專利名稱：一種臭氧氧化處理飲用水源水中腐殖酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飲用水源水中腐殖酸處理方法；尤其涉及一種臭氧氧化處理飲用 水源水中腐殖酸的方法。
背景技術(shù)：
在水環(huán)境中，溶解有機質(zhì)(dissolved organicmatter, DOM)對有毒重金屬的物理 遷移、化學(xué)形態(tài)以及它們的生物歸宿等方面起著重要作用。DOM由許多化學(xué)結(jié)構(gòu)尚未定的有 機大分子組成，其主要成分為腐殖質(zhì)(humic substances, HS)，包括腐殖酸(humic acids, HA)、富里酸(fulvic acids, FA) 0而HA存在較為普遍。幾乎所有天然有機物(NOM)都可能 在消毒過程中與鹵素元素(主要是氯)進行反應(yīng)生成消毒副產(chǎn)物(DBPs)，其中占溶解水生 有機物一半左右的腐殖酸是產(chǎn)生三鹵甲烷(THMs)最重要的先驅(qū)物質(zhì)。而在所有能監(jiān)測到 的DBP中THMs約占64%，鹵代乙酸(HHAs)占30%。雖然這些化合物在水中含量極低，僅為 ug/L量級，但它們對人類健康具有較大的潛在的危害性，有的具有致癌或致突變作用，許多 學(xué)者認為水中腐殖酸是飲水氯化消毒后致突變物生成的主要前體物質(zhì)之一。(王曉蓉.環(huán) 境化學(xué)[M],南京南京大學(xué)出版社，2003，8.)腐殖酸氯化消毒后能形成致突變物，由于試驗采用的腐殖酸水樣不同，故各學(xué) 者檢測出的氯化產(chǎn)物也有差異，但腐殖酸的氯化產(chǎn)物大多為醛、酸、酮、腈、烷烴、芳香烴 等有機物，其中許多物質(zhì)通過試驗證實是致突變物，氯化腐殖酸可形成強致突變物(MX)， Kronberg等發(fā)現(xiàn)MX占氯化腐殖酸水提取物活性的50%-100% [4] ；B acklund等在不同 消毒劑處理天然腐殖酸水樣中發(fā)現(xiàn)加氯消毒產(chǎn)生的高濃度的MX和E-MX以和許多鹵代和 非鹵代副產(chǎn)物是水中腐殖質(zhì)氯化期間形成的。氯化腐殖酸形成的致突變物對人類具有潛在 的致癌性。(王春霞，彭安.不同來源腐殖酸的光解及過氧化氫對其影響[J].環(huán)境科學(xué)學(xué) 報，1996，16(3) 270-275.)目前，國內(nèi)外處理腐殖酸主要有以下方法(1)光催化氧化法姜安璽，高潔等研究了光催化氧化法去除水中腐殖酸。討論了不同催化劑用量、溫 度、初始PH值、有機物初始濃度對去除效果的影響。結(jié)果顯示光強為3. 90X IO3 μ ff/cm2時 去除水溶液中腐殖酸的最佳TiO2投量2. 5g/L。光催化氧化法去除水溶液中腐殖酸、溫度、 初始PH值、有機物初始濃度等因素對去除效果均有顯著影響。溫度升高、初始PH值降低、 腐殖酸初始濃度減小均能顯著提高腐殖酸的去除率。參比為單純紫外線照射除腐殖酸，與 此相比光催化氧化法具有明顯的優(yōu)越性。(Yi Zhang, Misao Shinoda Hyd roformylation of 1-hexene for oxygenate fuels viapromoted cobalt/active carbon catalysts at low-pressure science direct Fuel (2006) : 1194-1200·)(2)臭氧氧化法研究表明，采用O3氧化作為生物預(yù)處理，可以提高腐殖酸的生物降解能力。試驗 研究表明，O3氧化和生物流化床組合工藝下HA的UV254和CODtfa的去除率與單獨生物處理相比，預(yù)臭氧化后水中有機物生物降解能力可提高30%左右。研究結(jié)果表明，采用生物陶粒反 應(yīng)器處理HA，原水經(jīng)O3和生物陶粒處理后UV值的去除率達到57% 68%，單獨使用生物 陶粒對UV值的去除率僅為27% 33%，組合工藝比單獨生物陶粒工藝的UV去除率提高近 30%。(王琳，王寶楨，王欣澤，等.活性炭與超濾組合工藝深度處理飲用水[J].中國給水 排水· 2002. 18(2) 1-4.)(3)活性炭多維電極法曾抗美，李乃穩(wěn)等采用活性炭多維電極法去除水中溶解態(tài)腐殖酸。對水力停留時 間，電解電壓和腐殖酸溶液PH等因素的影響作了具體分析。試驗結(jié)果表明，延長水力停留 時間、升高外電壓、溶液偏堿性有利于提高腐殖酸和高錳酸鹽指數(shù)去除率?