一種控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)，包括依次相連的過硫酸鹽活化裝置、高級氧化裝置、混凝沉淀裝置以及過濾處理裝置。所述的系統(tǒng)將水中的碘離子氧化成無毒無害的碘酸鹽，從而避免碘代消毒副產(chǎn)物的生成。所用的氧化劑為鐵鹽活化過硫酸鹽所產(chǎn)生的硫酸根自由基，利用其強氧化性來氧化碘離子。本實用新型所述的控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的系統(tǒng)，將水中的碘離子氧化成無毒無害的碘酸鹽，并同步去除前體有機前體物，從而避免碘代消毒副產(chǎn)物的生成。
【專利說明】
一種控制水中砩代消毒副產(chǎn)物的系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及一種控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的方法及系統(tǒng)，具體來說是一種鐵 鹽-過硫酸鹽高級氧化體系控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的的方法及系統(tǒng)，屬于水處理技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國用于飲用水消毒的方法主要有氯化消毒、二氧化氯消毒、紫外線消毒和臭氧 消毒。常用的氯消毒劑有液氯、漂白粉、漂白精片、次氯酸鈉等。在氯化消毒殺滅水中病原微 生物的同時，氯與水中的有機物反應(yīng)，產(chǎn)生一系列氯化消毒副產(chǎn)物。通常將水中能與氯形成 副產(chǎn)物的有機物稱為有機前體物。天然水中有機前體物主要以腐殖質(zhì)為主要成分，其次是 藻類及代謝產(chǎn)物、蛋白質(zhì)等。
[0003] 碘代消毒副產(chǎn)物（I-DBPs)是飲用水消毒過程中發(fā)現(xiàn)的一類暫未受控的新興高致 毒性消毒副產(chǎn)物，占總鹵代有機物(T0X)的1 %左右。早在1975年就有報道稱碘代三鹵甲烷 已經(jīng)被確認(rèn)為氯和氯胺消毒的副產(chǎn)物，但之后的研究一直僅關(guān)注碘代三鹵甲烷產(chǎn)生的不良 氣味和藥物口感對飲用水的影響，僅規(guī)定了其在飲用水中的嗅閾值范圍（0.02~5yg/L)。由 于缺乏完整的人群暴露的流行病學(xué)數(shù)據(jù)，以及不同國家飲用水加工工藝的差異，造成I-DBPS種類繁多和數(shù)量不一等狀況，世界衛(wèi)生組織、美國EPA、歐盟和我國未對碘代消毒副產(chǎn) 物在飲水中含量提出限量控制要求，也造成碘代副產(chǎn)物尚未引起人們的足夠重視。
[0004] 碘代副產(chǎn)物具有極強的細(xì)胞毒性和遺傳毒性，新近研究表明，碘代副產(chǎn)物的細(xì)胞 和遺傳毒性遠(yuǎn)高于溴代副產(chǎn)物(Bromo-DBPs)和氯代副產(chǎn)物(Chloro-DBPs)。三碘甲烷的細(xì) 胞毒性是三氯甲烷的146倍、三溴甲烷的60倍;碘乙酸的致突變性是二氯乙酸的500多倍，是 二溴乙酸的2.6倍，碘乙酸是迄今為止最具有基因毒性的消毒副產(chǎn)物，較低水平就可以影響 小鼠胚胎的發(fā)育。此外，碘代消毒副產(chǎn)物會導(dǎo)致飲用水具有不良?xì)馕逗退幬锟诟小ｈb于碘代 消毒副產(chǎn)物極高的毒性，且其尚未被列入水質(zhì)指標(biāo)的日常監(jiān)控范圍，一旦飲用水中出現(xiàn)碘 代副產(chǎn)物，將會對居民健康構(gòu)成更大的威脅。
