一種光敏藥劑及飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法
【專利摘要】本發(fā)明一種光敏藥劑及飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，其步驟為：(Ⅰ)向待處理的飲用水中投加權(quán)利要求1或2中所述光敏藥劑配成的溶液或者固體粉末，所述的光敏藥劑投加量為0.1～100mg/L；(Ⅱ)攪拌均勻，通過紫外輻照，處理時間為0.1～60min，紫外劑量0.1～9000mJ/cm2，實現(xiàn)水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除。本發(fā)明的光敏藥劑及飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法實現(xiàn)了對終端飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的高效、安全、同步去除。
【專利說明】—種光敏藥劑及飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種利用活性光敏藥劑，以及該光敏藥劑與紫外光聯(lián)用實現(xiàn)市政管網(wǎng)終端飲用水中的硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)和農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，大量氮類污染物經(jīng)排放進(jìn)入環(huán)境，造成國內(nèi)大多數(shù)的飲用水水源受到了的嚴(yán)重污染。其中最典型的是硝酸鹽與亞硝酸鹽。飲用水的硝酸鹽與亞硝酸鹽，不僅能夠引發(fā)藍(lán)嬰綜合癥，還可通過生化過程，轉(zhuǎn)化為亞硝胺類等高毒性污染物，并誘發(fā)糖尿病、生殖毒性及癌癥等多種流行病，進(jìn)而危害公共健康。飲用水經(jīng)市政給水廠加氯消毒后會產(chǎn)生大量具有具有“三致“作用(致畸、致癌、致突變)的消毒副產(chǎn)物。目前在氯化消毒的飲水中已經(jīng)監(jiān)測到400多種鹵代化消毒副產(chǎn)物,包括:(I)鹵代烷烴類；(2)鹵代羧酸類；(3)鹵乙腈類；(4)以及其他如多氯聯(lián)苯、氯化呋喃酮等氯化消毒副產(chǎn)物。其中最典型的三氯甲烷和氯乙酸，已被美國環(huán)保局列為可致癌物質(zhì)之一。因此，衛(wèi)生部在2006年針對生活飲用水頒布了《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)的強(qiáng)制執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。其中規(guī)定，硝酸鹽的控制標(biāo) 準(zhǔn)為10mg/L，亞硝酸鹽為lmg/L，三氯甲烷為0.06mg/L以及三氯乙酸為
0.lmg/L。然而，目前國內(nèi)的絕大多數(shù)飲用水源受到了硝酸鹽和/或亞硝酸鹽污染，造成飲用水中氮的超標(biāo)；同時水中大量有機(jī)物的污染及微生物污染，使得水廠在消毒過程中投加大量的氯消毒劑而造成消毒副產(chǎn)物的超標(biāo)。飲用水水中的這些毒性物質(zhì)，嚴(yán)重威脅了公共健康，因此亟需對這些污染物進(jìn)行有效控制。目前，針對硝酸鹽和亞硝酸鹽的方法主要有:微生物代謝、離子交換、納濾及反滲透、電化學(xué)、光催化、吸附劑吸附、金屬還原等方法；針對消毒副產(chǎn)物的控制方法主要有:曝氣法、活性炭吸附法及膜分離法。在化學(xué)反應(yīng)原理上，鑒于無機(jī)的硝酸鹽/亞硝鹽與有機(jī)的消毒副產(chǎn)物在化學(xué)性質(zhì)上差異巨大，上述這些技術(shù)均無法實現(xiàn)對硝酸鹽/亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除；在技術(shù)層面，目前這些方法因安全性、穩(wěn)定性、可靠性、成本、二次污染及運(yùn)行維護(hù)的問題還未用于絕大多數(shù)的飲用水水廠。市政飲用水廠的常規(guī)處理工藝對于硝酸鹽和亞硝酸鹽幾乎基本沒有去除效果；同時，為了保持管網(wǎng)的余氯，氯化消毒是常規(guī)飲用水處理工藝的最后環(huán)節(jié)，所以市政供水廠一般不會專門增加針對消毒副產(chǎn)物的處理工藝。因此，水源水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽以及氯化消毒過程中產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物就會進(jìn)入市政供水管網(wǎng)而到達(dá)終端用戶，會產(chǎn)生潛在的公共健康風(fēng)險。然而，目前還沒有一種針對終端飲用水的能夠同步去除硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的控制技術(shù)。
