有效氯是指在水中加入含氯消毒剂可产生的具有氧化能力的氯含量。
有效氯与水接触一定时间后,除了与水中的细菌、微生物、有机和无机物质相互作用外,还会消耗一部分氯,留下一部分氯,称为余氯。
总氯为游离余氯(Cl2,HClO,ClO-)和化合物余氯(NH2cl,NHCl2,NCl3),我们通常称余氯为游离余氯。
加氯消毒剂后,既要保证出厂水的微生物指标能够达到要求,又要保持一定的余氯值,避免管网输送过程中微生物的滋生,实现健康饮水。《生活饮用水卫生标准》 GB 5749-2006对饮用水中的余氯和总氯作了如下要求:
自由余氯:与水接触时间至少30分钟,出厂水余氯值0.3毫克/升,出厂水限值4毫克/升,管网末端水余含量0.05毫克/升;
总氯:与水接触时间至少120分钟,出水总氯值0.5毫克/升,出水限值为3毫克/升,管网末端水余含量 0.05毫克/升。
自由余氯杀菌的5min原理是高氧化性的HClO和ClO-侵入细菌并到达细菌内部,它们的氧化会破坏细菌酶系统,从而达到杀灭细菌的目的。免费余氯杀菌效果快。根据静态实验结果,自由余氯杀菌可在5分钟内杀死99%以上的细菌。但组合余氯的氧化能力较弱,杀菌速度不如游离余氯,5分钟内可杀死60%的细菌。然而,通过增加组合余氯的浓度或延长杀菌时间,保证一定的ct值,可以达到同样的杀菌效果。水厂清水池一般停留时间在2小时以上。使用复合余氯进行消毒时,可以保证杀菌效果。
水中氯的添加可分为两部分,即氯需求量和余氯氯需求量,氯需求量是指杀死细菌、氧化有机物和还原物质所消耗的部分。余氯指的是抑制细菌生长的部分。
当水体主要受细菌、有机物和还原性物质污染,没有氨氮和氮化合物污染时,加入含氯消毒剂(不含二氧化氯)后,余氯主要为游离余氯,氯用量与余氯的关系如图1所示:
当水中存在氨氮或含氮有机物时,加入含氯消毒剂(不含二氧化氯)后,细菌和还原性物质先消耗一部分氯(OA段),再与氨氮等含氮物质反应生成一氯胺(AH段,合并余氯)。当氯用量继续增加时,结合余氯转化为氮(HB段),当用量继续增加时,自由余氯(BC段)将开始出现。游离余氯比组合余氯氧化更强,杀菌速度比组合余氯快。但在保证CT值(杀菌时间和浓度)的情况下,完全可以达到杀菌效果,保证饮用水安全。因此,当水中存在氨氮和含氮有机物,影响正常加氯时,建议控制出厂水中的总氯,既能减少加氯量,保证出厂水中总氯的稳定,又能避免加氯量增加产生消毒副产物。