一种光敏药剂及饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法
【专利摘要】本发明一种光敏药剂及饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，属于水处理【技术领域】。本发明的饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，其步骤为：(Ⅰ)向待处理的饮用水中投加权利要求1或2中所述光敏药剂配成的溶液或者固体粉末，所述的光敏药剂投加量为0.1～100mg/L；(Ⅱ)搅拌均匀，通过紫外辐照，处理时间为0.1～60min，紫外剂量0.1～9000mJ/cm2，实现水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除。本发明的光敏药剂及饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法实现了对终端饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的高效、安全、同步去除。
【专利说明】—种光敏药剂及饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理【技术领域】，更具体地说，涉及一种利用活性光敏药剂，以及该光敏药剂与紫外光联用实现市政管网终端饮用水中的硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法。
【背景技术】
[0002]随着现代工业和农业的快速发展，大量氮类污染物经排放进入环境，造成国内大多数的饮用水水源受到了的严重污染。其中最典型的是硝酸盐与亚硝酸盐。饮用水的硝酸盐与亚硝酸盐，不仅能够引发蓝婴综合症，还可通过生化过程，转化为亚硝胺类等高毒性污染物，并诱发糖尿病、生殖毒性及癌症等多种流行病，进而危害公共健康。饮用水经市政给水厂加氯消毒后会产生大量具有具有“三致“作用(致畸、致癌、致突变)的消毒副产物。目前在氯化消毒的饮水中已经监测到400多种卤代化消毒副产物,包括:(I)卤代烷烃类；(2)卤代羧酸类；(3)卤乙腈类；(4)以及其他如多氯联苯、氯化呋喃酮等氯化消毒副产物。其中最典型的三氯甲烷和氯乙酸，已被美国环保局列为可致癌物质之一。因此，卫生部在2006年针对生活饮用水颁布了《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的强制执行标准。其中规定，硝酸盐的控制标 准为10mg/L，亚硝酸盐为lmg/L，三氯甲烷为0.06mg/L以及三氯乙酸为
0.lmg/L。然而，目前国内的绝大多数饮用水源受到了硝酸盐和/或亚硝酸盐污染，造成饮用水中氮的超标；同时水中大量有机物的污染及微生物污染，使得水厂在消毒过程中投加大量的氯消毒剂而造成消毒副产物的超标。饮用水水中的这些毒性物质，严重威胁了公共健康，因此亟需对这些污染物进行有效控制。目前，针对硝酸盐和亚硝酸盐的方法主要有:微生物代谢、离子交换、纳滤及反渗透、电化学、光催化、吸附剂吸附、金属还原等方法；针对消毒副产物的控制方法主要有:曝气法、活性炭吸附法及膜分离法。在化学反应原理上，鉴于无机的硝酸盐/亚硝盐与有机的消毒副产物在化学性质上差异巨大，上述这些技术均无法实现对硝酸盐/亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除；在技术层面，目前这些方法因安全性、稳定性、可靠性、成本、二次污染及运行维护的问题还未用于绝大多数的饮用水水厂。市政饮用水厂的常规处理工艺对于硝酸盐和亚硝酸盐几乎基本没有去除效果；同时，为了保持管网的余氯，氯化消毒是常规饮用水处理工艺的最后环节，所以市政供水厂一般不会专门增加针对消毒副产物的处理工艺。因此，水源水中的硝酸盐和亚硝酸盐以及氯化消毒过程中产生的消毒副产物就会进入市政供水管网而到达终端用户，会产生潜在的公共健康风险。然而，目前还没有一种针对终端饮用水的能够同步去除硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的控制技术。
[0003]申请号:200910073449.X，申请日:2009-12-18的专利文献公开了一种光促脱卤复合药剂/光联用去除水中卤代有机物的方法。它解决了现有采用气提法、活性炭吸附法、电化学去除法、高级氧化法、过渡金属催化还原法、真空紫外或反应性渗透墙技术去除水中卤代有机物存在的各种弊端。方法:向含卤代有机物的水中投加光促脱卤复合药剂并搅拌，然后光辐照。本发明不需要多级去除、不需要昂贵的氧化剂和催化剂、不产生二次污染、不需要昂贵的真空紫外光源和高能辐射源、可利用普通廉价的紫外波普光源，甚至拓展到可见光，提高光能量的利用效率、可快速的去除卤代有机物，可方便的设计反应器，满足各种不同水体的需要，管理方便，能够保障水质安全。但是该方法，所产生的活性物种活性较弱、过程中量子产率较低、对污染物的选择性差、适应水质本底的能力弱，仅能实现对部分消毒副产物的降解；产生的活性物种会被水中的溶解氧消耗而猝灭，造成效率偏低；无法产生大量的还原性活性物种，进而很难实现对高价态的硝态氮进行脱氮处理。
[0004]综上所述，终端饮用水中的硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物仍是目前水处理领域的一个巨大挑战，亟需开发一种能够对这些污染物实现同步去除的技术。
【发明内容】
[0005]1.发明要解决的技术问题
[0006]本发明针对目前终端饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物控制方法缺乏的技术现状，提出了一种光敏药剂及饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法。本发明提供的技术方案安全、高效、可靠、方便，可用于多种终端用水的处理，从而保障饮用水水质安全。
