專利名稱：一種基于過硫酸鹽/光聯(lián)用去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的方法。
背景技術(shù)：
氯化消毒是當(dāng)前世界各地最廣泛應(yīng)用的消毒技術(shù)，它為飲用水水質(zhì)的生物安全性提供了有效的保障，同時(shí)卻產(chǎn)生了有毒有害的消毒副產(chǎn)物，對(duì)飲用水的化學(xué)安全性產(chǎn)生威脅，其中，常規(guī)的氯化消毒副產(chǎn)物，如三鹵甲烷和鹵乙酸已經(jīng)列入世界各國的飲用水水質(zhì)規(guī)范，并得到了有效的控制。近年來新興的消毒副產(chǎn)物——含氮消毒副產(chǎn)物，如鹵代乙腈、 鹵代硝基甲烷、鹵代乙酰胺、鹵代氰、鹵代吡咯和亞硝胺類的物質(zhì)等，它們的毒性高于三鹵甲烷和鹵乙酸2 3個(gè)數(shù)量級(jí)，且在水中的檢出頻率很高，已相繼被美國環(huán)保局和世界衛(wèi)生組織列為優(yōu)先控制的污染物，引起了人們高度關(guān)注。水質(zhì)調(diào)查研究表明，含氮消毒副產(chǎn)物存在于飲用水、污水和游泳池水中，可以通過飲用、皮膚吸收、呼吸等多種方式進(jìn)入人體，對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。目前，很多研究集中在含氮消毒副產(chǎn)物的毒理特性、生成機(jī)理和前驅(qū)物的控制上面。研究表明，水中含氮消毒副產(chǎn)物來源于水中的有機(jī)氮(如氨基酸、脂肪胺)和無機(jī)氮 (如氨氮和亞硝酸根離子)的氯化/氯胺化的過程，由于這些前驅(qū)物的親水性，傳統(tǒng)的水處理工藝，如混凝、沉淀、過濾對(duì)其去除效率很有限。因此，水中的含氮消毒副產(chǎn)物的潛在危害很大，如何控制水中的已生成的含氮消毒副產(chǎn)物，以保證飲用水終端用戶的水質(zhì)安全、 污水出水、游泳池水和地下水的水質(zhì)安全，對(duì)目前水處理工藝是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。關(guān)于水中含氮消毒副產(chǎn)物的控制技術(shù)的研究還很少，文獻(xiàn)研究表明，紫外光降解可以去除某些亞硝胺類的含氮消毒副產(chǎn)物，但對(duì)其他含氮消毒副產(chǎn)物的降解效率很低；羥基自由基可以降解某些含氮消毒副產(chǎn)物，但降解效率不高，且容易受水質(zhì)本底物質(zhì)的干擾。因此，非常有必要研發(fā)一種有效、經(jīng)濟(jì)、方便地去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的技術(shù)， 這種技術(shù)不僅可以用在飲用水中含氮消毒副產(chǎn)物的用戶終端處理、游泳池水中含氮消毒副產(chǎn)物的處理和污水中含氮消毒副產(chǎn)物的控制，還可以用在地下水中含氮消毒副產(chǎn)物的修
Μ. ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決目前飲用水、污水和游泳池水中經(jīng)常檢出毒性很大的含氮消毒副產(chǎn)物污染的問題，而提供一種基于過硫酸鹽/光聯(lián)用去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的方法?；谶^硫酸鹽/光聯(lián)用去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的方法按以下步驟進(jìn)行向含有含氮消毒副產(chǎn)物的水中投加過硫酸鹽，然后光輻照IOS 20min，即完成去除水中含氮消毒副產(chǎn)物；其中過硫酸鹽為過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨、過硫酸鈣、過硫酸鎂、單過硫酸鉀、 單過硫酸鈉、單過硫酸銨、單過硫酸鈣或單過硫酸鎂；過硫酸鹽的投加量按其與水中含氮消毒副產(chǎn)物的摩爾比為1 10 1投加；光輻照采用的光源為低壓汞燈、中壓汞燈、高壓汞燈、汞齊紫外燈、鹵素?zé)簟㈦療?、黑燈、真空紫外燈、X射線、α射線或Y射線，所述的中壓汞燈和高壓汞燈功率為1 60KW，其余光源的功率為6 150W。本發(fā)明通過向水中投加過硫酸鹽或者其相關(guān)的復(fù)合藥劑，并利用紫外輻照，產(chǎn)生大量的自由基進(jìn)攻含氮消毒副產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)脫氮、脫鹵。本發(fā)明操作簡單，效果明顯，使用安全，無毒副產(chǎn)物產(chǎn)生。采用本發(fā)明的方法處理后，各種含氮消毒副產(chǎn)物均可以達(dá)到徹底的去除，此外本發(fā)明可以同步去除其他有機(jī)物，并可以抑制、殺死水中的微生物。 本發(fā)明的基于過硫酸鹽/光聯(lián)用去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的方法可以徹底快速地去除水中的含氮消毒副產(chǎn)物，包括鹵乙腈、鹵代硝基甲烷、亞硝胺類化合物、鹵代氰、鹵代乙酰胺、鹵代吡咯和有機(jī)氯胺等。其中鹵代含氮消毒副產(chǎn)物分為一鹵代、二鹵代和三鹵代，鹵代元素分為氯代、溴代和碘代，或者不同鹵代元素的混合取代的含氮消毒副產(chǎn)物，如鹵乙腈包括一氯乙腈、一溴乙腈、一碘乙腈、二氯乙腈、氯溴乙腈、二溴乙腈、三氯乙腈、一溴二氯乙腈、二溴一氯乙腈和三溴乙腈；鹵代硝基甲烷包括一氯硝基甲烷、一溴硝基甲烷、一碘硝基甲烷、二氯硝基甲烷、氯溴硝基甲烷、二溴硝基甲烷、三氯硝基甲烷、一溴二氯硝基甲烷、二溴一氯硝基甲烷和三溴硝基甲烷；亞硝胺類化合物包括亞硝基二甲胺、亞硝基甲基乙胺、亞硝基二乙胺、亞硝基二丙胺、亞硝基二丁胺、亞硝基二苯胺、亞硝基吡咯烷、 亞硝基哌啶和亞硝基嗎啉；鹵代氰包括氯代氰、溴代氰；鹵代乙酰胺包括一氯乙酰胺、一溴乙酰胺、一碘乙酰胺、二氯乙酰胺、氯溴乙酰胺、二溴乙酰胺、溴碘乙酰胺、二碘乙酰胺、氯碘乙酰胺、三氯乙酰胺、一溴二氯乙酰胺、二溴一氯乙酰胺和三溴乙酰胺；鹵代吡咯包括 2，3，5-三氯吡咯和2，3，5-三溴吡咯；有機(jī)氯胺包括各種含氮有機(jī)物上的胺基被氯、溴或碘取代后的物質(zhì)。


