次氯酸鈉除氨氮的原理是什么
閱讀:2090 發(fā)布時(shí)間:2023-7-3
1、什么是折點(diǎn)加氯法?
折點(diǎn)加氯法是用次氯酸或者次氯酸鹽,把水體中的氨氮氧化為氮?dú)獾募庸すに?。?dāng)然還可以把氯氣進(jìn)入水中,運(yùn)用歧化反應(yīng),生成次氯酸,隨后在將廢水中的NH3-N氧化成N2。
當(dāng)氧化劑添加水里后,水里氨氮會(huì)被首要氧化成一氯銨,隨后會(huì)被繼續(xù)氧化變?yōu)槎劝?、三氯銨,三氯銨不穩(wěn)定,會(huì)變?yōu)榈獨(dú)忉尫懦鰜?lái),這就是折點(diǎn)加氯法的反映基本原理和過(guò)程,氨的濃度降為零。當(dāng)氯氣進(jìn)入量超出該點(diǎn)時(shí),水里的游離氯便會(huì)增加。
當(dāng)添加的氧化劑做到足量時(shí),水里的氨氮濃度zui低標(biāo)準(zhǔn)(可是并非為零),同時(shí)水里余氯成分也是zui低標(biāo)準(zhǔn),超出這一點(diǎn)以后,水里余氯成分就剛開(kāi)始升高,因而該點(diǎn)稱(chēng)之為折點(diǎn),該狀況下的氯化稱(chēng)之為折點(diǎn)氯化。但在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)用折點(diǎn)加氯法往往存在折點(diǎn)、加氯量不好判斷的情況。
2、加氯量-余氯曲線(xiàn)
看懂加氯量-余氯曲線(xiàn),是用好折點(diǎn)加氯法的關(guān)鍵所在。在水的加氯處理中,加氯量與余氯的關(guān)系如下圖所示。曲線(xiàn)的x軸和y軸分別代表加氯量和余氯量,單位為mg/l。其中,水中的加氯量可分為需氯量和余氯兩部分。如圖所示:
需氯量是指用于殺死細(xì)菌、氧化有機(jī)物和還原性物質(zhì)所消耗的部分。
余氯是指為了抑制水中殘余細(xì)菌的再度繁殖,尚需維持的少量氯。
1、當(dāng)水中無(wú)細(xì)菌、有機(jī)物和還原性物質(zhì)等,需氧量為零,加氯量等于余氯量,如圖中所示的虛線(xiàn)L1,該線(xiàn)與坐標(biāo)軸成45度角。
2、當(dāng)水中含有細(xì)菌、有機(jī)物和還原性物質(zhì),但主要不是游離氨時(shí),需氧量OA滿(mǎn)足后就會(huì)出現(xiàn)余氯,如圖所示虛線(xiàn)L2,這條線(xiàn)與x軸交角小于45度,其原因?yàn)椋?/span>
水中有機(jī)物與氯作用的速度有快慢。在測(cè)定余氯時(shí),有一部分有機(jī)物尚在繼續(xù)與氯作用中。
水中余氯有一部分會(huì)自行分解,如次氯酸由于受水中某些雜質(zhì)或光線(xiàn)的作用,產(chǎn)生如下的催化分解:2HOCl=2HCl+O2。
3、當(dāng)水中的有機(jī)物主要是氨和氮化合物,情況比較復(fù)雜。
當(dāng)起始的需氧量OA滿(mǎn)足后,加氯量增加,剩余氯也增加(曲線(xiàn)AH段),但后者增長(zhǎng)得慢一些。超過(guò)H點(diǎn)加氯量后,雖然加氯量增加,余氯量反而下降,如HB段,H點(diǎn)稱(chēng)為峰點(diǎn)。此后隨著加氯量的增加,剩余氯又上市,如BC段,B點(diǎn)稱(chēng)為折點(diǎn)。
a、在曲線(xiàn)OA段,表示水中雜質(zhì)把氯消耗光,余氯量為零,需氯量為b,這時(shí)雖然也能殺死一些細(xì)菌,但消毒效果不可靠。
b、在曲線(xiàn)AH段,加氯后,氯與氨發(fā)生反應(yīng),有余氯存在,所以有一定消毒效果,但余氯為化合性,其主要成分是一氯氨。氯和氨發(fā)生如下反應(yīng):NH3+HClO=NH2Cl+H2O。
此時(shí)隨著加氯量的增加,化合氯成比例增加,水中氨氮逐漸減少,當(dāng)加氯量達(dá)到H點(diǎn)時(shí),水中的氨降至零,化合性余氯升至最高。