[0007]2.技术方案
[0008]为达到上述目的，本发明提供的技术方案为:
[0009]一种光敏药剂，它由以下2种组分按照一定质量百分比复合而成:
[0010]A 组分，20%-40%;
[0011]B 组分，60%-80%;
[0012]其中，A组分为以下3种物质中的至少一种:
[0013](I)氢氧化钠或氢氧化钾；
[0014](2)高锰酸钾或高锰酸钠；
[0015](3)硫酸锌或氯化锌；
[0016]其中，B组分为以下2种物质中的至少一种:
[0017](I)亚硫酸钠或亚硫酸钾；
[0018](2)过硫酸钠、过硫酸钾、单过一硫酸钾或单过一硫酸钠。
[0019]优选地，所述的A组分由以下3种物质组成，且该三种物质占所述光敏药剂的质量百分如下:
[0020](I)氢氧化钠或氢氧化钾，1%~10% ；
[0021 ] (2)高锰酸钾或高锰酸钠，5 %~20 % ;
[0022](3)硫酸锌或氯化锌，5%~15%。
[0023]一种饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，其步骤为:
[0024]( I )向待处理的饮用水中投加所述光敏药剂配成的溶液或者固体粉末，所述的光敏药剂投加量为0.1~100mg/L ；
[0025]( II )搅拌均匀，通过紫外辐照，处理时间为0.1~60min，紫外剂量0.1~9000mJ/cm2，实现水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除。
[0026] 优选地，所述的步骤(I )中，待处理的饮用水的浊度小于5NTU。[0027]3.有益效果
[0028]采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果:
[0029](I)本发明提供了一种光敏药剂，该光敏药剂在紫外辐照下受激发活化后，通过分子催化机理，可以同步高效地产生高活性且具有高选择性的活性物种如低价锰、低价锌和硫酸根自由基等。这些活性物种既可以与硝酸盐、亚硝酸盐发生氧化还原反应实现脱氮，还可以与消毒副产物发生电子转移反应使氯消毒副产物快速降解和脱毒，从而首次实现了对水中硝酸盐、亚硝酸盐和消毒副产物同步去除的目的。光敏药剂本身不含毒性物质，不引起二次污染，处理出水完全符合卫生部颁布的饮用水卫生安全标准(2006版)。因此该方法高效、安全、可靠；
[0030](2)本发明的一种终端饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，可以实现硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的高效同步去除；与现有的处理方法相比，该光敏剂可以通过调节药剂配方比例，灵活地控制产生对消毒副产物、硝酸盐和亚硝酸盐具有特殊选择性和反应活性的特定活性物种，从而灵活而又有选择性地实现了对硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物中的某一类或者全部完全高效的降解和脱毒；不仅可以实现硝酸盐和亚硝酸盐的无害化去除，同时可以实现对氯消毒副产物的安全脱毒，且过程中无毒性副产物生成，安全可靠；另外，该光敏药剂加入水体后，不会造成明显残留，无需后续处理，操作方便，运行经济；
[0031](3)本发明的一种终端饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，适用范围广，可用于小区集中供水、分质供水、直饮水系统、市政公共用水、终端家庭饮用水、热水器和饮水机；可以根据不同水力学条件，灵活方便地设计光反应器，且可以通过控制水力停留时间或紫外 光剂量的方式应变较宽范围内污染物负荷的波动，从而达到高效经济的处理效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本发明实施例1中光敏药剂与紫外光联用去除小区自来水中硝酸盐、亚硝酸盐、三氯甲烷和三种氯乙酸的效果图。
【具体实施方式】
[0033]为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
[0034]实施例1
[0035]结合附图1，本实施例的一种饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，处理对象为自来水中的硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物，可适用于小区集中供水、分质供水、直饮水系统、市政公共用水、终端家庭饮用水和饮水机。
[0036]本实施例主要证明该方法对终端饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除功效。以某小区自来水为例，水中硝酸盐浓度为8.3mg/L，亚硝酸盐浓度为1.5mg/L,三氯甲烧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为 7.8，水温为 17°C，浊度 0.8NTU, UV254 为 0.021Cm^10
[0037]本实施例所用光敏药剂可以由以下几种化合物根据污染物的种类与性质，通过调配各化合物的比例而选择性地复合而成:氢氧化钠(或氢氧化钾)、高锰酸钾(或高锰酸钠)、硫酸锌或氯化锌、亚硫酸钠(或亚硫酸钾)、过硫酸钠(或过硫酸钾)复合而成。本实施例中选用的光敏药剂由高锰酸钾、亚硫酸钠、氢氧化钠和硫酸锌分别按照5^:70^:10%:15%的比例复合而成。药剂按照30mg/L的浓度投加，混合均匀后将，将待处理水导入到柱状光反应器中，经功率为IOW的紫外灯辐照处理30分钟。