[0003]申請?zhí)?200910073449.X，申請日:2009-12-18的專利文獻(xiàn)公開了一種光促脫鹵復(fù)合藥劑/光聯(lián)用去除水中鹵代有機(jī)物的方法。它解決了現(xiàn)有采用氣提法、活性炭吸附法、電化學(xué)去除法、高級氧化法、過渡金屬催化還原法、真空紫外或反應(yīng)性滲透墻技術(shù)去除水中鹵代有機(jī)物存在的各種弊端。方法:向含鹵代有機(jī)物的水中投加光促脫鹵復(fù)合藥劑并攪拌，然后光輻照。本發(fā)明不需要多級去除、不需要昂貴的氧化劑和催化劑、不產(chǎn)生二次污染、不需要昂貴的真空紫外光源和高能輻射源、可利用普通廉價的紫外波普光源，甚至拓展到可見光，提高光能量的利用效率、可快速的去除鹵代有機(jī)物，可方便的設(shè)計反應(yīng)器，滿足各種不同水體的需要，管理方便，能夠保障水質(zhì)安全。但是該方法，所產(chǎn)生的活性物種活性較弱、過程中量子產(chǎn)率較低、對污染物的選擇性差、適應(yīng)水質(zhì)本底的能力弱，僅能實現(xiàn)對部分消毒副產(chǎn)物的降解；產(chǎn)生的活性物種會被水中的溶解氧消耗而猝滅，造成效率偏低；無法產(chǎn)生大量的還原性活性物種，進(jìn)而很難實現(xiàn)對高價態(tài)的硝態(tài)氮進(jìn)行脫氮處理。
[0004]綜上所述，終端飲用水中的硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物仍是目前水處理領(lǐng)域的一個巨大挑戰(zhàn)，亟需開發(fā)一種能夠?qū)@些污染物實現(xiàn)同步去除的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明針對目前終端飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物控制方法缺乏的技術(shù)現(xiàn)狀，提出了一種光敏藥劑及飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法。本發(fā)明提供的技術(shù)方案安全、高效、可靠、方便，可用于多種終端用水的處理，從而保障飲用水水質(zhì)安全。
[0007]2.技術(shù)方案
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0009]一種光敏藥劑，它由以下2種組分按照一定質(zhì)量百分比復(fù)合而成:
[0010]A 組分，20%-40%;
[0011]B 組分，60%-80%;
[0012]其中，A組分為以下3種物質(zhì)中的至少一種:
[0013](I)氫氧化鈉或氫氧化鉀；
[0014](2)高錳酸鉀或高錳酸鈉；
[0015](3)硫酸鋅或氯化鋅；
[0016]其中，B組分為以下2種物質(zhì)中的至少一種:
[0017](I)亞硫酸鈉或亞硫酸鉀；
[0018](2)過硫酸鈉、過硫酸鉀、單過一硫酸鉀或單過一硫酸鈉。
[0019]優(yōu)選地，所述的A組分由以下3種物質(zhì)組成，且該三種物質(zhì)占所述光敏藥劑的質(zhì)量百分如下:
[0020](I)氫氧化鈉或氫氧化鉀，1%~10% ；
[0021 ] (2)高錳酸鉀或高錳酸鈉，5 %~20 % ;
[0022](3)硫酸鋅或氯化鋅，5%~15%。
[0023]一種飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，其步驟為:
[0024]( I )向待處理的飲用水中投加所述光敏藥劑配成的溶液或者固體粉末，所述的光敏藥劑投加量為0.1~100mg/L ；
[0025]( II )攪拌均勻，通過紫外輻照，處理時間為0.1~60min，紫外劑量0.1~9000mJ/cm2，實現(xiàn)水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除。
[0026] 優(yōu)選地，所述的步驟(I )中，待處理的飲用水的濁度小于5NTU。[0027]3.有益效果
[0028]采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果:
[0029](I)本發(fā)明提供了一種光敏藥劑，該光敏藥劑在紫外輻照下受激發(fā)活化后，通過分子催化機(jī)理，可以同步高效地產(chǎn)生高活性且具有高選擇性的活性物種如低價錳、低價鋅和硫酸根自由基等。這些活性物種既可以與硝酸鹽、亞硝酸鹽發(fā)生氧化還原反應(yīng)實現(xiàn)脫氮，還可以與消毒副產(chǎn)物發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)使氯消毒副產(chǎn)物快速降解和脫毒，從而首次實現(xiàn)了對水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和消毒副產(chǎn)物同步去除的目的。光敏藥劑本身不含毒性物質(zhì)，不引起二次污染，處理出水完全符合衛(wèi)生部頒布的飲用水衛(wèi)生安全標(biāo)準(zhǔn)(2006版)。因此該方法高效、安全、可靠；