[0005] 碘離子與消毒劑反應(yīng)的最終產(chǎn)物形態(tài)是影響碘代副產(chǎn)物形成的關(guān)鍵過程。在飲用 水消毒過程中，碘離子（I-)首先可與消毒劑或氧化劑反應(yīng)生成次碘酸(H0I)，H0I后續(xù)的反 應(yīng)路徑將決定碘代副產(chǎn)物的生成情況。總體上看，有兩種主要路徑。途徑一為H0I與水中的 天然有機物(N0M)發(fā)生一系列復(fù)雜反應(yīng)而生成碘代消毒副產(chǎn)物，包括碘代酸和碘代甲烷兩 類，均具有較強的毒性;途徑二是H0I被進(jìn)一步氧化生成亞碘酸鹽(102_)以及碘酸鹽（103_)。 1-、10 2_、I03-均無法與天然有機物(N0M)直接反應(yīng)生成碘代消毒副產(chǎn)物，且最終產(chǎn)物碘酸鹽 與高致癌性物質(zhì)溴酸鹽不同，碘酸鹽可以在人體內(nèi)通過谷胱甘肽的作用迅速降解成被人體 甲狀腺所吸收的碘離子而對人體無害因此，如果能促成途徑二的反應(yīng)，即盡可能實現(xiàn)的將 碘離子向碘酸鹽的有效轉(zhuǎn)化，就可以避免碘代消毒副產(chǎn)物的生成。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型即是針對上述問題，提供一種控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的系統(tǒng)。
[0007] 具體來說，所述的控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的系統(tǒng)，包括依次相連的1)過硫酸鹽 活化裝置、2)高級氧化裝置、3)混凝沉淀裝置以及4)過濾處理裝置。
[0008] 進(jìn)一步的，所述過硫酸鹽活化裝置包括過硫酸鹽儲存池、鐵鹽儲存池和過硫酸鹽 活化池，過硫酸鹽儲存池通過流量計和投藥栗通入過硫酸鹽活化池內(nèi)，鐵鹽儲存池通過流 量計和投藥栗通入過硫酸鹽活化池內(nèi)，在過硫酸鹽活化池內(nèi)，鐵鹽活化過硫酸鹽產(chǎn)生持續(xù) 穩(wěn)定的硫酸根自由基。
[0009] 進(jìn)一步的，所述高級氧化裝置包括進(jìn)水管、進(jìn)水栗、進(jìn)水液位流量計、氧化池、攪拌 器和過硫酸鹽加投裝置，進(jìn)水管通過進(jìn)水栗和進(jìn)水液位流量計通入氧化池，攪拌器插入氧 化池內(nèi)，過硫酸鹽加投裝置連接過硫酸鹽活化池和氧化池，將硫酸根自由基引入氧化池中， 與碘離子迅速氧化成無毒無害的碘酸鹽。過硫酸鹽加投裝置包括過硫酸鹽加投流量計和過 硫酸鹽加投栗，可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)的變化，對藥劑投加量進(jìn)行實時調(diào)控，在保證水質(zhì)的情況 下，節(jié)省藥劑。
[0010] 進(jìn)一步的，所述混凝沉淀裝置包括混合池、沉淀池、攪拌器、聚合氯化鋁(PAM)加投 栗和排泥裝置，混合池與氧化池相通，沉淀池與混合池相通，排泥裝置位于沉淀池底部，攪 拌器插入混合池內(nèi)，聚合氯化鋁(PAM)加投栗與混合池相通，在此階段強化有機前體物的去 除。
[0011] 進(jìn)一步的，所述過濾處理裝置包括過濾器、反沖洗進(jìn)水管、反沖洗流量計、出水管 和溢流管，所述過濾器與沉淀池連通，過濾器的底部設(shè)有出水管，過濾器的上部設(shè)有溢流 管，反沖洗進(jìn)水管通過反沖洗流量計連通過濾器。
[0012] 更進(jìn)一步的，所述過濾器包括活性炭過濾器。
[0013] 利用上述系統(tǒng)來控制水中碘代消毒副產(chǎn)物，將水中的碘離子氧化成無毒無害的碘 酸鹽，從而避免碘代消毒副產(chǎn)物的生成。所用的氧化劑為鐵鹽活化過硫酸鹽所產(chǎn)生的硫酸 根自由基，利用其強氧化性來氧化碘離子。
