專利名稱：超聲波去除飲用水中氯消毒副產(chǎn)物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飲用水的深度處理方法，特別涉及了 一種利用超聲空化效應(yīng)去 除飲用水中低濃度(痕量)鹵代曱烷等氯消毒副產(chǎn)物的方法。
背景技術(shù)：
加氯消毒一直是城市給水處理中廣泛使用的消毒手段，具有成本低、滅菌能力 強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。然而，當(dāng)水源水中有機(jī)物含量稍高時(shí)，氯消毒將會產(chǎn)生氯代有機(jī)物，而 大多數(shù)氯代有機(jī)物均有致癌、致畸與致突變性，其中尤以鹵代甲烷為典型代表。美 國環(huán)境保護(hù)署與我國都明確規(guī)定了飲用水中允許囟代曱烷存在的限值。因此，去除 飲用水中面代曱烷等氯消毒副產(chǎn)物勢在必行。
大多數(shù)卣代甲烷有毒，難以生化降解。目前去除飲用水中氯消毒副產(chǎn)物的方法 主要包括強(qiáng)化混凝法、活性炭吸附法及膜過濾法。強(qiáng)化混凝法考慮到水處理過程中
化學(xué)物質(zhì)的投加、污泥量的增加等而限制其應(yīng)用范圍；活性炭吸附法僅能在一定程 度上去除水中的囟代甲烷，對飲用水中痕量污染物的去除難度更大，且難以洗脫； 膜過濾法去除水中的有機(jī)物具有能耗低、設(shè)備簡單的優(yōu)點(diǎn)，但膜的使用壽命較短、 易于污染。因此，有必要尋求一種反應(yīng)條件溫和、操作過程易于控制、二次污染風(fēng) 險(xiǎn)低、處理效果理想且成本適宜的氯消毒副產(chǎn)物處理4支術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決目前飲用水中低濃度氯消毒副產(chǎn)物去除過程中所存在的問題，本發(fā)明 提供了一種超聲波去除飲用水中氯消毒副產(chǎn)物的方法，處理過程易于控制、無需投 加化學(xué)試劑、能有效去除氯消毒副產(chǎn)物的飲用水凈化技術(shù)。
一種超聲波去除飲用水中氯消毒副產(chǎn)物的方法，是將主要含有CHC13、 CC14、 CHBrCl2與CHClBr2中的一種或幾種混合物的消毒副產(chǎn)物的飲用水在超聲波輻照^f牛 下進(jìn)行處理。超聲頻率為20kHz- 500kHz,超聲功率為20~ 300W/cm2;超聲輻照時(shí)間 為lmin ~ 2h。超聲輻照既可以采用靜態(tài)方法處理池中的水體，亦可采用動(dòng)態(tài)方法處理管路中 流動(dòng)的水體。超聲輻照裝置可以是封閉式的，亦可是敞口式的。超聲波可以由探頭 式設(shè)備或者槽式設(shè)備產(chǎn)生，這些設(shè)備可以是單頻超聲設(shè)備，亦可為雙頻超聲設(shè)備。
本發(fā)明的有益效果為
1、 本發(fā)明是在飲用水傳統(tǒng)處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，對氯化消毒后產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的 水體進(jìn)行超聲空化深度處理，進(jìn)一步提高飲用水的質(zhì)量。超聲空化作用可以產(chǎn)生局 部高溫、高壓，在超聲波作用下，溶液產(chǎn)生空化泡并迅速崩潰，整個(gè)過程發(fā)生在ns-ns時(shí)間內(nèi)，從而產(chǎn)生超過5 000 K的高溫和大于50 MPa的高壓環(huán)境，對水中的污 染物直接進(jìn)行熱解或/與自由基氧化。
2、 本發(fā)明去除飲用水中卣代曱烷等氯消毒副產(chǎn)物，無需加入化學(xué)試劑，二次污 染風(fēng)險(xiǎn)小，綠色環(huán)保。超聲空化效應(yīng)使水分解產(chǎn)生OH自由基的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位為 2. 80V,是目前已知可在水處理中應(yīng)用的最強(qiáng)的氧化劑，它可以無選擇地直接與飲用 水中氯消毒副產(chǎn)物反應(yīng)生成二氧化碳、水與礦物鹽，使水中的卣代甲烷氧化減少， 不會產(chǎn)生二次污染。
