一種控制水中氯代含氮消毒副產(chǎn)物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種控制水中氯代含氮消毒副產(chǎn)物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 飲水安全是關(guān)乎千家萬(wàn)戶的重大民生問(wèn)題，飲用水消毒是保障飲水安全不可或缺 的處理措施，被廣泛采用的氯消毒工藝可有效殺滅細(xì)菌病毒，但也會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害的消 毒副產(chǎn)物(DBPsMO年來(lái)，S氯甲燒等含碳消毒副產(chǎn)物(C-DBPs)已得到大量研究和報(bào)道。然 而，由于世界人口的持續(xù)增長(zhǎng)、工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展W及對(duì)環(huán)境問(wèn)題認(rèn)識(shí)和管理的缺乏，全球 水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益嚴(yán)重，我國(guó)亦不例外，污染物排放量超過(guò)受納水體環(huán)境容量，部分水 源地水質(zhì)惡化，水源水中溶解性有機(jī)氮(DON)水平升高，且部分DON化合物(氨基酸等)親水 性強(qiáng)，無(wú)法通過(guò)混凝、沉淀和過(guò)濾等常規(guī)凈水工藝去除，從而與后續(xù)消毒時(shí)所投加的消毒劑 (氯等)反應(yīng)生成含氮消毒副產(chǎn)物(N-DBPs)。研究表明，N-DBPs的毒性遠(yuǎn)高于S氯甲燒(TCM) 等C-DBPs,且普遍存在于水廠氯消毒后的出水中，對(duì)人們的飲水健康非常不利，成為目前國(guó) 際上市政、環(huán)境和公共衛(wèi)生領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)。
[0003] 目前得到較多關(guān)注的氯代N-DBPs主要包括：面代乙臘（HANs)、面代乙酷胺 (HAcAms)和面代硝基甲燒化醒3)^類。它們常Wiig/L的水平存在于氯化消毒（自由氯、氯胺 消毒等)后的飲用水中，且研究發(fā)現(xiàn)它們的慢性細(xì)胞毒性和急性遺傳毒性是THMs的數(shù)百至 數(shù)千倍，嚴(yán)重危害人們的飲水健康。HANs、HNMs和HAcAmsS類面代N-DBPs都包括氯代、漠代 和艦代=類，其中氯代N-DBPs在氯化消毒后的飲用水中的濃度水平最高，因此，需要加 W重 視和控制。氯代類HANs包括二氯乙臘(DCAN)和S氯乙臘(TCAN)，氯代類HAcAms包括二氯乙 酷胺(DCAcAm)和S氯乙酷胺(TCAcAm)，氯代類HNMs包括二氯硝基甲燒(DCNM)和S氯硝基甲 燒(TCNM)。氯代N-DBPs的結(jié)構(gòu)如下所示：
[0004]
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種控制水中氯代含氮消毒副產(chǎn)物的 方法，該方法從源頭控制角度入手，利用強(qiáng)氧化性的硫酸根自由基來(lái)高效去除氯代N-DBPs 的前體物，并針對(duì)硫酸根自由基氧化后可能造成后續(xù)氯化消毒=氯甲燒濃度增高的問(wèn)題， 增加快速曝氣措施，可W同時(shí)達(dá)到去除氯代N-DBPs和S氯甲燒的目的；較同等效果的N-DBPs控制技術(shù)成本低、易于實(shí)現(xiàn)、便于管控、無(wú)二次污染，提高了飲用水的安全性，保障了人 們的飲水健康。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[000引一種控制水中氯代含氮消毒副產(chǎn)物的方法，包括W下步驟：
[0009] 首先，控制水樣的pH值，采用紫外光照射處理，并同時(shí)投加過(guò)硫酸鹽或過(guò)硫酸氨 鹽，然后進(jìn)行氯化消毒，最后進(jìn)行曝氣處理，得到去除了水中氯代含氮消毒副產(chǎn)物的水樣。
[0010] 所述水樣為飲用水。