；钚蕴慷嗑S電極 法與單純活性炭吸附法相比，可顯著提高水中溶解態(tài)腐殖酸和高錳酸鹽指數(shù)的去除率，去 除率可達90%以上。(張貴春.微污染水源飲用水處理工藝及其水質(zhì)研究[M].清華大學(xué) 博士學(xué)位論文，1993.)(4)過氧化氫氧化過氧化氫單獨氧化遠不及臭氧氧化，但加了幾種催化劑后其效果得到很大的改 善，其中臭氧催化(臭氧投加量0.5mg/L)的效果最好，去除率為82%，其次為Fe2+，Cu2+， Mn2+，去除率分別為80. 5%,75%,68. %。在各種催化劑的作用下，過氧化氫氧化一方面起 到改變有機物構(gòu)造的作用，另一方面起到了直接去除有機物的功效。(吳憶寧，劉士銳，任南 琪等.臭氧化處理造紙廢水的實驗研究[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)報，2003，19 (4) 394-397.)(5)硫酸鋁混凝周勤等研究表明隨著加藥量的增加，去除率大多存在不同程度的增加，并逐漸趨 于平緩，不存在投藥量上限。只有PH = 4. 61時出現(xiàn)較為明顯的最佳去除范圍(最佳投加 量為37. 5mg/L)，表明此低pH值時，混凝劑投加過量會出現(xiàn)再穩(wěn)現(xiàn)象。而且在有效的混凝范 圍內(nèi)，可見在相同的加藥量時，低PH值對腐植酸的去除率要高一些。當pH = 5. 81時，在加 藥量18. 8 37. 5mg/L范圍，濁度去除效果較顯著，當加藥量再增加時，效果稍差且變化趨 于平緩。隨著加藥量的增加，PH的適用范圍變廣，最佳pH值范圍為5. 12 6. 71，這與硫酸 鋁的適用PH值是相符合的。(周勤，肖錦，朱云.硫酸鋁去除給水中腐植酸機理研究[J]. 工業(yè)水處理，2000，20 (5) 18-20.)

發(fā)明內(nèi)容
1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題為了克服上述方法處理成本高、操作復(fù)雜、易于產(chǎn)生二次污染等問題，本發(fā)明提出 了一種臭氧氧化處理飲用水源水中腐植酸的方法，可以有效的去除飲用水源水中腐植酸， 確保飲用水的水質(zhì)安全。2.技術(shù)方案本發(fā)明所產(chǎn)用的技術(shù)方案為一種臭氧氧化處理飲用水源水中腐殖酸的方法，其步驟為(1)將含有腐殖酸的飲用水源水引入反應(yīng)器中，控制反應(yīng)器中飲用水源水溫度為 25 55 ；(2)開啟與反應(yīng)器連接的臭氧發(fā)生器，根據(jù)反應(yīng)器的體積使得臭氧流入反應(yīng)器的
4量為20 200L/n ·每升，反應(yīng)時間為2 10分鐘。所述的飲用水源水中的腐殖酸的濃度為0. 2mg/L 10mg/L。所述的飲用水源水pH值控制為6. 5 7. 5?？梢酝ㄟ^酸堿予以調(diào)節(jié)。3.有益效果本發(fā)明是利用臭氧氧化處理飲用水源水中腐植酸的方法，具有處理效果好、處理 成本低、操作條件簡單等特點。本發(fā)明可高效的處理飲用水源水腐植酸，采用臭氧氧化法預(yù) 處理飲用水源水腐植酸，使飲用水源中腐植酸的濃度降低70%以上，降低了后續(xù)消毒單元 氯化副產(chǎn)物的產(chǎn)生量，確保了飲用水的安全。


圖1為本發(fā)明實驗室小試所用反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1-高壓氧氣瓶；2-臭 氧發(fā)生器；3-反應(yīng)器；4-熱水?。?-進氣口 ；6-排氣口 ；7-取樣口 ；8曝氣頭。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例進一步說明本發(fā)明實施例1將超級恒溫器的溫度恒定在35°C，量取250ml的10mg/L的腐殖酸溶液倒入燒杯 中，將其PH值分別調(diào)到7. 5。將燒杯中腐殖酸溶液倒入反應(yīng)器中(其中反應(yīng)器d = 6cm， h= 18cm，壁厚2mm)，開啟臭氧發(fā)生器，將其流量穩(wěn)定在lOL/n (升/分鐘)上，反應(yīng)時間為 7min,用針頭從取樣口取樣，在紫外可見光光度計測其處理率。再將B和C燒杯中的溶液依 次倒入反應(yīng)器中，按照上面反應(yīng)進行。本實驗的裝置詳見圖，其中的高壓氧氣瓶1、臭氧發(fā)生 器2、反應(yīng)器3、熱水浴4、進氣口 5、排氣口 6、取樣口 7和曝氣頭8。反應(yīng)時間為7min，用針頭從取樣口取樣，腐植酸處理率達到75%。實施例2實驗裝置同實施例1，先取一定量的實際飲用水源水放置在超級恒溫水浴槽中，溫 度為45°C，將水樣pH值調(diào)至9. 5，開啟臭氧發(fā)生器，將其流量穩(wěn)定在40L/n上，反應(yīng)時間為 9min,用針頭從取樣口取樣，處理后腐植酸處理率達到80%。實施例3實驗裝置同實施例1，先取一定量的實際飲用水源水放置在超級恒溫水浴槽中， 溫度為55°C，將水樣pH值調(diào)至8，開啟臭氧發(fā)生器，將其流量穩(wěn)定在40L/n上，反應(yīng)時間為 5min，用針頭從取樣口取樣，處理后腐植酸處理率達到77. 50%。實施例4實驗裝置同實施例1，先取一定量的實際飲用水源水放置在超級恒溫水浴槽中，溫 度為25°C，將水樣pH值調(diào)至7. 5，開啟臭氧發(fā)生器，將其流量穩(wěn)定在40L/n上，反應(yīng)時間為 Imin,用針頭從取樣口取樣，處理后腐植酸處理率達到63%。實施例5實驗裝置同實施例1，先取一定量的實際飲用水源水放置在超級恒溫水浴槽中，溫 度為35°C，將水樣pH值調(diào)至7. 5，開啟臭氧發(fā)生器，將其流量穩(wěn)定在lOL/n上，反應(yīng)時間為 7min，用針頭從取樣口取樣，處理后腐植酸處理率達到71. 5%。
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實施例6實驗裝置同實施例1，先取一定量的實際飲用水源水放置在超級恒溫水浴槽中，溫 度為45°C，將水樣pH值調(diào)至9. 5，開啟臭氧發(fā)生器，將其流量穩(wěn)定在20L/n上，反應(yīng)時間為 5min,用針頭從取樣口取樣，處理后腐植酸處理率達到76%。實施例7實驗裝置同實施例1，先取一定量的實際飲用水源水放置在超級恒溫水浴槽中，溫 度為55°C，將水樣pH值調(diào)至7. 5，開啟臭氧發(fā)生器，將其流量穩(wěn)定在40L/n上，反應(yīng)時間為 5min,用針頭從取樣口取樣，處理后腐植酸處理率達到78%。實施例8在水廠反應(yīng)池中，對于經(jīng)過氯化消毒后的水進行處理，經(jīng)過監(jiān)測，腐殖酸的濃度濃 度為0. 2mg/L,水池中水溫為25°C，pH值為7. 1，開啟臭氧發(fā)生器，將其流量穩(wěn)定在每升反應(yīng) 池體積20L/n上，反應(yīng)時間為5min，進行取樣，腐植酸處理率達到72%。
權(quán)利要求
一種臭氧氧化處理飲用水源水中腐殖酸的方法，其步驟為(1)將含有腐殖酸的飲用水源水引入反應(yīng)器中，控制反應(yīng)器中飲用水源水溫度為25～55℃；(2)開啟與反應(yīng)器連接的臭氧發(fā)生器，根據(jù)反應(yīng)器的體積使得臭氧流入反應(yīng)器的量為20～200L/n·每升，反應(yīng)時間為2～10分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臭氧氧化處理飲用水源水中腐殖酸的方法，其特征在于飲用 水源水中的腐殖酸的濃度為0. 2mg/L 10mg/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臭氧氧化處理飲用水源水中腐殖酸的方法，其特征在于飲用 水源水PH值控制為6. 5 7. 5。
全文摘要
一種臭氧氧化處理飲用水源水中腐殖酸的方法，屬于水處理領(lǐng)域。其步驟為(1)將含有腐殖酸的飲用水源水引入反應(yīng)器中，控制反應(yīng)器中飲用水源水溫度為25～55℃；(2)開啟與反應(yīng)器連接的臭氧發(fā)生器，根據(jù)反應(yīng)器的體積使得臭氧流入反應(yīng)器的量為20～200L/n·每升，反應(yīng)時間為2～10分鐘。本發(fā)明具有處理效果好、處理成本低、操作條件簡單等特點。本發(fā)明可高效的處理飲用水源水腐植酸，采用臭氧氧化法預(yù)處理飲用水源水腐植酸，使飲用水源中腐植酸的濃度降低70％以上，降低了后續(xù)消毒單元氯化副產(chǎn)物的產(chǎn)生量，確保了飲用水的安全。
文檔編號C02F1/78GK101905921SQ20101011004
公開日2010年12月8日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者劉遠彬, 孫平, 左玉輝, 李磊, 柏益堯 申請人:南京大學(xué)