3、 本發(fā)明涉及的飲用水中消毒副產(chǎn)物的處理過程易于控制，可操作性強(qiáng)。超 聲波處理飲用水中的消毒副產(chǎn)物是一個(gè)物理-化學(xué)過程，很容易加以控制。另外， 本發(fā)明無需對傳統(tǒng)自來水廠的處理工藝進(jìn)行大規(guī)模改動(dòng)，只需在傳統(tǒng)工藝后添加超 聲后續(xù)處理工藝即可。
本發(fā)明采用超聲為指頻率高于20kHz的聲波，超聲作用于液體時(shí)會產(chǎn)生空化效 應(yīng)，空化泡崩潰瞬間產(chǎn)生局部高溫與高壓可有效去除工業(yè)廢水中高濃度的有機(jī)污染 物。
4、 該技術(shù)具有低耗高效、風(fēng)險(xiǎn)低、普適性強(qiáng)及易于現(xiàn)場操作等特點(diǎn)，但對于飲 用水中痕量有機(jī)污染物的超聲去除目前尚未見報(bào)道，飲用水中低濃度有^^污染物的 超聲去除效果與去除機(jī)理等均不明確。本發(fā)明以飲用水中低濃度的卣代甲烷消毒副 產(chǎn)物為研究對象，對此進(jìn)行有益的探索，這對飲用水中其他低濃度有機(jī)污染物的超 聲去除也具有借鑒作用。


圖1管式超聲反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
本發(fā)明中的飲用水樣取樣方法是按《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法》的要求，先放水 十分鐘，使積留于水管中的雜質(zhì)除去。取50ml比色管，將水樣收集于瓶中，使水樣 充滿全管，沒有氣泡。所用玻璃器皿在使用前均采用高溫處理，120。C烘烤2h去除 干擾物。
實(shí)施例1
飲用水樣品中含有15.79 pg'L-1 CHC13、 10. 43^IT1 CC14、 3. 19ng-L-1 CHBrCl2 與4. 75^L—1 CHClBr2的卣代甲烷；水樣pH值為7.1;超聲頻率為25kHz;超聲強(qiáng)度 為108 W/cm2;超聲輻照時(shí)間為30min;超聲波發(fā)射采用探頭式設(shè)備；超聲反應(yīng)裝置 (如圖1所示)密閉；超聲處理后CHC13、 CCh、 CHBrCl2與CHClBr2的剩余濃度分別 為9. 40^1/'、 6. 06^ig-I/1、 2. 21pg'L—'與2. Sljug'!/1,去除率分別為40. 5% 、 42. 9 % 、 30. 7 %與40. 8 % 。 tM羊pH值降低為6. 9,仍處在國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的范圍內(nèi)。
實(shí)施例2
實(shí)施例1中，其它務(wù)降不變，超聲強(qiáng)度改為192W/cm2時(shí)，CHC13、 CC14、 CHBrC12 與CHClBr2去除率分別為45. 5 % 、 50.1 % 、 39. 8 %與43. 2 %;超聲強(qiáng)度改為32 W/cm2 時(shí)，CHC13、 CC14、 CHBrCl2與CHClBr2去除率分別為31. 6%、 33.3%、 13,2%與20.8%。
實(shí)施例3
實(shí)施例1中，其它條件不變，超聲輻照時(shí)間改為10min時(shí)，CHC13、 CC14、 CHBrCl2 與CHClBr2去除率分別為20. 2%、26. 6%、25. 1%與17. 9 % ;超聲輻照時(shí)間改為60min 時(shí)，面代甲烷的去除率提高，CHC13、 CC14、 CHBrCl2與CHClBr2去除率分別為47. 3%、 64. 6% 、 58. 1%與54. 6% 。
實(shí)施例4
實(shí)施例1中，其它條件不變，超聲頻率為47kHz;超聲處理后CHCl3、CCl4、CHBrCl2 與CHClBr2的去除率分別為44. 5%、 47.9%、 33. 7%與41. 8%;在超聲反應(yīng)裝置內(nèi) 同時(shí)使用頻率為25kHz與47kHz的雙頻超聲發(fā)生設(shè)備，鹵代曱烷的去除率顯著提高，CHC13、 CC14、 CHBrCl2與CHClBr2的去除率分別為78.4%、 85,7%、 68. 7%與73.8%。 實(shí)施例5