[0011] 所述pH值為6-10,采用濃硫酸、氨氧化鋼、憐酸鹽緩沖溶液中的至少一種控制pH 值。
[0012] 所述紫外光的波長(zhǎng)為180~290加1，照射劑量為15~600mJ/cm2,照射時(shí)間為1~ 30min，所述紫外光采用低壓隸燈、中壓隸燈、高壓隸燈、氣燈、面燈中的至少一種來(lái)提供紫 外光，紫外燈的布置方式采用懸空福照式，紫外燈與水體的距離不大于100cm。
[0013] 所述過(guò)硫酸鹽為過(guò)硫酸鋼、過(guò)硫酸鐘、過(guò)硫酸錠中的至少一種。
[0014] 所述過(guò)硫酸氨鹽為過(guò)硫酸氨鐘、過(guò)硫酸氨鋼、過(guò)硫酸氨錠中的至少一種。
[0015] 所述過(guò)硫酸鹽或過(guò)硫酸氨鹽的投加量為10~200mg/L。
[0016] 所述氯化消毒是投加次氯酸鹽溶液或液氯進(jìn)行消毒，優(yōu)選的，所述次氯酸鹽為次 氯酸鋼。
[0017] 所述氯化消毒中有效氯的濃度為5~30mg/L。
[0018] 所述氯化消毒在試驗(yàn)時(shí)投加脫氯試劑終止氯化反應(yīng)，所述脫氯試劑優(yōu)選為抗壞血 酸、亞硫酸鋼、硫代硫酸鋼中的至少一種。
[0019] 所述曝氣處理的流量為2~60LA，曝氣時(shí)間為1~lOmin。
[0020] 所述曝氣處理采用的曝氣裝置為小型氣累鼓吹空氣曝氣，曝氣氣源采用空氣。
[0021] 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0022] 本申請(qǐng)從源頭控制的角度去解決飲用水中的消毒副產(chǎn)物問(wèn)題。目前N-DBPs的控制 方法可W概括為S個(gè)方面：（1)源頭控制：消毒之前去除水中N-DBPs的前體物質(zhì)，消毒時(shí)所 投加的消毒劑(氯和氯胺等)便無(wú)法與前體物質(zhì)反應(yīng)生成N-DBPs"(2)過(guò)程控制:主要是通過(guò) 改變消毒工藝參數(shù)或消毒方式來(lái)降低N-DBPs在消毒過(guò)程中的形成。改變消毒工藝參數(shù)，即 是在保證消毒殺菌效果的基礎(chǔ)上，可W通過(guò)降低消毒劑的使用量等參數(shù)的方式，來(lái)降低N-DBPs的形成;改變消毒方式，即是替換現(xiàn)有消毒工藝或在現(xiàn)有消毒工藝的基礎(chǔ)上增加新的 消毒工藝。（3)末端控制:對(duì)已經(jīng)形成的N-DBPs進(jìn)行去除。
[0023] 從末端控制角度對(duì)已生成的氯代HMs和HAcAms等N-DBPs開展控制，在一定程度上 可W有效消減它們的濃度，但在前體物和余氯存在時(shí)無(wú)法抑制其再度生成。因此，末端控制 可能是治標(biāo)不治本的方法。
[0024] 對(duì)于過(guò)程控制，有一些研究考察了不同消毒劑量、反應(yīng)時(shí)間和溶液pH等因素對(duì)氯 代N-DBPs的過(guò)程控制效果，在特定消毒條件和方式下，可W控制某類N-DBPs的形成，但同時(shí) 也造成了另外一類N-DBPs的產(chǎn)生。
[0025] 因此，在消毒之前，結(jié)合水廠實(shí)際情況，通過(guò)增加預(yù)處理措施來(lái)高效去除N-DBPs前 體物，從而實(shí)現(xiàn)氯代N-DBPs的源頭控制，是一種行之有效的N-DBPs控制方法。
[0026] 本申請(qǐng)通過(guò)利用紫外福照激活過(guò)硫酸鹽(過(guò)硫酸鋼)產(chǎn)生高氧化性的硫酸根自由 基來(lái)去除氯代N-DBPs前體物。紫外福照過(guò)硫酸鹽所產(chǎn)生的硫酸根自由基具有很高的氧化電 位，能高效地氧化去除氯代N-DBPs前體物，從而抑制了后續(xù)氯化消毒過(guò)程中氯代N-DBPs的 形成。