[0030](2)本發(fā)明的一種終端飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，可以實現(xiàn)硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的高效同步去除；與現(xiàn)有的處理方法相比，該光敏劑可以通過調(diào)節(jié)藥劑配方比例，靈活地控制產(chǎn)生對消毒副產(chǎn)物、硝酸鹽和亞硝酸鹽具有特殊選擇性和反應(yīng)活性的特定活性物種，從而靈活而又有選擇性地實現(xiàn)了對硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物中的某一類或者全部完全高效的降解和脫毒；不僅可以實現(xiàn)硝酸鹽和亞硝酸鹽的無害化去除，同時可以實現(xiàn)對氯消毒副產(chǎn)物的安全脫毒，且過程中無毒性副產(chǎn)物生成，安全可靠；另外，該光敏藥劑加入水體后，不會造成明顯殘留，無需后續(xù)處理，操作方便，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)；
[0031](3)本發(fā)明的一種終端飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，適用范圍廣，可用于小區(qū)集中供水、分質(zhì)供水、直飲水系統(tǒng)、市政公共用水、終端家庭飲用水、熱水器和飲水機(jī)；可以根據(jù)不同水力學(xué)條件，靈活方便地設(shè)計光反應(yīng)器，且可以通過控制水力停留時間或紫外 光劑量的方式應(yīng)變較寬范圍內(nèi)污染物負(fù)荷的波動，從而達(dá)到高效經(jīng)濟(jì)的處理效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明實施例1中光敏藥劑與紫外光聯(lián)用去除小區(qū)自來水中硝酸鹽、亞硝酸鹽、三氯甲烷和三種氯乙酸的效果圖。
【具體實施方式】
[0033]為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述。
[0034]實施例1
[0035]結(jié)合附圖1，本實施例的一種飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，處理對象為自來水中的硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物，可適用于小區(qū)集中供水、分質(zhì)供水、直飲水系統(tǒng)、市政公共用水、終端家庭飲用水和飲水機(jī)。
[0036]本實施例主要證明該方法對終端飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除功效。以某小區(qū)自來水為例，水中硝酸鹽濃度為8.3mg/L，亞硝酸鹽濃度為1.5mg/L,三氯甲燒0.19mg/L, 一氯乙酸0.08mg/L, 二氯乙酸0.06mg/L,三氯乙酸0.13mg/L,水的pH為 7.8，水溫為 17°C，濁度 0.8NTU, UV254 為 0.021Cm^10
[0037]本實施例所用光敏藥劑可以由以下幾種化合物根據(jù)污染物的種類與性質(zhì)，通過調(diào)配各化合物的比例而選擇性地復(fù)合而成:氫氧化鈉(或氫氧化鉀)、高錳酸鉀(或高錳酸鈉)、硫酸鋅或氯化鋅、亞硫酸鈉(或亞硫酸鉀)、過硫酸鈉(或過硫酸鉀)復(fù)合而成。本實施例中選用的光敏藥劑由高錳酸鉀、亞硫酸鈉、氫氧化鈉和硫酸鋅分別按照5^:70^:10%:15%的比例復(fù)合而成。藥劑按照30mg/L的濃度投加，混合均勻后將，將待處理水導(dǎo)入到柱狀光反應(yīng)器中，經(jīng)功率為IOW的紫外燈輻照處理30分鐘。
[0038]本實施例的同步去除效果如圖1所示。該方法可以在30分鐘內(nèi)使硝酸鹽、亞硝酸鹽、三氯甲烷、一氯乙酸、二氯乙酸和三氯乙酸實現(xiàn)99%以上的去除。本實施例的同步去除方法安全高效、成本經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡單，并且可以針對具體水質(zhì)特征實現(xiàn)自動投藥和控制反應(yīng)時間。
[0039]實施例2
[0040]本實施例的一種終端飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，基本同實施例1，不同之處在于:本實施例使用的光敏藥劑投量為0.lmg/L，經(jīng)過60分鐘處理，硝酸鹽、亞硝酸鹽、三氯甲烷、一氯乙酸、二氯乙酸和三氯乙酸可以實現(xiàn)60%以上的去除，達(dá)到飲用水衛(wèi)生安全標(biāo)準(zhǔn)。
[0041]實施例3
[0042]本實施例的一種終端飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，基本同實施例1，不同之處在于:本實施例使用的光敏藥劑投量為100mg/L，經(jīng)過5分鐘處理，即可實現(xiàn)硝酸鹽、亞硝酸鹽、三氯甲烷、一氯乙酸、二氯乙酸和三氯乙酸實現(xiàn)95%以上的去除，完全達(dá)到飲用水衛(wèi)生安全標(biāo)準(zhǔn)。
[0043]實施例4