實(shí)施例l中，其它條件不變，超聲反應(yīng)裝置改為敞口，超聲處理后CHCl3、 CC14、 CHBrCl2與CHClBr2四種卣代甲烷完全去除，表明在敞口容器中，超聲波輻照對水樣 中的卣代曱烷同時(shí)存在著超聲降解與超聲p^作用。
實(shí)施例6
一種超聲波去除飲用水中氯消毒副產(chǎn)物的方法，是將主要含有CHC13、 CC14、 CHBrCl2與CHClBr2等鹵代曱烷的飲用水在超聲波輻照條件下進(jìn)行處理。超聲頻率為 20kHz- 500kHz,可采用多頻超聲發(fā)生裝置，超聲功率為20~ 300W/cm2;超聲輻照時(shí) 間為lmin ~ 2h。
其中飲用水中的CHC13、 CC14、 CHBrCl2與CHClBr2等囟代甲烷的濃度是可變的； 超聲頻率可以是20kHz、 25 kHz、 47kHz、 100kHz、 500kHz;雙頻超聲發(fā)生器可以是 25 kHz +47 kHz、 25 kHz +100kHz、 47 kHz +500 kHz等;超聲功率可以是20 W/cm2、 108W/cm2、 192 W/cm2、 250W/cm2、 300 W/cm2等;超聲輻照時(shí)間為lmin、 5min、 38min、 64min、 120min等。
權(quán)利要求
1.一種超聲波去除飲用水中氯消毒副產(chǎn)物的方法，其特征在于，將含有痕量鹵代甲烷的飲用水在超聲波頻率為20kHz～500kHz、超聲波功率為20～300W/cm2的超聲波輻照條件下，超聲輻照1min～2h。
2. 如權(quán)利要求1所述的超聲波去除飲用水中氯消毒副產(chǎn)物的方法，其特征在于， 超聲波輻照處理靜態(tài)水池中的水體，或處理動(dòng)態(tài)管路中流動(dòng)的水體。
3. 如權(quán)利要求l所述的超聲波去除飲用水中氯消毒副產(chǎn)物的方法，其特征在于， 超聲波輻照裝置為封閉式或敞口式反應(yīng)器；超聲波由探頭式超聲設(shè)備或者槽式超 聲設(shè)備產(chǎn)生。
4. 如權(quán)利要求3所述的超聲波去除飲用水中氯消毒副產(chǎn)物的方法，其特征在于， 超聲設(shè)備采用單頻超聲，或采用雙頻超聲來處理々大用水中氯消毒副產(chǎn)物。
5. 如權(quán)利要求l所述的超聲波去除飲用水中氯消毒副產(chǎn)物的方法，其特征在于， 所述囟代曱烷為CHC13、 CC14、 CHBrCl2、 CHClBr2中的一種或幾種的混合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲波去除飲用水中氯消毒副產(chǎn)物的方法。將含有痕量CHCl3、CCl4、CHBrCl2與CHClBr2等消毒副產(chǎn)物的飲用水在超聲波輻照條件下進(jìn)行處理，超聲頻率為20kHz～500kHz，超聲功率為20～300W/cm²；超聲輻照時(shí)間為1min～2h。本方法主要利用超聲波的空化效應(yīng)對飲用水中的氯消毒副產(chǎn)物進(jìn)行直接熱解及羥基自由基氧化反應(yīng)。在敞口超聲反應(yīng)裝置中，超聲波輻照對水樣中的氯消毒副產(chǎn)物同時(shí)存在著超聲降解與超聲吹脫作用。與目前普遍采用的飲用水中氯消毒副產(chǎn)物去除技術(shù)相比，超聲空化降解技術(shù)對有機(jī)污染物具有反應(yīng)條件溫和、降解反應(yīng)無選擇性、二次污染風(fēng)險(xiǎn)低、處理過程易于控制及可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的社會效益與環(huán)境效益。
文檔編號C02F1/36GK101591047SQ20091003269
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者唐登勇, 正 鄭, 郭照冰, 顧春暉 申請人:南京信息工程大學(xué)