[0014] 利用上述系統(tǒng)來控制水中碘代消毒副產(chǎn)物，可控制的碘代消毒副產(chǎn)物包括:碘代 甲烷、碘代酸、碘代酰胺、碘代乙腈四大類。碘代甲烷具體包括：一氯一碘一溴甲烷 (0^(：11))、一碘二溴甲烷(0^ 21))、一碘二氯甲烷(01(：121))、一氯二碘甲烷(01(：112))、 一溴二碘甲烷(CHBr12)和三碘甲烷(CHI3);碘代酸包括碘乙酸、溴碘乙酸、（E)_3_溴_3J典丙 烯酸、（Z)_3_溴_3_碘丙烯酸和(E)_2_碘_3_甲基丁烯二酸;碘代酰胺具體包括:碘乙酰胺 (IAcAm)、二碘乙酰胺(DIAcAm)、溴碘乙酰胺(BIAcAm)和氯碘乙酰胺(CIAcAm);碘代乙腈類 副產(chǎn)物具體包括碘乙腈(ICN)、二碘乙腈(DICN)、溴碘乙腈(BICN)和氯碘乙腈(CICN)。
[0015] 本實用新型所述的控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的系統(tǒng)，將水中的碘離子氧化成無毒 無害的碘酸鹽，從而避免碘代消毒副產(chǎn)物的生成。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本實用新型所述的控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的系統(tǒng)的實施例的結(jié)構(gòu)示意 圖。
【具體實施方式】
[0017] 以下結(jié)合附圖，對本實用新型所述的技術(shù)方案進(jìn)行非限制性地描述，目的是便于 公眾更好理解所述技術(shù)方案。
[0018] 如圖1所示，本實用新型所述的控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的系統(tǒng)，包括依次相連 的：過硫酸鹽活化裝置、高級氧化裝置、混凝沉淀裝置以及過濾處理裝置。所述過硫酸鹽活 化裝置包括過硫酸鹽儲存池11、鐵鹽儲存池12和過硫酸鹽活化池10,過硫酸鹽儲存池11通 過流量計110和投藥栗111通入過硫酸鹽活化池10內(nèi)，鐵鹽儲存池12通過流量計120和投藥 栗121通入過硫酸鹽活化池10內(nèi)，在過硫酸鹽活化池10內(nèi)，鐵鹽活化過硫酸鹽產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定 的硫酸根自由基。所述高級氧化裝置包括氧化池20、攪拌器21、過硫酸鹽加投裝置22、進(jìn)水 管23、進(jìn)水栗24、進(jìn)水液位流量計25,進(jìn)水管23通過進(jìn)水栗24和進(jìn)水液位流量計25通入氧化 池20,攪拌器21插入氧化池20內(nèi)，過硫酸鹽加投裝置22連接過硫酸鹽活化池10和氧化池20， 將硫酸根自由基引入氧化池20中，與碘離子迅速氧化成無毒無害的碘酸鹽，過硫酸鹽加投 裝置22包括過硫酸鹽加投流量計和過硫酸鹽加投栗，可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)的變化，對藥劑投加 量進(jìn)行實時調(diào)控，在保證水質(zhì)的情況下，節(jié)省藥劑;所述混凝沉淀裝置包括混合池30、攪拌 器31、聚合氯化鋁(PAM)加投栗32、沉淀池33和排泥裝置34,混合池30與氧化池20相通，攪拌 器31插入混合池30內(nèi)，聚合氯化鋁(PAM)加投栗32與混合池30相通，沉淀池33與混合池30相 通，排泥裝置34位于沉淀池33底部，在此階段強化有機前體物的去除;所述過濾處理裝置包 括活性炭過濾器40、過濾器的上部設(shè)有溢流管41，過濾器的底部設(shè)有出水管42,反沖洗進(jìn)水 管43通過反沖洗流量計44連通過濾器。
[0019] 利用本實用新型所述的控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的系統(tǒng)，進(jìn)行控制水中碘代消毒 副產(chǎn)物，在過硫酸鹽活化裝置階段進(jìn)行鐵鹽活化過硫酸鹽，產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的硫酸根自由基 (S041);在氧化裝置階段，硫酸根自由基(S041)的強氧化作用將碘離子迅速氧化成無毒無 害的碘酸鹽;在混凝沉淀裝置階段完成強化有機前體物的去除;在過濾處理裝置階段去除 水中過量的鐵離子。