[0044]本實施例的一種終端飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，基本同實施例1，不同之處在于:本實施例使用的光敏藥劑由高錳酸鉀和過硫酸鉀按照20%:80%的比例復(fù)合而成。經(jīng)紫外處理25分鐘，可以實現(xiàn)亞硝酸鹽和消毒副產(chǎn)物98%以上的去除。
[0045]實施例5
[0046]本實施例的一種終端飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，基本同實施例1，不同之處在于:本實施例使用的光敏藥劑由亞硫酸鉀、氫氧化鈉和氯化鋅按照80%:15%:5%的比例復(fù)合而成。投藥量為20mg/L經(jīng)紫外處理20分鐘，可以實現(xiàn)硝酸鹽、亞硝酸鹽和消毒副產(chǎn)物95%以上的去除。
[0047]實施例6
[0048]本實施例的一種終端飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，基本同實施例1，不同之處在于:本實施例使用的光敏藥劑由亞硫酸鈉和氫氧化鉀按照70%:30%的比例復(fù)合而成。投藥量為20mg/L經(jīng)紫外處理10分鐘，可以實現(xiàn)硝酸鹽、亞硝酸鹽和消毒副產(chǎn)物97%以上的去除。
[0049]實施例7
[0050]本實施例的一種終端飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，基本同實施例1，不同之處在于:本實施例使用的光敏藥劑由高錳酸鉀和過硫酸鈉按照20%:80%的比例復(fù)合而成。處理的水為分質(zhì)供水。經(jīng)紫外處理27分鐘，可以實現(xiàn)亞硝酸鹽和消毒副產(chǎn)物98%以上的去除。
[0051]實施例8[0052]本實施例的一種終端飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，基本同實施例1，不同之處在于:本實施例使用的光敏藥劑由高錳酸鉀和單過一硫酸鈉按照20%:80%的比例復(fù)合而成。經(jīng)紫外處理40分鐘，可以實現(xiàn)亞硝酸鹽和消毒副產(chǎn)物98%以上的去除。處理的水為直飲水系統(tǒng)。
[0053]實施例9
[0054]本實施例的一種終端飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，基本同實施例1，不同之處在于:本實施例使用的光敏藥劑由高錳酸鉀和單過一硫酸鉀按照20%:80%的比例復(fù)合而成。經(jīng)紫外處理40分鐘，可以實現(xiàn)亞硝酸鹽和消毒副產(chǎn)物98%以上的去除。處理的水為市政公共用水。
[0055]實施例10
[0056]本實施例的一種終端飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，基本同實施例1，不同之處在于:處理的水為終端家庭飲用水。
[0057]實施例11
[0058]本實施例的一種終端飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，基本同實施例1， 不同之處在于:該方法用于熱水器和飲水機(jī)的水處理。
【權(quán)利要求】
1.一種光敏藥劑，它由以下2種組分按照一定質(zhì)量百分比復(fù)合而成: A 組分，20% -40% ； B 組分，60% -80% ； 其中，A組分為以下3種物質(zhì)中的至少一種: (1)氫氧化鈉或氫氧化鉀； (2)高錳酸鉀或高錳酸鈉； (3)硫酸鋅或氯化鋅； 其中，B組分為以下2種物質(zhì)中的至少一種: (1)亞硫酸鈉或亞硫酸鉀； (2)過硫酸鈉、過硫酸鉀、單過一硫酸鉀或單過一硫酸鈉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光敏藥劑，其特征在于，所述的A組分由以下3種物質(zhì)組成,且該三種物質(zhì)占所述光敏藥劑的質(zhì)量百分如下: (1)氫氧化鈉或氫氧化鉀，I%~10% ； (2)高錳酸鉀或高錳酸鈉，5%~20%； (3)硫酸鋅或氯化鋅，5%~15%。
3.一種飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，其步驟為: (I)向待處理的飲用水中投加權(quán)利要求1或2中所述光敏藥劑配成的溶液或者固體粉末，所述的光敏藥劑投加量為0.1~100mg/L ； (II )攪拌均勻，通過紫外輻照，處理時間為0.1~60min，紫外劑量0.1~9000mJ/cm2，實現(xiàn)水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種飲用水中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯消毒副產(chǎn)物的同步去除方法，其特征在于，所述的步驟(I )中，待處理的飲用水的濁度小于5NTU。
【文檔編號】C02F1/32GK103964559SQ201410214139
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】李旭春, 顧霖, 金增峰, 徐慧, 謝碧煌, 滕龍, 潘丙才 申請人:南京大學(xué)