防止水致疾病的传播，必须采用消毒来保证水质，在水厂中这一工艺过程是不可缺少的。随着科学研究的进展，需要对长期以来的消毒理念重新进行评价。第一，因为用氯消毒时，氯和原水中的天然有机物、合成有机物发生反应生成消毒副产物，这类有机物通常是生成消毒副产物的母体，如三卤甲烷(THMs)。第二，氯消毒工艺并不能有效地控制新发现的引起水致疾病的微生物，如隐孢子虫、贾第鞭毛虫

4、等，说明用单一的指标微生物，如大肠菌群，不足以证明已经灭活了多种多样的致病微生物。这就带来了新的理念，即什么是消毒以及如何使消毒副作用降到最低，并且需要将消毒过程中的微生物风险和化学风险进行比较，寻求短期（急性）的微生物风险与潜在的长期（慢性）消毒副产物（DBPs）风险之间的平衡，不能只考虑微生物风险而不顾消毒副产物，也不能只顾消毒副产物而不顾致病微生物导致的后果，为此需要优化消毒剂的种类和投加量，做到既能减少消毒副产物又要灭活微生物。严格地说，消毒的定义是灭活致病微生物，以防止致病菌进入配水系统中。尽管在饮用水过滤时也能除致病菌，起到了补充的消毒作用，但水处理流程中总需有最后的消毒工艺。通常

5、在过滤后的水中投加足够量的消毒剂，以保持配水管网中有剩余氯，消毒剂的投加浓度应该考虑到水在配水管网中的流动和储存时间，还包括消毒剂分解和衰减的可能性。对水中每一种致病微生物都加以检测是有困难的，因此许多国家都采用指示微生物作为指标，并且选用大肠杆菌作为指示性微生物。水中检出这类微生物时，说明水已经被人畜排泄物所污染。如果灭活致病微生物和灭活指示微生物的效果一样，就可用指示微生物来评价消毒效果。相反，当灭活指示微生物的效果优于灭活致病微生物时，如果水中未检出指示微生物，并不一定意味着致病微生物已不存在，也不能说饮用水的微生物指标是安全的。第二节氯化的化学1.氯气黄色气体，有刺激性，密度3.2kg

6、/m3,（0T,0.1MPa）,极易压缩成琥珀色液氯。液氯密度1460kg/m3,（0T,0.1MPa）,常温常压下极易气化，沸点为-34.5C,1kg液氯可气化成0.31m3的起。液氯气化时需要吸热，常采用淋水管喷水供能。2.氯和氯-氨在纯水中的反应在水中加氯的处理方法称为氯化。氯化的主要用途是消毒，但氯化也起氧化作用。此处仅讨论氯在纯水中的反应，即水中不存在其他任何与氯或氯-氨发生反应的物质。氯气加入纯水中后，首先发生下列反应：C屮H2OHOC1+H+C1-在pH3的稀溶液中，上式中的正反应基本上完成。次氯酸HOCl又进一步离解：H0C1OC1-+H+水中所含的Cl2HOCl与ClO-都；

7、称为游离性余氯（严格说，余氯应该指氯与水中所含杂质反应后的残余物种总量）。上述三种成分的种类及其在水中的含量是pH值的函数（如图1所示）。pH=5Cl2、HOCl、OC1-所占百分数与pH值的关系当水中存在NH3或投加NH3（或铵盐）时，HOCl极易与之发生下列反应生成三种氯胺：土NH2Cl+H2O（一氯胺）NHCL+HO（二氯胺）NCl3+H2O（三氯胺）总的反应可写成：3HOCl+2NH3HCl+3H2O+N一般条件下，三氯胺的含量极低，只在pH4.5时产生，但极不稳定，几乎立刻分解。氯-氮比7.6:1时，水中起消毒作用的主要成分就是游离性氯（参见折点加氯曲线）。3.余氯的定义生活饮用水经

8、过加氯消毒，接触一定时间后有适量的氯留存在水中，以保证持续的杀菌能力，也可防备供水受到外来污染而影响水质。这种氯称为剩余氯,剩余氯包括：a）总剩余氯游离性余氯和化合性剩余氯的总量；b）化合性剩余氯水中有氨氮或有机胺与氯化合成氯胺称为化合性剩余氯，如一氯胺（NH2C1）、二氯胺（NHC12）以及三氯胺（NC13）等。此种剩余氯氧化力低，杀菌作用较缓慢，须有足够的接触时间才能完成消毒目的，但化合性剩余氯在水中较持久和稳定，不易消失。c）游离性剩余氯水中无氨氮或经折点氯化处理后的水，水中的氯以次氯酸（H0C1）和次氯酸盐（0C1-）的状态存在，称为游离性剩余氯或自由性余氯和活性氯，其杀菌和氧化力强。