圖1為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)1中對(duì)含氮消毒副產(chǎn)物二氯乙腈的去除曲線圖，其中其中φ表示單獨(dú)紫外光對(duì)二氯乙腈的去除曲線，▼表示過硫酸酸鉀/UV對(duì)二氯乙腈的去除曲線；圖2為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)2中對(duì)含氮消毒副產(chǎn)物二氯酰胺的去除曲線圖，其中-·_表示單獨(dú)紫外光對(duì)二氯乙酰胺的去除曲線，-表示過硫酸酸鉀和硫酸亞鐵/UV對(duì)二氯乙酰胺的去除曲線。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式基于過硫酸鹽/光聯(lián)用去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的方法按以下步驟進(jìn)行向含有含氮消毒副產(chǎn)物的水中投加過硫酸鹽，然后光輻照IOS 20min,即完成去除水中含氮消毒副產(chǎn)物；其中過硫酸鹽為過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨、 過硫酸鈣、過硫酸鎂、單過硫酸鉀、單過硫酸鈉、單過硫酸銨、單過硫酸鈣或單過硫酸鎂；過硫酸鹽的投加量按其與水中含氮消毒副產(chǎn)物的摩爾比為1 10 1投加；光輻照采用的光源為低壓汞燈、中壓汞燈、高壓汞燈、汞齊紫外燈、鹵素?zé)?、氙燈、黑燈、真空紫外燈、X射線、 α射線或Y射線，所述的中壓汞燈和高壓汞燈功率為1 60KW，其余光源的功率為6 150W。本實(shí)施方式步驟一中含有含氮消毒副產(chǎn)物的水是指飲用水中用戶終端、小型家用水處理裝置、游泳池水、污水或地下水，ρΗ值為2 12。
本實(shí)施方式步驟一中過硫酸鹽可以固體粉末投加，也可以配置成水溶液投加。本實(shí)施方式光輻照采用的光源中涉及紫外光的輻照采用過流式、浸沒式或表面輻照式；所述采用過流式或浸沒式，在紫外光源外壁需要嵌套石英管加以保護(hù)。

本實(shí)施方式光輻照采用的光源中涉及紫外光的紫外光輻照的劑量越大，去除含氮消毒副產(chǎn)物的效果越好。本實(shí)施方式中光輻照采用的光源中涉及紫外光的輻照的強(qiáng)度要保持穩(wěn)定，需要定期清洗或更換紫外光源以保持紫外劑量的要求。實(shí)驗(yàn)1、向含有二氯乙腈的水中投加過硫酸鉀，然后光輻照，紫外光功率為10W，過硫酸鉀投量為20mg/L，反應(yīng)時(shí)間為lOmin，二氯乙腈初始濃度為500 μ g/L，水量750mL，結(jié)果如圖1所示，可知，二氯乙腈在單獨(dú)紫外條件下基本不發(fā)生光降解；其在20mg/L過硫酸鉀條件下，也基本不發(fā)生光降解；二氯乙腈在過硫酸鉀/紫外光聯(lián)合作用下，降解速度極大提高， 3min即可達(dá)到完全去除。2、向含有二氯乙酰胺的水中投加過硫酸鉀和硫酸亞鐵，然后光輻照，過硫酸鉀和硫酸亞鐵投量為20mg/L，反應(yīng)時(shí)間為lOmin，二氯乙酰胺初始濃度為500 μ g/L，水量750mL， 結(jié)果如圖2所示，可知，二氯乙酰胺在單獨(dú)紫外條件下基本不發(fā)生光降解；其在20mg/L過硫酸鉀條件下，也基本不發(fā)生光降解；二氯乙酰胺在過硫酸鉀/紫外光聯(lián)合作用下，降解速度極大提高，2min即可達(dá)到基本去除。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是還可再加入鹽酸、硝酸、 氯化亞鐵、氯化鐵、硝酸亞鐵、硝酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸鐵、雙氧水中的一種或者幾種。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二的不同是雙氧水的投加量與過硫酸鹽投加量的摩爾當(dāng)量比為0.1 1 1 ；鐵離子的投加量與過硫酸鹽的投加量的摩爾當(dāng)量比為0.1 0.5 1 ；酸的投加量為投加至水體的PH值為4 8。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一的不同是過硫酸鹽的投加量按其與水中含氮消毒副產(chǎn)物的摩爾比為51投加。其它步驟及參數(shù)與
具體實(shí)施例方式
一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一的不同是過硫酸鹽的投加量按其與水中含氮消毒副產(chǎn)物的摩爾比為81投加。其它步驟及參數(shù)與
具體實(shí)施例方式