[0038]本实施例的同步去除效果如图1所示。该方法可以在30分钟内使硝酸盐、亚硝酸盐、三氯甲烷、一氯乙酸、二氯乙酸和三氯乙酸实现99%以上的去除。本实施例的同步去除方法安全高效、成本经济、运行稳定、操作简单，并且可以针对具体水质特征实现自动投药和控制反应时间。
[0039]实施例2
[0040]本实施例的一种终端饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，基本同实施例1，不同之处在于:本实施例使用的光敏药剂投量为0.lmg/L，经过60分钟处理，硝酸盐、亚硝酸盐、三氯甲烷、一氯乙酸、二氯乙酸和三氯乙酸可以实现60%以上的去除，达到饮用水卫生安全标准。
[0041]实施例3
[0042]本实施例的一种终端饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，基本同实施例1，不同之处在于:本实施例使用的光敏药剂投量为100mg/L，经过5分钟处理，即可实现硝酸盐、亚硝酸盐、三氯甲烷、一氯乙酸、二氯乙酸和三氯乙酸实现95%以上的去除，完全达到饮用水卫生安全标准。
[0043]实施例4
[0044]本实施例的一种终端饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，基本同实施例1，不同之处在于:本实施例使用的光敏药剂由高锰酸钾和过硫酸钾按照20%:80%的比例复合而成。经紫外处理25分钟，可以实现亚硝酸盐和消毒副产物98%以上的去除。
[0045]实施例5
[0046]本实施例的一种终端饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，基本同实施例1，不同之处在于:本实施例使用的光敏药剂由亚硫酸钾、氢氧化钠和氯化锌按照80%:15%:5%的比例复合而成。投药量为20mg/L经紫外处理20分钟，可以实现硝酸盐、亚硝酸盐和消毒副产物95%以上的去除。
[0047]实施例6
[0048]本实施例的一种终端饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，基本同实施例1，不同之处在于:本实施例使用的光敏药剂由亚硫酸钠和氢氧化钾按照70%:30%的比例复合而成。投药量为20mg/L经紫外处理10分钟，可以实现硝酸盐、亚硝酸盐和消毒副产物97%以上的去除。
[0049]实施例7
[0050]本实施例的一种终端饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，基本同实施例1，不同之处在于:本实施例使用的光敏药剂由高锰酸钾和过硫酸钠按照20%:80%的比例复合而成。处理的水为分质供水。经紫外处理27分钟，可以实现亚硝酸盐和消毒副产物98%以上的去除。
[0051]实施例8[0052]本实施例的一种终端饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，基本同实施例1，不同之处在于:本实施例使用的光敏药剂由高锰酸钾和单过一硫酸钠按照20%:80%的比例复合而成。经紫外处理40分钟，可以实现亚硝酸盐和消毒副产物98%以上的去除。处理的水为直饮水系统。
[0053]实施例9
[0054]本实施例的一种终端饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，基本同实施例1，不同之处在于:本实施例使用的光敏药剂由高锰酸钾和单过一硫酸钾按照20%:80%的比例复合而成。经紫外处理40分钟，可以实现亚硝酸盐和消毒副产物98%以上的去除。处理的水为市政公共用水。
[0055]实施例10
[0056]本实施例的一种终端饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，基本同实施例1，不同之处在于:处理的水为终端家庭饮用水。
[0057]实施例11
[0058]本实施例的一种终端饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，基本同实施例1， 不同之处在于:该方法用于热水器和饮水机的水处理。
【权利要求】
1.一种光敏药剂，它由以下2种组分按照一定质量百分比复合而成: A 组分，20% -40% ； B 组分，60% -80% ； 其中，A组分为以下3种物质中的至少一种: (1)氢氧化钠或氢氧化钾； (2)高锰酸钾或高锰酸钠； (3)硫酸锌或氯化锌； 其中，B组分为以下2种物质中的至少一种: (1)亚硫酸钠或亚硫酸钾； (2)过硫酸钠、过硫酸钾、单过一硫酸钾或单过一硫酸钠。
2.根据权利要求1所述的一种光敏药剂，其特征在于，所述的A组分由以下3种物质组成,且该三种物质占所述光敏药剂的质量百分如下: (1)氢氧化钠或氢氧化钾，I%~10% ； (2)高锰酸钾或高锰酸钠，5%~20%； (3)硫酸锌或氯化锌，5%~15%。
3.一种饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，其步骤为: (I)向待处理的饮用水中投加权利要求1或2中所述光敏药剂配成的溶液或者固体粉末，所述的光敏药剂投加量为0.1~100mg/L ； (II )搅拌均匀，通过紫外辐照，处理时间为0.1~60min，紫外剂量0.1~9000mJ/cm2，实现水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除。
4.根据权利要求3所述的一种饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐和氯消毒副产物的同步去除方法，其特征在于，所述的步骤(I )中，待处理的饮用水的浊度小于5NTU。
【文档编号】C02F1/32GK103964559SQ201410214139
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】李旭春, 顾霖, 金增峰, 徐慧, 谢碧煌, 滕龙, 潘丙才 申请人:南京大学