c、在曲線(xiàn)HB段,仍然產(chǎn)生化合性余氯,加氯量繼續(xù)增加,會(huì)發(fā)生如下反應(yīng):2NH2Cl+HClO=N2↑+H2O+3HCl。
反應(yīng)結(jié)果使氯胺被氧化成一些不起消毒作用的化合物,余氯量反而逐漸減少,最后到達(dá)折點(diǎn)B。
d、在曲線(xiàn)BC段,超過(guò)折點(diǎn)B后,已經(jīng)沒(méi)有消耗氯的雜質(zhì)了,出現(xiàn)自由性余氯,該段消毒效果好。
由此可見(jiàn)水中含有氨氮時(shí),加氯量-余氯曲線(xiàn)是一條折線(xiàn),此時(shí)對(duì)應(yīng)的加氯法稱(chēng)為折線(xiàn)加氯法。
3、氨氮含量與加氯量、加氯點(diǎn)的關(guān)系
一般情況下, 當(dāng) pH值在7左右, 采用折點(diǎn)加氯時(shí),一氯胺、二氯胺、三氯胺同時(shí)存在。其中,產(chǎn)生的化合余氯成分以一氯胺為主,二氯胺和三氯胺少量存在(不影響分析),因此,在實(shí)踐操作中為簡(jiǎn)化分析計(jì)算,常常將化合余氯看作一氯胺。
假設(shè)水中雜質(zhì)的耗氧量為b(mg/l),即曲線(xiàn)OA段的耗氧量為b(mg/l),水中余氯控制目標(biāo)值為a(mg/l)。
如水中含無(wú)氨氮,采用游離加氯法。當(dāng)加氯點(diǎn)為Y時(shí)(如圖所示),所需加氯量y=b+1.35a(mg/l)。
如水中含有c(mg/l)氨氮,采用折點(diǎn)加氯法,加氯量需分情況討論:
1、當(dāng)加氯點(diǎn)被控制在AH段的Y1時(shí),所需加氯量y1=b+1.38a(mg/l)。
需要說(shuō)明的是,為確保加氯點(diǎn)能被控制在AH段的Y1點(diǎn),水中氨的含量必須滿(mǎn)足條件:c不小于0.33a(mg/l)。
2、當(dāng)加氯點(diǎn)被控制在HB段的Y2點(diǎn)時(shí),所需加氯量y2=b+4.18c+1.034*(3.03c-a)(mg/l)。
需要說(shuō)明的是,加氯點(diǎn)被控制在HB段的Y2點(diǎn),在AH段氨與氯氣反應(yīng),水中的氨全部被消耗掉。
3、當(dāng)加氯點(diǎn)被控制在BC段的Y3點(diǎn)時(shí),所需加氯量y3=b+7.31c+1.35a(mg/l)。
綜上所述,加氯量的大小與水中的雜質(zhì)含量、氨氮含量、余氯的控制目標(biāo)值和所選擇的加氯點(diǎn)有關(guān)。
當(dāng)水中雜質(zhì)含量一定,余氯的控制目標(biāo)相同時(shí),水中無(wú)氨氮時(shí)的加氯量要比有氨氮時(shí)的加氯量低,也就是說(shuō)氨氮會(huì)引起加氯量的增加,增加量主要取決于加氯點(diǎn)的位置。
如果水中含有氨氮,就采用折點(diǎn)加氯,從余氯-加氯量曲線(xiàn)可知,對(duì)應(yīng)同一個(gè)余氯值,可能存在三個(gè)不同的加氯點(diǎn),這三個(gè)加氯點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)的加氯量有很大差別。
實(shí)踐表明,在曲線(xiàn)BC段Y3點(diǎn)采用游離氯消毒的加氯量,要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在AH和HB段Y1、Y2點(diǎn)采用化合氯消毒的加氯量。
通常Y3點(diǎn)的加氯量可達(dá)到Y(jié)1點(diǎn)加氯量的2~3倍,為減少加氯量,折點(diǎn)加氯時(shí)的加氯點(diǎn)應(yīng)選擇在加氯量-余氯曲線(xiàn)的AH段,此時(shí)的余氯是化合氯。
4、關(guān)于折點(diǎn)加氯的常見(jiàn)問(wèn)題
1、冬季水中氨氮增加,加氯點(diǎn)應(yīng)該怎么控制?
