供水管网中余氯衰减机理和模型探究

《供水管网中余氯衰减机理和模型探究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、供水管网中余氯衰减机理和模型探究【摘要】国内外相关学者对余氯衰减机理及衰减模型进行了大量的研究，发现余氯消耗主要发生在主体水以及管壁表面。余氯在主体水中主要和水中的有机、无机物反应：水中的无机物主要与余氯发生化学和电化学反应，水中有机物与余氯发生的反应比较复杂，主要和水中NOM的组分有关。管壁表面余氯主要与存在的细菌膜和腐蚀瘤进行反应，其反应机理比较复杂，其影响因素较多。此外，余氯在主体水中的主要衰减模型有经验模型、一级动力学衰减模型、二级组合动力学衰减模型、n级模型（19时，0C1-接近100%。生产实践表明［4］:pH值越低，相同

2、条件下，消毒效果越好，虽然低pH值有利于提高氯的杀生效果，但却加快了冷却水系统金属的腐蚀速度。为此，选择用氯作杀生剂时pH值控制在6.5〜7.5为宜此外，当地表水源中含有一定的氨氮（NH3-N）时，H0CI会与其反应生成各种氯胺。Jafvert等详细研究了氯与氨在水溶液中的一系列反应，并把反应分成：置换/水解反应、氯胺之间的歧化反应、氧化还原反应、电解平衡反应4类14个反应［5］。另外当水中含有溴离子时，次氯酸会将其氧化成次溴酸，其性质与次氯酸类似，也具有消毒作用，只是消毒效果比次氯酸弱。1.2氯衰减动力学1.2.1余氯在水中与有机物

3、反应氯加入水中后与水中的有机物和无机物等反应，开始减少，我们称之为衰减。水进入配水管网后，残留在水中的氯称为余氯。余氯可分为自由性余氯(freechlorine)和化合性余氯(combinedchlorine)。前者是指HCI0和的浓度，后者指氯胺和各种有机氯的浓度。起消毒作用的主要是自由性余氯，一氯胺也有缓慢的消毒作用。水中N0M的成分和分子结构非常复杂，就连研究最为普遍和深入的腐殖酸结构也还处于假设阶段。目前国际上普遍接受的N0M的结构形式是Steelink结构和TNB结构。另外管网中还存在无机反应物、生物膜，管壁腐蚀瘤等许多耗氯

4、物质，所以我们很难掌握相应的反应机理。为了简化反应过程，可以引入等价反应物R的概念建立综合反应式：C12+R—DBPs(4)余氯的衰减速率可以表示为：■=-kccB(5)天然有机物(N0M)广泛存在于地表水和浅层地下水中，是由种类、分子量尺寸、结构功能团等不同的有机物组成的一类非常复杂的混合物。N0M中的不同组分在水处理工艺中的物理、化学、生物化学行为各不相同，与余氯反应、形成DBPs的种类和能力也存在很大差异［6-7］。国内外常采用1981年Leenheer［8］提出的XAD-8树脂-阳离子交换树脂(AG-MP-50)-阴离子交换树

5、脂(A-7)联用分离技术，将NOM分成了疏水酸性物质(HPOA)、疏水碱性物质(HPOB)、疏水中性物质(HPON)和亲水酸性物质(HPIA)、亲水碱性物质(HPIB)及亲水中性物质(HPIN)这6种极性和酸碱性不同的有机组分。一些研究认为，疏水性有机物组分是导致余氯消耗、生成DBPs的主要物质，但在一些水源中亲水性组分对DBPs的生成也不容忽视。BunyaritPanyapinyopol等［9］的实验数据得出，HHB在DBPs的生成过程中起重要作用；MarhabaTF［10］和JinfengLu［11］等的研究表明HPIA对THMs

6、的贡献最大；CroueJP等［12］对Suwannee河流进行研究，虽然HPIA的DOC含量较小(0.23mg/L)，但是HAAs的生成潜能最大。Huang等［13］的研究表明，在疏水性组分所占比例较小的水源中，亲水性有机物对余氯消耗起着很重要的作用。因而对于不同的水源，要采用不同处理技术有针对性地去除不同类别的N0M组分，从而更好地控制余氯衰减及DBPs的生成。1.2.2余氯在水中与无机物反应在旧金属管道中，管壁的腐蚀可能在余氯的消耗上起了很大的作用。氯在水中发生“歧化”反应，当pH值小于7.5时，次氯酸(H0C1)是占优势的物种。

7、因为普通自来水的pH值在6.5至7.5之间，所以在阴极发生还原反应的是次氯酸(HOCl)o对于余氯所导致的腐蚀，其反应方程式为:6HC10+5Fe=3FeC12+2Fe(OH)3EBB=1.14(V)(6)其中FeC12是一种腐蚀生成物，它能够发生水解反应，其反应方程式为：FeC12+2H20=Fe(OH)212H++2C1-(7)所生成的氢离子和氯离子刺激了铁的溶解，腐蚀过程随时间而加速进行，整个腐蚀过程具有一种“自催化”的性质。在腐蚀过程中，余氯的浓度随温度和电动势的变化而变化，电动势值与管材、管道的年代及管壁表面的粗糙系数有关。

8、对于某一确定的管道，电动势值是一个定值。因此余氯在腐蚀过程中的消耗量可以用式(8)表示：W=H=H10H(kB=8398.73AE)(8)此外，次氯酸还能与锰、硫化物和氮等发生氧化还原反应，其化学反应方程式如下[14]: