專利名稱：飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)的曝氣吹脫法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理水中揮發(fā)性有機(jī)物的方法，尤其是開發(fā)應(yīng)對(duì)水中揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物突發(fā)污染事故的曝氣吹脫方法，屬于水處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求其中的污染物不得超過一定限值，因此飲用水處理通常并不需要對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行處理。但是當(dāng)飲用水水源受到含有大量揮發(fā)性有機(jī)污染物的污水污染時(shí)，城市供水企業(yè)就不得不面臨處理含有超標(biāo)揮發(fā)性有機(jī)物的難題。目前飲用水行業(yè)通常采用的處理方法包括以下幾種(1)物理方法A吸附法吸附法利用多孔介質(zhì)，如活性炭、樹脂等來吸附水中的揮發(fā)性有機(jī)物，使有機(jī)物吸附于固體表面，從而達(dá)到分離的目的。此方法的缺點(diǎn)是吸附劑，例如活性炭等不適合吸附小分子揮發(fā)性有機(jī)物，去除效率不高。B萃取法萃取法利用和水不相溶的有機(jī)溶劑萃取水中的揮發(fā)性有機(jī)物。該技術(shù)只能萃取非極性有機(jī)物，對(duì)極性有機(jī)物的去除效果不理想。另外，該方法需要向水中加入有機(jī)溶劑，殘留的有機(jī)物本身就對(duì)人體有巨大危害，只能用在廢水處理方面，不能作為飲用水的處理技術(shù)。C膜處理法利用超濾、納濾或反滲透等膜過程可以去有效除水體揮發(fā)性有機(jī)物。該方法雖然效率較高，無二次污染，能較好地凈化被污染的水源水，但是存在者濃差極化和膜污染問題，并且膜設(shè)備造價(jià)較高，設(shè)備安裝和操作較為復(fù)雜，在發(fā)生水源水突發(fā)污染事件時(shí)也不能立即投入使用，因而限制了其在應(yīng)急領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。D超聲波法利用超聲波降解水中的揮發(fā)性污染物是一種新技術(shù)，主要利用超聲波空化產(chǎn)生的局部高溫高壓和強(qiáng)烈的沖擊力來降解水中有機(jī)物。該方法使用條件溫和、速度快、適用范圍廣，但是技術(shù)不成熟，設(shè)備要求較高，造價(jià)也較難承受。(2)化學(xué)氧化法化學(xué)氧化法先利用電、輻照、催化劑、氧化劑等產(chǎn)生自由基，再利用自由基氧化分解水中的有機(jī)物。氧化法包括化學(xué)氧化法、電化學(xué)氧化法、濕式催化氧化、光催化氧化、超臨界氧化等等。這些方法有的需要高溫高壓等特殊條件，有的需要特殊設(shè)備，有的原料需要現(xiàn)場(chǎng)制備，有的造價(jià)太高，均不適合作為飲用水受到揮發(fā)性有機(jī)物污染時(shí)的首選應(yīng)急處理技術(shù)。(3)生化法生化處理主要利用微生物的新陳代謝來降解揮發(fā)性有機(jī)物。但是，利用微生物來
6降解揮發(fā)性有機(jī)物在給水應(yīng)急處理領(lǐng)域不適用。生化反應(yīng)一般所需時(shí)間較長(zhǎng)，不適宜于揮發(fā)性有機(jī)物突發(fā)污染的應(yīng)急處理。另外，受到揮發(fā)性有機(jī)物污染的飲用水水源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較少，微生物無法得到充分營(yíng)養(yǎng)，不能大量繁殖，無法達(dá)到良好的去除效果。曝氣吹脫法屬于物理方法，主要是將大量空氣或者其他氣體通入水體，增加水相和氣相的接觸面，利用揮發(fā)性有機(jī)物在水相和氣相的濃度差異將其從水相轉(zhuǎn)移至氣相而去除。目前曝氣吹脫法主要用于以下方面(1)吹脫技術(shù)凈化地下水石油污染；(2)吹脫法處理氨氮廢水；(3)吹脫法去除含硫化氫廢水。曝氣吹脫法應(yīng)用于以上方面，主要是采用設(shè)有填料和機(jī)械鼓風(fēng)裝置的專業(yè)吹脫塔，其屬于永久性設(shè)施，移動(dòng)便攜性較弱，構(gòu)建費(fèi)用高，不適用于水源突發(fā)性污染應(yīng)急處理。經(jīng)檢索中國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利數(shù)據(jù)庫，發(fā)現(xiàn)與本申請(qǐng)相關(guān)的專利申請(qǐng)公開文件2項(xiàng)，均為哈爾濱工業(yè)大學(xué)申請(qǐng)，分別是吹脫與粉末炭吸附聯(lián)合去除原水中氯苯的方法(申請(qǐng)?zhí)?00910306573. 6)和吹脫與粉末炭吸附聯(lián)合去除原水中乙苯的方法(申請(qǐng)?zhí)?200910306585. 9)，本專利與其差異性在于(1)哈爾濱工業(yè)大學(xué)方法是去除乙苯和氯苯，本方法是去除揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物，兩者針對(duì)的目標(biāo)污染物不同，處理所需要的技術(shù)參數(shù)不同，申請(qǐng)的權(quán)利要求也不同；(2)哈爾濱工業(yè)大學(xué)方法使用的是吹脫與粉末炭吸附聯(lián)合方法，較為昂貴；本方法充分發(fā)揮吹脫技術(shù)的潛力，不需要與粉末炭聯(lián)合，更具實(shí)用性；(3)哈爾濱工業(yè)大學(xué)方法只給出了氣水比、氣泡直徑大小，沒有給出氣水比與去除效率之間的相關(guān)關(guān)系，本申請(qǐng)根據(jù)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，開發(fā)了曝氣吹脫的數(shù)學(xué)模型，從理論上給出了兩者之間的相關(guān)關(guān)系，具有很強(qiáng)的創(chuàng)新性。綜上所述，應(yīng)對(duì)揮發(fā)性鹵代烷烴類突發(fā)污染事故的應(yīng)急處理技術(shù)研究尚未見報(bào)道，也沒有與本申請(qǐng)內(nèi)容相同的專利和論文。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供應(yīng)對(duì)水中超標(biāo)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)污染物的曝氣吹脫處理方法，以實(shí)現(xiàn)在水源水突發(fā)性污染時(shí)，經(jīng)濟(jì)、安全、高效確保城市供水行業(yè)正常供水，以解決目前的飲用水處理工藝無法應(yīng)對(duì)水源水揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)污染物超標(biāo)的情況。本發(fā)明的特征在于，依次含有以下步驟步驟(1)構(gòu)建一個(gè)當(dāng)飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)用的曝氣吹脫系統(tǒng)；在岸邊設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)，在該鼓風(fēng)機(jī)的氣流輸出端設(shè)置一個(gè)曝氣流量計(jì)，以測(cè)定曝氣流量，單位為L(zhǎng)/min，L為升的單位；在水面下沿水的流動(dòng)方向上，布置與鼓風(fēng)機(jī)出口相連通的一級(jí)、二級(jí)或三級(jí)曝氣吹脫軟管，彼此間的間隔是均勻設(shè)定的，各曝氣吹脫軟管的微氣孔產(chǎn)生的氣泡直徑為 2mm 3mm，鋪設(shè)位置距離水面高度為50cm 100cm，使用錨栓和浮子固定在水中，深度大于氣水間的相平衡高度『；在主控室設(shè)置一個(gè)計(jì)算機(jī)，并予以初始化，設(shè)置以下參數(shù)
所述揮發(fā)性鹵代烷烴類中各種不同游擊污染物，包括三氯甲烷、二溴一氯甲烷、一溴二氯甲烷、四氯化碳、三溴甲烷、1，1-二氯乙烯、1，2-二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、1， 2- 二氯乙烷、1，1，1-三氯乙烷、1，1，2-三氯乙烷等12種揮發(fā)性有機(jī)污染物，在目標(biāo)濃度下所需要的氣水比以及對(duì)應(yīng)的相平衡高度『；步驟( 用布置在曝氣區(qū)域前的流速計(jì)來測(cè)定流速，并根據(jù)不同的流速分別按以下步驟處理步驟(2. 1)當(dāng)水的流速低于0. 1米/秒是，只鋪設(shè)一級(jí)曝氣吹脫軟管，在曝氣吹脫過程中的污染物濃度按下式計(jì)算
權(quán)利要求
1.飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)的曝氣吹脫法，其特征在于，依次含有以下步驟步驟(1)構(gòu)建一個(gè)當(dāng)飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)用的曝氣吹脫系統(tǒng)； 在岸邊設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)，在該鼓風(fēng)機(jī)的氣流輸出端設(shè)置一個(gè)曝氣流量計(jì)，以測(cè)定曝氣流量， 單位為L(zhǎng)/min，L為升的單位；在水面下沿水的流動(dòng)方向上，布置與鼓風(fēng)機(jī)出口相連通的一級(jí)、二級(jí)或三級(jí)曝氣吹脫軟管，彼此間的間隔是均勻設(shè)定的，各曝氣吹脫軟管的微氣孔產(chǎn)生的氣泡直徑為2mm 3mm，鋪設(shè)位置距離水面高度為50cm 100cm，使用錨栓和浮子固定在水中，深度大于氣水間的相平衡高度『；在主控室設(shè)置一個(gè)計(jì)算機(jī)，并予以初始化，設(shè)置以下參數(shù)所述揮發(fā)性商代烷烴類中各種不同游擊污染物，包括三氯甲烷、二溴一氯甲烷、一溴二氯甲烷、四氯化碳、三溴甲烷、1，1-二氯乙烯、1，2-二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、1，2-二氯乙烷、1，1，1-三氯乙烷、1，1,2-三氯乙烷12種揮發(fā)性有機(jī)污染物，以及在目標(biāo)濃度下所需要的氣水比以及對(duì)應(yīng)的相平衡高度『；步驟( 用布置在曝氣區(qū)域前的流速計(jì)來測(cè)定流速，并根據(jù)不同的流速分別按以下步驟處理步驟(2. 1)當(dāng)水的流速低于0. 1米/秒是，只鋪設(shè)一級(jí)曝氣吹脫軟管，在曝氣吹脫過程中的污染物濃度按下式計(jì)算 C
2.按照權(quán)利要求1所述的飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)的曝氣吹脫法， 其特征在于該方法在處理三氯甲烷超標(biāo)的水時(shí)，采用曝氣吹脫法處理，污染物濃度去除 50%時(shí)需要的氣水比為5. 75，污染物濃度去除80%時(shí)需要的氣水比為13. 35，污染物濃度去除90%時(shí)需要的氣水比為19. 09，三氯甲烷的相平衡高度h*小于50cm。
3.按照權(quán)利要求1所述的飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)的曝氣吹脫法， 其特征在于該方法在處理二溴一氯甲烷超標(biāo)的水時(shí)，采用曝氣吹脫法處理，污染物濃度去除50 %時(shí)需要的氣水比為19. 47，污染物濃度去除80 %時(shí)需要的氣水比為45. 21，污染物濃度去除90%時(shí)需要的氣水比為64. 68，二溴一氯甲烷的相平衡高度h*小于10cm。
4.按照權(quán)利要求1所述的飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)的曝氣吹脫法， 其特征在于該方法在處理一溴二氯甲烷超標(biāo)的水時(shí)，采用曝氣吹脫法處理，污染物濃度去除50%時(shí)需要的氣水比為9. 23，污染物濃度去除80%時(shí)需要的氣水比為21. 43，污染物濃度去除90%時(shí)需要的氣水比為30. 66，一溴二氯甲烷的相平衡高度h*小于50cm。
5.按照權(quán)利要求1所述的飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)的曝氣吹脫法， 其特征在于該方法在處理四氯化碳超標(biāo)的水時(shí)，采用曝氣吹脫法處理，污染物濃度去除 50%時(shí)需要的氣水比為1.05，污染物濃度去除80%時(shí)需要的氣水比為2. 43，污染物濃度去除90%時(shí)需要的氣水比為3. 47，四氯化碳的相平衡高度h*小于50cm。
6.按照權(quán)利要求1所述的飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)的曝氣吹脫法， 其特征在于該方法在處理三溴甲烷超標(biāo)的水時(shí)，采用曝氣吹脫法處理，污染物濃度去除50%時(shí)需要的氣水比為29. 56，污染物濃度去除80%時(shí)需要的氣水比為68. 64，污染物濃度去除90%時(shí)需要的氣水比為98. 20，三溴甲烷的相平衡高度h*小于50cm。
7.按照權(quán)利要求1所述的飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)的曝氣吹脫法， 其特征在于該方法在處理1，1-二氯乙烯超標(biāo)的水時(shí)，采用曝氣吹脫法處理，污染物濃度去除50%時(shí)需要的氣水比為1. 56，污染物濃度去除80%時(shí)需要的氣水比為2. 63，污染物濃度去除90%時(shí)需要的氣水比為5. 19，1，1- 二氯乙烯的相平衡高度h*小于50cm。
8.按照權(quán)利要求1所述的飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)的曝氣吹脫法， 其特征在于該方法在處理1，2-二氯乙烯超標(biāo)的水時(shí)，采用曝氣吹脫法處理，污染物濃度去除50%時(shí)需要的氣水比為2. 72，污染物濃度去除80%時(shí)需要的氣水比為6. 32，污染物濃度去除90%時(shí)需要的氣水比為9. 04，1,2- 二氯乙烯的相平衡高度h*小于50cm。
9.按照權(quán)利要求1所述的飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)的曝氣吹脫法， 其特征在于該方法在處理三氯乙烯超標(biāo)的水時(shí)，采用曝氣吹脫法處理，污染物濃度去除 50 %時(shí)需要的氣水比為2. 11，污染物濃度去除80 %時(shí)需要的氣水比為4. 90，污染物濃度去除90%時(shí)需要的氣水比為7. 01，三氯乙烯的相平衡高度h*小于50cm。
10.按照權(quán)利要求1所述的飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)的曝氣吹脫法，其特征在于該方法在處理四氯乙烯超標(biāo)的水時(shí)，采用曝氣吹脫法處理，污染物濃度去除50%時(shí)需要的氣水比為1. 56，污染物濃度去除80%時(shí)需要的氣水比為3. 62,污染物濃度去除90%時(shí)需要的氣水比為5. 17，四氯乙烯的相平衡高度h*小于50cm。
11.按照權(quán)利要求1所述的飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)的曝氣吹脫法，其特征在于該方法在處理1，2_ 二氯乙烷超標(biāo)的水時(shí)，采用曝氣吹脫法處理，污染物濃度去除50%時(shí)需要的氣水比為1. 07，污染物濃度去除80%時(shí)需要的氣水比為2. 50，污染物濃度去除90%時(shí)需要的氣水比為3. 57，1,2- 二氯乙烷的相平衡高度h*小于50cm。
12.按照權(quán)利要求1所述的飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)的曝氣吹脫法，其特征在于該方法在處理1，1，1_三氯乙烷超標(biāo)的水時(shí)，采用曝氣吹脫法處理，污染物濃度去除50 %時(shí)需要的氣水比為1. 51，污染物濃度去除80 %時(shí)需要的氣水比為3. 50，污染物濃度去除90%時(shí)需要的氣水比為5. 00，1，1，1-三氯乙烷的相平衡高度h*小于50cm。
13.按照權(quán)利要求1所述的飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)的曝氣吹脫法，其特征在于該方法在處理1，1，2_三氯乙烷超標(biāo)的水時(shí)，采用曝氣吹脫法處理，污染物濃度去除50%時(shí)需要的氣水比為1. 07，污染物濃度去除80%時(shí)需要的氣水比為2. 48，污染物濃度去除90%時(shí)需要的氣水比為3. 55,1,1,2-三氯乙烷的相平衡高度h*小于50cm。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)的曝氣吹脫法，其特征在于，當(dāng)取水環(huán)境為河道或飲水渠時(shí)所述曝氣吹脫軟管設(shè)在該引水渠取水口前方，當(dāng)河道引水渠水深深度小于所述有機(jī)污染物質(zhì)的相平衡高度『時(shí)，所述曝氣吹脫軟管盡可能地接近但不接觸水底，當(dāng)河道引水渠水深深度大于所述有機(jī)污染物質(zhì)的相平衡高度『時(shí)，則在距離水面h*處布置所述曝氣吹脫軟管，在該曝氣吹脫軟管下設(shè)置擋水圍隔，引導(dǎo)水流從該曝氣吹脫軟管上方通過，并用浮標(biāo)懸浮于水中，該擋水圍隔用鉛垂物沉于水中。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飲用水突發(fā)揮發(fā)性鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)的曝氣吹脫法，其特征在于，當(dāng)取水環(huán)境為湖泊水庫時(shí)在取水口兩邊設(shè)置擋水圍隔，引導(dǎo)水流從所述圍隔構(gòu)成的進(jìn)水口流入取水口，于進(jìn)水口處設(shè)置所述曝氣吹脫軟管，或者在取水口周圍設(shè)置所述曝氣吹脫軟管，當(dāng)湖泊水庫水深深度大于所述有機(jī)污染物質(zhì)的相平衡高度『時(shí)，則在距離水面h*處布置所述曝氣吹脫軟管，在該曝氣吹脫軟管下設(shè)置擋水圍隔，引導(dǎo)水流從該曝氣吹脫軟管上方通過，并用浮標(biāo)懸浮于水中，該擋水圍隔用鉛垂物沉于水中。
全文摘要
一種飲用水突發(fā)鹵代烷烴類有機(jī)物污染時(shí)的曝氣吹脫方法，屬于水處理領(lǐng)域，其特征是該方法是在水中鋪設(shè)鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)，通過曝氣使得揮發(fā)性有機(jī)物從水相轉(zhuǎn)移至氣相中去除，本發(fā)明可以應(yīng)對(duì)飲用水相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的三氯甲烷、二溴一氯甲烷、一溴二氯甲烷、四氯化碳、三溴甲烷、1，1-二氯乙烯、1，2-二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、1，2-二氯乙烷、1，1，1-三氯乙烷、1，1，2-三氯乙烷等揮發(fā)性有機(jī)污染物；可以應(yīng)對(duì)超標(biāo)濃度高達(dá)5倍左右的揮發(fā)性有機(jī)污染物；設(shè)備、操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本不高，不會(huì)影響自來水廠產(chǎn)水量，便于水廠應(yīng)用；可高效、安全、經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)水源水揮發(fā)性有機(jī)污染物超標(biāo)時(shí)的城市供水，也可應(yīng)用于工業(yè)水處理。
文檔編號(hào)C02F1/20GK102452692SQ20101052335
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者張偉, 張春雷, 張曉健, 林愛武, 汪雋, 王丹, 陳超, 顧軍農(nóng) 申請(qǐng)人:北京市自來水集團(tuán)有限責(zé)任公司, 清華大學(xué)