9、国家生活饮用水卫生标准规定，在接触30分钟后游离性余氯应不低于03mg/L,管网末梢水不低于005mg/L。第三节消毒方法按照原理可分为化学法和物理法。物理法有加热法、冷冻法、机械过滤法、紫外线法、超声波法、辐射法等。化学法是利用各种化学药剂进行消毒的方法。水厂最常用的消毒方法是利用化学法中的消毒剂消毒，消毒剂可分为4类：（1）氧化剂；如C、次氯酸钠、漂粉精、臭氧、双氧水等（2）金、银、汞等重金属离子，铜离子能杀死藻类；（3）阳离子表面活性剂季胺类与吡啶鎓类化合物；（4）物理媒剂，如紫外线。影响消毒的因素：消毒剂浓度（加氯量）、接触时间、微生物特征、温度、pH值、水中的杂质（浊度）、消毒剂与微

10、生物的混合接触状况。温度对消毒效果的影响有两个方面，第一，温度过高或过低都会抑制微生物的生长活动，直接影响杀菌效率。第二，影响传质和反应速率。一般而言，较高温度对过程有利。pH值较低时，HOC1或NH2Cl量大，杀菌能力强。有些微生物表面电荷特性随pH变化影响消毒效果。pH值升高，加氯量相同情况下，三卤甲烷生成量增加。适宜的pH为6.57.5。常用于消毒的含氯药剂有氯气、液氯、漂白粉、漂粉精、次氯酸钠和二氧化氯等。常用的氯消毒方式及优缺点表2所示：表2常用消毒剂方式优缺点对比消毒剂优缺点适用条件优点：具有余氯的持续消毒作用，成本低；操作简单，投加量准确；液氯供应方便不需要庞大的投加设备。缺点：

11、原水有机物高时会产生有机氯化物，的地点。液氯Cl2尤其在水源受有机物污染采用折点投氯时，处理水中会有氯或氯酚味；氯气有毒，安全操作要求高。优点：具有持续消毒作用；投加设备简单；价格低廉；漂粉精含有有漂白粉一般用漂白粉效氯达60%70%；使用方便。缺点：可产生有机氯化物和氯酚味；易于小水厂。漂CaOCl2受光、热、潮气作用儿分解失效，须注意贮存；漂白粉的溶解及调制粉精一般在水漂粉精不便；漂白粉含氯量只有20%30%，用量大，设备容积大；渣多质突变时临时Ca(0C1)2投加。优点：具有余氯的持续消毒作用；操作简单，比投加液氯安全、方便，适用于小型次氯酸钠使用成本较液氯高，但较漂白粉低。缺点：不能贮

12、存，必须现场制取水厂NaOCl使用；目前设备尚小，产气量小，使用受限制，必须好用一定电能及食盐优点：能减低三卤甲烷和氯酚的产生；保持管网中余氯量，不需要管原水中有机物氯胺网中途补氯；防止管网中细菌的繁殖；可降低加氯量，减轻氯和氯酚多以及输配水NH2Cl和NHC12味。缺点：消毒作用比液氯和漂白粉慢，需较长接触时间；需增加加管线较长适氨设备，操作管理比较麻烦。用。优点：氧化能力强，消毒效果好，接触时间短；除臭、除色、氧化铁有机污染严锰效果好；除酚，无氯酚味；不生成有机氯化物；不受氨和pH影响。重，供电方便臭氧o3缺点：设备投资大，电耗费用高；03在水中不稳定，易挥发，无余氯处适用；可作持续消毒作