在冬季枯水期,水中氨氮的含量會(huì)急劇增加。這時(shí)候如果選用游離氯消毒,加氯量會(huì)迅速增加,加氯量可能達(dá)到平時(shí)的2倍以上。
此時(shí)應(yīng)該考慮改變加氯點(diǎn),采用化合余氯消毒法,將加氯點(diǎn)控制在加氯量-余氯曲線(xiàn)的AH段。
2、在改變加氯點(diǎn)(游離氯轉(zhuǎn)化為化合氯)的過(guò)程中,需要注意哪些問(wèn)題?
1、若出現(xiàn)既檢測(cè)不到游離氯又檢測(cè)不到化合性氯的現(xiàn)象。不要認(rèn)為是加氯量太少。
此時(shí)加氯點(diǎn)正好落在曲線(xiàn)的底部的折點(diǎn)B附近,應(yīng)進(jìn)一步減小加氯量,待加氯點(diǎn)前移到曲線(xiàn)的AH或HB段后,就可以檢測(cè)到化合性氯。
2、當(dāng)加氯點(diǎn)在曲線(xiàn)的AH或HB段時(shí),采用化合性氯消毒,如果水中氨氮量足夠高,一般情況下檢測(cè)不到游離氯。
3、采用自動(dòng)方式投加氯,先將加氯設(shè)備切換到手動(dòng)狀態(tài),再進(jìn)行上述轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成且加氯穩(wěn)定后,如果余氯分析儀檢測(cè)不到化合性余氯,需調(diào)整余氯分析儀的量程,檢測(cè)到化合余氯值并進(jìn)一步將其校準(zhǔn)后,便可投入自動(dòng)加氯。
3、采用化合性氯消毒以后,原水中氨氮量的逐漸減少,化驗(yàn)人員檢測(cè)水中余氯時(shí),會(huì)檢測(cè)到游離性余氯,且游離性余氯值越來(lái)越大,化合性余氯值越來(lái)越小,甚至不能將化合氯控制到目標(biāo)值,這時(shí)應(yīng)將加氯點(diǎn)調(diào)至曲線(xiàn)BC段,改用游離氯消毒。
3、為什么化合余氯指標(biāo)要比游離氯指標(biāo)高?
化合性氯比游離氯的消毒效果差,消毒所需時(shí)間長(zhǎng)。因此為達(dá)到較好的消毒效果,在實(shí)際工作中通常要把化合余氯指標(biāo)定的比游離氯指標(biāo)高些。
除此之外,考慮到化合余氯消毒效果與水溫強(qiáng)相關(guān),水溫低時(shí)消毒效果會(huì)減弱,因此在冬季時(shí)也應(yīng)將化合余氯值控制的高些。
4、采用化合余氯消毒時(shí),應(yīng)該按照哪些步驟來(lái)調(diào)整和確定加氯點(diǎn)?
由于Y3點(diǎn)加氯量可達(dá)到Y(jié)1點(diǎn)加氯量的2~3倍,常需要改變加氯點(diǎn)。
1、先減少加氯量(可減少一半),檢測(cè)到一個(gè)穩(wěn)定到化合性余氯值a1,并作好記錄;
2、再適當(dāng)減少加氯量,檢測(cè)到另一個(gè)穩(wěn)定的化合性余氯值a2,比較上述兩次的檢測(cè)結(jié)果;
3、如果a1>a2,說(shuō)明加氯點(diǎn)在曲線(xiàn)AH段,此時(shí)只要微調(diào)加氯量,將余氯控制在目標(biāo)值,如果調(diào)節(jié)加氯量后,化合余氯值仍達(dá)不到控制目標(biāo)值,則是因?yàn)樗邪钡刻?,這時(shí)不宜采用化合余氯消毒;
4、如果a1<a2,說(shuō)明加氯點(diǎn)在曲線(xiàn)的HB段,需進(jìn)一步減少加氯量,直到a1>a2,使加氯點(diǎn)落在曲線(xiàn)的AH段,再按步驟(b)將余氯控制在目標(biāo)值。
5、如果氨氮含量很小,該如何達(dá)到余氯控制值?
由于工業(yè)和生活污水的污染,原水中含有一定量的氨氮,在對(duì)原水進(jìn)行加氯消毒時(shí),我們采用折點(diǎn)加氯法。
在氨氮的含量很小情況下,為達(dá)到余氯控制值,只能選擇游離氯消毒,此時(shí)加氯點(diǎn)在加氯量-余氯曲線(xiàn)BC段。