[0020] 具體的，反應(yīng)機理及反應(yīng)式說明：
[0021] 1)活化反應(yīng)段：
[0022] 以亞鐵為例，亞鐵活化過硫酸鹽反應(yīng)式（1 -1)。反應(yīng)過程中產(chǎn)生的Fe3+，是一種環(huán)境 友好型混凝劑，廣泛應(yīng)用于飲用水的處理，可以有效的強化混凝單元的效果，去除有機污染 物，可以從另一個途徑強化碘代消毒副產(chǎn)物控制中有機前體物的去除效果。
[0023]
[0024] 活化產(chǎn)生的硫酸根自由基S04h在中性和酸性條件下較穩(wěn)定;而在偏堿性條件下， 生成的S04h會進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)生成同樣具有強氧化性的0H'（反應(yīng)式（1-2)、（1-3))dCV-與〇H'共存于水溶液中，形成雙自由基反應(yīng)體系。在I-DBPs的控制中，雙自由基體系具有其 他氧化法不可比擬的優(yōu)勢：首先，雙自由基體系的適用pH范圍更廣，在酸性、中性及堿性條 件下均具有較好的活性;其次，雙自由基使得反應(yīng)體系氧化能力變得更加豐富，可以彌補單 獨S04h與0H'對于有機前體物去除的狹隘性，能夠更全面的會與碘離子以及有機前體物發(fā) 生一系列的鏈?zhǔn)阶杂苫磻?yīng)，實現(xiàn)I-DBPs的有效控制。
[0025]
(1_2)
[0026]
(1-3)
[0027] 2)高級氧化反應(yīng)段
[0028] 碘離子(I-)首先可與S04?-與0H?反應(yīng)生成次碘酸(H0I)(式（1-4)-式（1-6))，H0I被 進(jìn)一步氧化生成亞碘酸鹽（1〇2_)以及碘酸鹽(1〇3_)。（式（1-6))
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]
[0033] 具體的，所述的控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的方法，包括如下步驟：
[0034]A:鐵鹽活化過硫酸鹽產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的硫酸根自由基(S04^);
[0035] B:硫酸根自由基的強氧化作用將碘離子迅速氧化成無毒無害的碘酸鹽；
[0036]C:強化有機前體物的去除；
[0037] D:去除水中過量的鐵離子。
[0038] 所述步驟A包括如下步驟：
[0039] 1):所述的鐵鹽包括也2+』6。、卩63〇4、卩6-卩62〇3 ;
[0040] 2):所述的過硫酸鹽包括:過一硫酸鹽(peroxymonosulfate，PMS)和過二硫酸鹽 (peroxydisulfate,PDS)；
[0041 ] 3):鐵鹽（以Fe計)與過硫酸鹽的摩爾比為0.8:1;
[0042] 4):鐵鹽的投加反應(yīng)時間為15分鐘，鐵鹽的投加方式包括一段投加、兩段投加、三 段投加以及連續(xù)投加。
[0043] 所述步驟B包括如下步驟：
[0044] 1)過硫酸鹽與水中初始碘離子(I-)的摩爾比為10:1加投；
[0045] 2)氧化反應(yīng)時間為12分鐘；
[0046] 3)溶液pH范圍為5;
[0047] 4)反應(yīng)溫度為20°C。
[0048] 所述步驟C通過混凝沉淀單元強化有機前體物的去除，通過加投聚合氯化鋁 (PAM)，同時利用步驟A所產(chǎn)生的Fe3+強化混凝效果，達(dá)到強化去除有機前體物的目的，所述 步驟C中，1)混合攪拌反應(yīng)轉(zhuǎn)速為200r/min; 2)混合攪拌反應(yīng)時間為15min。
[0049] 所述步驟D具體為利用活性炭的截留吸附作用去除水中過量的鐵離子，所述生物 活性炭為碳柱，所述碳柱的高度為〇. 9m，EBCT控制在18min，反沖洗采用水沖的方式，沖洗水 強度為17L/m2.s，時間為8min。
[0050] 應(yīng)該理解的是，上述內(nèi)容包括附圖不是對所述技術(shù)方案的限制，事實上，在相同或 近似的原理下，對所述技術(shù)方案進(jìn)行的改進(jìn)，包括系統(tǒng)中各部分裝置的形狀、尺寸、所用材 質(zhì)，相同或近似功能元件的等同替換，由此得到的技術(shù)方案都在本實用新型所要求的技術(shù) 方案之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的系統(tǒng)，其特征在于:包括依次相連的過硫酸鹽活化 裝置、高級氧化裝置、混凝沉淀裝置以及過濾處理裝置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的系統(tǒng)，其特征在于:所述過硫酸鹽 活化裝置包括過硫酸鹽儲存池、鐵鹽儲存池和過硫酸鹽活化池，過硫酸鹽儲存池通過流量 計和投藥栗通入過硫酸鹽活化池內(nèi)，鐵鹽儲存池通過流量計和投藥栗通入過硫酸鹽活化池 內(nèi)，在過硫酸鹽活化池內(nèi)，鐵鹽活化過硫酸鹽產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的硫酸根自由基。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的系統(tǒng)，其特征在于:所述高級 氧化裝置包括進(jìn)水管、進(jìn)水栗、進(jìn)水液位流量計、氧化池、攪拌器和過硫酸鹽加投裝置，進(jìn)水 管通過進(jìn)水栗和進(jìn)水液位流量計通入氧化池，攪拌器插入氧化池內(nèi)，過硫酸鹽加投裝置連 接過硫酸鹽活化池和氧化池，將硫酸根自由基引入氧化池中，與碘離子迅速氧化成無毒無 害的碘酸鹽，過硫酸鹽加投裝置包括過硫酸鹽加投流量計和過硫酸鹽加投栗，可根據(jù)進(jìn)水 水質(zhì)的變化，對藥劑投加量進(jìn)行實時調(diào)控，在保證水質(zhì)的情況下，節(jié)省藥劑。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的系統(tǒng)，其特征在于:所述混凝 沉淀裝置包括混合池、沉淀池、攪拌器、聚合氯化鋁(PAM)加投栗和排泥裝置，混合池與氧化 池相通，沉淀池與混合池相通，排泥裝置位于沉淀池底部，攪拌器插入混合池內(nèi)，聚合氯化 鋁(PAM)加投栗與混合池相通，在此階段強化有機前體物的去除。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的系統(tǒng)，其特征在于:所述過濾 處理裝置包括過濾器、反沖洗進(jìn)水管、反沖洗流量計、出水管和溢流管，所述過濾器與沉淀 池連通，過濾器的底部設(shè)有出水管，過濾器的上部設(shè)有溢流管，反沖洗進(jìn)水管通過反沖洗 流量計連通過濾器。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制水中碘代消毒副產(chǎn)物的系統(tǒng)，其特征在于:所述過濾器包 括活性炭過濾器。
【文檔編號】C02F9/04GK205687687SQ201620513618
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年5月31日 公開號201620513618.2, CN 201620513618, CN 205687687 U, CN 205687687U, CN-U-205687687, CN201620513618, CN201620513618.2, CN205687687 U, CN205687687U
【發(fā)明人】董紫君, 姜成春, 朱佳
【申請人】深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院