13、用；设备复杂，管理麻烦；成本高。副产物有溴酸盐为氧化工艺，预处理用。二氧化氯加臭氧氧化能力稍弱，优点类似；缺点：现场制取，设备管理要求高；小水厂，有机ClO2原材料贮存要求高；副产物有次氯酸盐污染严重时第四节加氯和氯化消毒江河水中难免会受到各种有机物和无机物的污染，因此加氯量中包括需氯量和余氯量，如果原水中没有细菌、氨和有机物时，需氯量为零，加氯量就是需氯量。但是天然水源总有各种污染物，需要消耗一定的氯，水质越差需氯量越大。需氯量是指用于杀死细菌和氧化还原性物质（H2S、SO3-、NO2-、Fe2+、Mn2+、NH4+、CN-和胺等）及有机物所需要的氯量。当水中有机物浓度不高时，而且不含游离氨

14、和其他氮化合物时，加氯量略微超过需氯量以后就会出现剩余氯。出厂水中必须有一定量的剩余氯，以抑制配水管网中残存的细菌再度繁殖。测定某种原水中的需氯量时，取一组水样，加入不同剂量的氯，搅拌，经过一定接触时间后测定水中大肠菌群数和余氯含量，选择既满足所要求的大肠菌群去除率，又同时满足游离性余氯要求的最小加氯量。所需余氯的性质、种类与数量、水温和接触时间等依据实际情况决定。我公司通常采用氯胺即化合氯消毒，在氨氮较低时需补充加氯化铵增加水中氨氮，确保生成氯胺。水厂运行时要采用剩余氯指标而不采用细菌性指标，是因为测定微生物指标如细菌总数和总大肠菌群很花时间，需要2448小时的培养，等到检验得出结果时，出厂

15、水早已被用户使用，这时已经来不及调整加氯量。但是测定剩余氯非常快，而且便捷，几分钟便可得到结果，可以及时调整加氯量。（1）一般加氯量计算应根据试验或相似条件下水厂的运行经验，按最大量确定，余氯应符合生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）。（2）折点加氯当水中氨氮等含量较高时，可采用折点加氯。1）水中只含无机氮（氨、亚硝酸盐、硝酸盐）时，氨氮与氯的关系如图2所示。从图2可以看出，刚开始时，水中的杂质和氯反应，把氯消耗光了，达到了需氫量，此时剩余氯为零；接着加氯后，氯与氨反应，在氯-氨比小于5:1范围内，剩余氯一直增加，这是化合性余氯，其主要成分为一氯胺，有一定的消毒效果；当理论的氯-氨质量

16、比为7.6（因加氯时有附加反应，实际质量比稍高于7.6，也有的文献认为在8.3:1,参见给水处理理论许保玖编，P463）之前，生成二氯胺，化合性剩余氯减少；化合性剩余氯最低的点成为折点，加氯量超过折点而有剩余游离氯时称为折点加氯;这个阶段后，没有杂质消耗氯了，因此剩余氯图2理论的折点加氯曲线需氯量只能通过试验求出，其大小与氯的投加量、接触时间、水温与余氯成分种类有关。余氯成分种类指游离性余氯与化合性余氯。折点加氯曲线的试验方法如下：用几个大小相同的玻璃瓶（三角烧瓶），个放入相同量得水样，各个瓶中的加氯量依次增加，在恒温下，放在暗处30min后，分别测定每瓶水样的剩余氯。剩余氯先达到峰值的点1，

17、然后下降到最小值得折点2。这一剩余氯的变化关系称为折点加氯曲线，折点处的加氯量即为折点加氯量。在折点以后，加氯量和剩余氯呈直线变化。在初始加氯量至峰值1范围内，所加的氯用以氧化水中的氨、有机物和铁锰等，剩余氯主要是一氯胺，称为化合性余氯。在峰值1至折点2范围内，主要是二氯胺和三氯胺，而经过折点以后，几乎都是游离的剩余氯（H0C1、0C1-）和极微量的化合氯（氯胺），这时的加氯量就有较高的杀菌能力，不过有些原水在加氯实验时并不出现折点，主要是因为水中有机氮（氨基酸、蛋白质等）的干扰。折点加氯时，应该注意的是，氯和氨的反应时间很长，所以在水厂内应有足够的停留时间，否则难免会影响到靠近水厂的用户使用