一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一的不同是光輻照30S。 其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一的不同是光輻照 IOmin0其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。
權(quán)利要求
1.一種基于過硫酸鹽/光聯(lián)用去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的方法，其特征在于基于過硫酸鹽/光聯(lián)用去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的方法按以下步驟進(jìn)行向含有含氮消毒副產(chǎn)物的水中投加過硫酸鹽，然后光輻照IOS 20min，即完成去除水中含氮消毒副產(chǎn)物；其中過硫酸鹽為過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨、過硫酸鈣、過硫酸鎂、單過硫酸鉀、單過硫酸鈉、單過硫酸銨、單過硫酸鈣或單過硫酸鎂；過硫酸鹽的投加量按其與水中含氮消毒副產(chǎn)物的摩爾比為1 10 1投加；光輻照采用的光源為低壓汞燈、中壓汞燈、高壓汞燈、汞齊紫外燈、鹵素?zé)?、氙燈、黑燈、真空紫外燈、X射線、α射線或Y射線，所述的中壓汞燈和高壓汞燈功率為1 60KW，其余光源的功率為6 150W。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于過硫酸鹽/光聯(lián)用去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的方法，其特征在于還可再加入鹽酸、硝酸、氯化亞鐵、氯化鐵、硝酸亞鐵、硝酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸鐵、雙氧水中的一種或者幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于過硫酸鹽/光聯(lián)用去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的方法，其特征在于雙氧水的投加量與過硫酸鹽投加量的摩爾當(dāng)量比為0.1 1 1;鐵離子的投加量與過硫酸鹽的投加量的摩爾當(dāng)量比為0.1 0.5 1 ；酸的投加量為投加至水體的 PH值為4 8。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種基于過硫酸鹽/光聯(lián)用去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的方法，其特征在于過硫酸鹽的投加量按其與水中含氮消毒副產(chǎn)物的摩爾比為5 1投加。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于過硫酸鹽/光聯(lián)用去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的方法，其特征在于過硫酸鹽的投加量按其與水中含氮消毒副產(chǎn)物的摩爾比為8 1投加。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于過硫酸鹽/光聯(lián)用去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的方法，其特征在于光輻照30S。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于過硫酸鹽/光聯(lián)用去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的方法，其特征在于光輻照lOmin。
全文摘要
一種基于過硫酸鹽/光聯(lián)用去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的方法，它涉及一種去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的方法。基于過硫酸鹽/光聯(lián)用去除水中含氮消毒副產(chǎn)物的方法按以下步驟進(jìn)行向含有含氮消毒副產(chǎn)物的水中投加過硫酸鹽，然后光輻照，即完成。本發(fā)明通過向水中投加過硫酸鹽或者其相關(guān)的復(fù)合藥劑，并利用紫外輻照，產(chǎn)生大量的自由基進(jìn)攻含氮消毒副產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)脫氮、脫鹵。本發(fā)明操作簡單，效果明顯，使用安全，無毒副產(chǎn)物產(chǎn)生。采用本發(fā)明的方法處理后，各種含氮消毒副產(chǎn)物均可以達(dá)到徹底的去除，包括鹵乙腈、鹵代硝基甲烷、亞硝胺類化合物、鹵代氰、鹵代乙酰胺、鹵代吡咯和有機(jī)氯胺，此外本發(fā)明可以同步去除其他有機(jī)物，并可以抑制、殺死水中的微生物。
文檔編號(hào)C02F1/72GK102381740SQ20111028188
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者關(guān)英紅, 張靜, 方晶云, 李旭春, 謝鵬超, 陳麗瑋, 馬軍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)