[0027] 本申請(qǐng)針對(duì)硫酸根自由基氧化后可能造成后續(xù)氯化消毒=氯甲燒濃度增高的問(wèn) 題，增加快速曝氣，可W同時(shí)達(dá)到去除氯代N-DBPs和S氯甲燒的目的。硫酸根自由基的高氧 化性可能會(huì)破壞水體中的溶解性有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，繼而造成后續(xù)氯化消毒過(guò)程中=氯甲燒濃 度的增高。由于=氯甲燒具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，通過(guò)快速曝氣，可W降低水體中=氯甲燒的濃 度，從而達(dá)到同時(shí)去除氯代N-DBPs和S氯甲燒的目的。本申請(qǐng)的方法對(duì)紫外光的要求不高， 不會(huì)產(chǎn)生高昂的能源費(fèi)用;所采用的化學(xué)藥劑價(jià)格便宜，對(duì)水質(zhì)感官不會(huì)產(chǎn)生影響;曝氣裝 置簡(jiǎn)單易行，采用空氣氣源，經(jīng)濟(jì)適用，所用反應(yīng)器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，使用方便，能有效控制氯代N-DBPs的形成，并能有效減少后續(xù)氯化消毒過(guò)程中S氯甲燒的量。因此，是一項(xiàng)安全、高效、經(jīng) 濟(jì)的控制飲用水中氯代含氮消毒副產(chǎn)物的方法。
【附圖說(shuō)明】
[002引圖1是本發(fā)明實(shí)施例1實(shí)施控制水中氯代含氮消毒副產(chǎn)物的方法的結(jié)果示意圖。
[0029] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例2實(shí)施控制水中氯代含氮消毒副產(chǎn)物的方法的結(jié)果示意圖。
[0030] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例3實(shí)施控制水中氯代含氮消毒副產(chǎn)物的方法的結(jié)果示意圖。 [0031 ]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1實(shí)施控制水中氯代含氮消毒副產(chǎn)物的方法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0033] 實(shí)施例1
[0034] -種控制飲用水中氯代含氮消毒副產(chǎn)物的方法(如圖4所示，圖4是本發(fā)明實(shí)施例1 實(shí)施控制水中氯代含氮消毒副產(chǎn)物的方法的工藝流程圖。），通過(guò)W下步驟實(shí)現(xiàn):將初始溶 解性有機(jī)氮濃度為〇.5mg/L左右的實(shí)際水體抑控制為6,采用濃硫酸溶液調(diào)節(jié)pH，采用波長(zhǎng) 為ISOnm的低壓隸燈紫外光進(jìn)行照射處理，紫外光的照射劑量為500mJ/cm 2,照射時(shí)間為 Imin,紫外燈的布置方式采用懸空福照式，紫外燈與水體的距離不大于100cm，功率為15W; 同時(shí)，向水體中投加過(guò)硫酸鋼，過(guò)硫酸鋼的投加量為200mg/L，紫外光激發(fā)過(guò)硫酸鋼產(chǎn)生高 氧化性的硫酸根自由基，對(duì)氯代N-DBPs的前體物進(jìn)行氧化去除，從而抑制后續(xù)氯化消毒過(guò) 程中氯代N-DBPs的形成;然后進(jìn)行氯化消毒，消毒時(shí)將水樣移至40mL的棟色安培瓶中，投加 9. Img/L的有效氯，即化ClO溶液(使用時(shí)將其稀釋到有效氯含量為lOg/L左右作為母液，并 置于棟色試劑瓶中在4 °C下避光保存）。待氯投加后，立即用帶有聚四氣乙締墊片的螺旋蓋 密封，充分混合后，存放于恒溫箱中避光反應(yīng)24h并保持溫度為24 ± TC。24h反應(yīng)結(jié)束后，投 加 1.6mg/L的抗壞血酸終止氯化反應(yīng)，氯化消毒步驟完成。然后進(jìn)行曝氣，去除可能增加的 =氯甲燒等揮發(fā)性強(qiáng)的消毒副產(chǎn)物。曝氣裝置采用小型氣累鼓吹空氣曝氣，曝氣氣源采用 空氣，曝氣的流量采用60LA，曝氣時(shí)間為5min。
[0035] 消毒副產(chǎn)物測(cè)定方法:首先是將曝氣后的水樣進(jìn)行液液萃取操作，將水樣過(guò)0.45y m微孔濾膜，向水樣中投加抗壞血酸，W消去水中余氯(抗壞血酸的投加量[W摩爾濃度計(jì)] 是水中余氯的2~3倍），再向放有20mL水樣的試管中投加4g無(wú)水硫酸鋼，置于試管振蕩器上 振蕩Imin,使得無(wú)水硫酸鋼充分溶解，水樣液面有所上升。之后投加