关于供水管道内余氯消耗机理的探讨

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1、关于供水管道内余氯消耗机理的探讨!齐晶瑶李欣赵洪宾提要在考虑了余氯与管道水中有机物和无机物反应，与管壁附着的细菌膜反应，以及管壁腐蚀导致的余氯消耗及管壁与水流之间余氯的质量传输等影响因素基础上，建立了余氯在配水管道中的消耗动力学方程。结合配水管网的水力分析与计算，给出了配水管网中余氯浓度的计算公式。该模型经实际的配水管网应用证明，计算值与观测值有较好的一致性。关键词余氯配水管网动力学模型0前言水中的有机物和无机物的反应）；第二项代表因管壁氯是给水处理中使用最广泛的消毒剂，在水中腐蚀所导致的氯消耗；第三项代表氯在管壁上的消维持一定量的

2、余氯，不仅可以抑制水中的细菌再繁耗（与管壁附着的细菌膜的反应及在管壁与水流之殖，而且可作为预示受到二次污染的信号。由于配间余氯的质量传输）。水管网的复杂性及余氯消耗反应的不确定性，准确1.1在管道水中余氯的消耗地预测余氯在管网中每个节点的浓度分布是十分困余氯在管道水中的消耗可以用下列通式表示：难的。但为确保输送高质量水，必须了解余氯在管Cl2+P"产物（2）网中的消耗模式。本文对配水管网内余氯消耗的动式中Cl———自由性余氯；2力学机理进行了理论分析，建立了余氯消耗的动力P———在管道水中所有与氯反应的物质。学模型，并在实际配水管网

3、中对模型进行了验证。假设式（2）是一个简单反应，根据质量作用定1余氯消耗的动力学机理研究律，氯的消耗速率可以写成：余氯在管网中的消耗受到许多因素的影响，而d［Cl2］这些影响因素引起余氯的消耗概括起来包括［1!3］：［Cl2］［P］（3）d（1）与管道水中有机物和无机物的反应；（2）与管壁在管道水中与余氯反应的有机物和无机物的浓附着的细菌膜的反应；（3）在管壁腐蚀过程中的消度［P］应远远大于余氯的浓度，因此可以将［P］看作耗；（4）在管壁与水流之间余氯的质量传输。一个常数，定义余氯在管道水中衰减的速率常数，b基于上述余氧消耗的几个主

4、要方面，余氯在水=［P］，这表明式（2）的反应是一个准一级反应，它管中的衰减可以表示为：可以写成：df（）（1）d［Cl2］dbhwb［Cl2］（4）d式中b———管道水中余氯浓度减小的速率系数；根据阿仑尼乌斯（Arrhenius）经验公式：f———传质系数；dlnbEA（5）dT2h———水力半径；RT———在管道水中余氯的浓度；式中EA———表观活化能，一般可将它看成与温度无w———管壁上余氯的浓度；关的常数；———管壁腐蚀所导致的余氯消耗。T———温度；式（1）右边第一项代表氯在管道水中的消耗（与R———气体常数。如果已知两个

5、任意温度下的速率常数值，将b!国家自然科学基金资助项目（59678018）。它们代入式（5），即可求出反应的表观活化能，也就66给水排水Vol.26No.82000可以求出任意其它温度下的速率常数值。得越快。b余氯在管道水中衰减的半衰期可由式（6）求得：1.2管壁腐蚀所导致的余氯消耗0.6932氯在水中发生“歧化”反应，当p~!7.5时次氯（6）1／2b酸（~ClO）是占优势的物种［4］。因为普通自来水的为了确定值，须做烧杯试验，在本文所研究bp~=70.5，所以在阴极发生还原反应的是次氯酸实际管网的配水池处，取试样水。水样数据为：

6、（1）（~ClO）。对于余氯所导致的腐蚀，在阳极铁发生氧温度=20.7C；（2）p~=6.7；（3）TOC=2.04mg／L；化反应：（4）［Cl2］=0.36mg／L。试样水被放入两个棕色的负极fe-2e=fe2+0=0.44（V）（7）!25玻璃瓶中，整个试验过程中，玻璃瓶瓶口用实验室用在阴极发生还原反应：薄膜（Laboratory-film）密封，一个玻璃瓶被放入低温正极3~ClO+fe2++5e=3Cl-+fe（O~）3恒温箱中，恒温在20C；另一个玻璃瓶被放入高温0=1.58（V）（8）!25恒温箱中，恒温27C。一天两次

7、（每121）测定两个5>式（7）+2>式（8）可得完整的腐蚀电池反玻璃瓶中余氯的浓度，所得数据见图1。应：6~ClO+5fe=3feCl2+2fe（O~）3025=1.14（V）（9）feCl2是其中一种腐蚀生成物，它能发生水解：feCl+2~O=fe（O~）"+2~++2Cl-（10）222所生成的氢离子和氯离子刺激了铁的溶解，腐蚀随时间而加速进行，整个腐蚀过程具有一种“自催化”的性质。式（9）的电动势可以由Nernst方程求出：0ln［~ClO］6（11）图1余氯浓度随时间变化值式中———腐蚀电池的电动势；图1中，对这些试验数据

8、符合最好的一级衰减0———标准电动势；反应速率常数=0.39d-1，=0.88d-1。由b20b27———反应进行的摩尔数，也是电极反应中得式（5）求出表观活化能=84958.2]。表1给出失电子的数目；了不同温度下的反应速率常数值和