18、。此外，在含氨的水中，加氯量不易控制，有时生成了二氯胺和三氯胺，也会产生臭味。因此原水中的氨浓度波动较大时，既要避免生成三氯胺和三卤甲烷，又要保证游离余氯符合要求，运行时需多加小心。2）水中含有机氮（氨基酸、蛋白质等）时，水中的氯化反应极为复杂，将生成各种有机氯化物，如使余氯值稳定需要很长时间，并取决于水中有机氮的复杂程度和其浓度，将不会出现图2中所示的折点2，而变成平缓段，如图3所示。图3中有机氮含量为0.3mg/L，氨基酸和蛋白质各占50%。氨基酸和蛋白质分别代表Cl2最容易氧化和最难氧化的有机氮成分，因此两者的比例有重要意义。氨氮一般在1h接触时间内即可消失，氨基酸则需数小时，蛋白质则甚

19、至需要在数天后仍然只消失少量。只要水中所含有机氮略高，就对氯化过程起相当大的干扰作用，是投氯量与余氯量曲线的峰值后并不出现图2所示的曲线型折点，而是出现一个高台。图3中斜线（与坐标轴成45角）表示水中无杂质时加氯量和余氯之间的关系。这时需氯量为0，余氯量就等于加氯量。曲线表示氯与杂质化合后的情况。斜线和曲线之间的差值即为需氯量。需氯量表示一些被氧化的杂质，如细菌、有机物等，氧化后产物不是次氯酸和氯胺，不能为余氯所反映，曲线与X轴的差表示余氯量，两者之和即为加氯量。)L氯余加氯量（mg/L）图3氨氮、有机氮与氯之间的反应曲线从图3还可以看出，余氯峰值出现在Cl2：N比约为12:1时，而折点出现在

20、CN比约为17:1时，比图2的理论值高一倍以上，这是由于NH3以外的有机氮反应引起的，同时也看出，在折点以前，需氯量随投氯量的增加而增加，但在折点以后变为常数。图3所示的仅是某一个接触时间的需氯量值。需氯量一般是随氯化的接触时间而增加的，增加的规律反映了水中消耗氯的物质组成。需氯量D（mg/L）与接触时间t（h）间可表示如下列的经验公式：D=DttnD为t=1h时的需氯量，n为常数。在双对数纸上上式是一条直线，n为直线的斜率。当n接近于零时，说明水中消耗氯的成分基本上式无机离子（NH3、Fe2+、S2-等），由于在短时间内已完成反应，需氯量不再随接触时间增加而增加。n值越大，需氯量因接触时间加

21、长引起的增加越大，说明水中有机氮物质越复杂。井水的n值为0.010.05，经处理后的地表水n值一般为0.100.20。当水中含有大量蛋白质物质时，曾出现过n=0.90。n值高的水，其余氯量将是不稳定的。（3）加氯的消毒方法根据余氯的成分，一般把水的氯化消毒方法分成两大类，一类是化合性余氯法，另一类是游离性余氯法，可根据图3的氯化曲线来说明。当氯化所产生的余氯主要是一氯胺，即加氯量与氨氮之比小于5:1（也有文献认为4:1），相当于图3中曲线峰值左边的一段曲线代表的余氯量时，则称为化合性余氯消毒。为了完成一氯胺反应，需要人为在水中先投加氨时，则称为氯胺消毒、氨-氯消毒或氯-氨消毒，以别于由于天然水

22、中的氨所产生的氯胺。在图3中折点右边的余氯是由次氯酸和氯胺组成的，因此总余氯量是游离性余氯和化合性余氯两部分组成的。由于游离性余氯消毒是指游离性余氯在总余氯量中占80%以上的情况，游离性余氯消毒的投氯量都在折点以后，故也称折点消毒。有资料表明，化合性余氯的灭活细菌能力比游离性余氯低数十倍。在游离性余氯消毒中，有时为了消除水中有机物所产生的嗅和味，必须投加大量的氯，例如超过1520mg/L，这使得消毒后的水氯味很重，以致必须进一步进行脱氯处理才能饮用时，这种消毒方法称为过量氯消毒。在图3高台范围内的加氯量，由于反应产生有不良气味的二氯胺和三氯胺，故消毒中不采用。第五节氯胺消毒一、氯胺性质氯胺具有

23、下列消毒性质：可以有相对稳定的剩余消毒剂；加氯和加氨的先后次序随处理目的确定；对贾第鞭毛虫和病毒的消毒能力差；水中存在有机氮时，会生成消毒效果很差的有机氯胺。氯胺的化学性质是：不能氧化铁、锰、硫化物和颜色（色度引发物），不会像氯那样产生嗅味，对产生嗅味的化合物没有氧化作用；可以抑制原水管和水厂内的微生物生长，是有效的杀生物剂。氯胺消毒的优点是：1）水中含有有机物和酚时，氯胺消毒不会产生氯臭和氯酚臭，避免加氯引起的臭味问题；2）大大减少THMs产生的可能性，这是近10年来许多水厂改用氯胺消毒的主要原因；3）稳定性高，在管网中的持续时间长，能更有效地控制管网中细菌的细菌繁殖，适用于供水管网较长的情

24、况。一般，当原水中有机物和氨氮浓度较高，配水系统中有细菌再生长可能，以及要求减轻氯酚臭味的情况下，应用氯胺消毒还是有它的优点。氯胺还可作为一种辅助的消毒形式来使用，这特别指在以臭氧为消毒剂的情况。因为臭氧在很短时间内即消失，为了防止管网中的残余细菌再生长，当处理厂内水经臭氧消毒后，可另加氨和氯，进行一次氯胺处理，使管网中有以氯胺形式存在的余氯。如果管线很长，游离性余氯难以保证管线末梢的余氯量时，同样也可采用这种辅助性氯胺消毒方式。由于水中已经存在次氯酸，另加氨就产生氯胺了。根据实测资料，当出厂余氯为0.4mg/L时，用氯胺消毒在距厂11km处仍能保持O.lmg/L的余氯。但用氯消毒时，同样的出

25、厂余氯量只能在8km处保持O.lmg/L的余氯。氯胺消毒的作用缓慢，杀菌能力比游离氯弱得多，从Ct值考虑，达到同样消毒效果时，在相同消毒剂浓度下，氯胺需要较长的接触时间，一般不少于2h。二、氯胺投加氯胺消毒是同时将氯和氨加到水中，可以是先加氯后加氨，也可以先加氨后加氯，还可以同时投加。先加氯后再加氨难以控制产生THMs的浓度。如果加氨目的主要是将全部游离余氯转化为化合性余氯（或氯胺），这时应先加氯后加氨。另外，如果加氯很久后才加氨，就会变成以游离余氯为主的消毒剂，氯胺为辅助消毒剂的情况。氯-氨比Cl：NH3-N的值随水中所含成分（主要是有机物）和水温而变化，实践中曾用过从1:1到12:1，一般

26、在2:1到5:1之间。大致说来，氯-氨比小于4:1时有剩余氨存在，可防止产生氯臭味。当水温低或以杀菌和维持余氯为主要目的时，氯和氨之比应大些，按各水厂的实际情况确定。表3是中国两处水厂的氯氨比数据表3氯胺消毒的氯氨比水温（C）0101120甲厂4:13:1乙厂5:14:121302:13:1加氨和加氯时应注意如下几点：1）氯和氨分别投加后，必须快速和完全的混合；2）水的pH值为7.08.3时两者生成氯胺的反应很快，反应时间约为2s。低pH值、低水温或混合条件不好时，会延缓生成氯胺，或者减慢反应速率，或者氯会和水中有机物发生副反应。3）氯-胺质量比为4:1时，约相当于1mol氯和1mol氨之比，

27、这时只生成一氯胺，消毒作用由化合余氯产生，不会生成THMs。氯-氨比为5:1时，达到了加氯的“折点”，如果要有游离余氯，通常要有6:1到10:1的质量比。去除臭味、消毒和控制THMs时的优化质量比必须通过半生产性试验。4）加氨过量将使硝化菌在水处理构筑物和配水系统中孳长，因而会影响供水水质。采用氯胺消毒时，除了注意氯和氨的质量比之外，还要控制投药的先后次序。一般先加氨，待其与水充分混合后再加氯，这样可以减少氯臭，特别当水中含酚时，这种投机顺序可避免产生氯酚恶臭。但当管网较长，注意目的是为了杀菌效果好和维持足够多的余氯，可先加氯后加氨。有些地方的原水含氨氮量变化很大，运行时必须及时控制加氯量，使氯氨比在合适的幅度内。第六节消毒剂投加点采用化学药剂（氯、二氧化氯等）消毒时，药剂投机位置有：滤池出水管中或清水池前投加；出厂水剩余消毒剂的补充投加（在二级泵房处）；为控制输水灌道和水厂构筑物内细菌和藻类生长，在水厂取水口或水处理流程的起端处预投加；配水管网中的补充投加等。预投加滤前投加滤后投加