一种去除饮用水中有机氯胺的方法

1.本发明属于水处理技术领域，涉及一种去除饮用水中有机氯胺的方法。


背景技术：

2.水源水中普遍存在各类溶解性有机氮类物质，其中很多含有
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nh2或
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nh
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等氨基基团，这类物质在与水处理氧化消毒剂自由氯或氯胺反应时，氨基上的h很容易被cl取代产生一类氯代衍生物有机氯胺。这类形态的氯胺与无机的一氯胺(nh2cl)、二氯胺(nhcl2)和三氯胺(ncl3)结构相似，在采用传统n,n
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diethyl
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p
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phenylenediamine(dpd)显色法测定总氯时，会被当做总氯的一部分被检出(water research,2007,41,3097
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3120)。但不同于无机氯胺，这类有机氯胺氧化杀菌能力很弱(water research,2003,37,1557
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1570；journal of environmental science,2017,58,2
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18)，其存在会导致加氯(胺)后水中实际有效消毒剂余量被高估，从而给饮用水带来水质安全风险(给水排水，2020，46(9)，47
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54)。部分有机氯胺一旦生成，即会长时间稳定存在于水中，如研究发现高藻水源进行预氯化处理时，会产生大量有机氯胺，且在水中存在较为稳定，严重干扰了后续水处理消毒过程中氯(胺)消毒剂的投加和余量控制(water research,2016,103,189
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196)。此外，部分有机氯胺在过量自由氯或氯胺存在条件下，也会进一步降解转化为“三致”毒性消毒副产物，如三卤甲烷、卤乙腈、卤代硝基甲烷等(chemosphere,2018,195,673
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682)。所以，单纯采用加大氯(胺)投加量来弥补有机氯胺的干扰判断并不可取，不仅增加药剂成本，而且会导致自来水厂出水和管网末梢水面临消毒副产物超标的风险。
3.中国专利cn102381740a公开了一种基于过硫酸盐/光联用去除水中含氮消毒副产物的方法，其先向含有含氮消毒副产物的水中投加过硫酸盐，然后光辐照，即完成。该专利虽然也采用通过紫外辐照的方法来降低含氮消毒副产物，但是，其必须要依赖前面添加的如过硫酸盐等复合药剂产生自由基，因此，在处理完后，很容易导致新的污染物的产生，如硫酸盐超标等问题，不适用于饮用水的处理。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了提供一种去除饮用水中有机氯胺的方法，无需投加其他化学药剂，更加安全经济，且通过特定反应条件的限定，可将去除过程中的其他消毒副产物风险降至最低。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种去除饮用水中有机氯胺的方法，对于存在有机氯胺的水体，直接进行紫外照射，即实现水体中有机氯胺的去除。
7.进一步的，紫外照射前，先调节水体的ph值至7
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9，可实现较高的有机氯胺去除率，并确保消毒副产物生成量处于较低水平。更优选的，紫外照射前，先调节水体的ph值至9。
8.进一步的，紫外照射所采用的紫外光源为低压紫外汞灯。更进一步的，低压紫外汞灯所发出的紫外光的波长为254nm。其成本低廉、容易实现，且相比其他波长光源对有机氯
胺去除和消毒副产物生成控制效果更佳。
9.进一步的，紫外照射的光照强度为100
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150μw/cm2，紫外辐照剂量保持在400mj/cm2以上，可实现更高的有机氯胺去除率和更低的消毒副产物生成量。
10.更进一步的，紫外照射的时间为20
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60min。
11.更进一步的，紫外照射的时间为60min。
12.进一步的，整个过程在常温常压下进行。
13.进一步的，所述水体为经投加自由氯或氯胺反应后生成有机氯胺的水体。
14.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
15.(1)本发明解决了净水过程中有机氯胺难去除且消毒副产物难控制的问题。
16.(2)本发明方法简单易实现，仅需采用当前水处理消毒常用的紫外辐照工艺即可实现，无需投加其他化学药剂，安全又经济。
17.(3)本发明方法适用的ph范围与实际饮用水ph值高度吻合，且在常温常压下即可进行，调控方便快捷。
18.(4)本发明处理后可提升后续加氯(胺)过程中水中消毒剂余量的测定准确度，避免因有效消毒剂余量被高估而引发的生物安全风险。
附图说明
19.图1为单独加氯、单独紫外和紫外/氯高级氧化对有机氯胺的去除效果；
20.图2为单独加氯、单独紫外和紫外/氯高级氧化去除有机氯胺过程中的消毒副产物生成情况对比；
21.图3为不同ph下紫外光解对有机氯胺的去除率及消毒副产物的生成情况。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
23.以下各实施例中，如无特别说明的原料试剂或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售产品或常规处理技术。
24.实施例1
25.以水源水中广泛存在的藻类和微生物dna中的主要成分胞嘧啶为前体物，通过预加氯(胞嘧啶初始浓度100μm，ph＝7，次氯酸钠投加量为300μm，反应时间3h)产生目标物有机氯胺。然后分别进行单独加氯、单独紫外辐照和紫外/氯同时投加进行不同方法的有机氯胺去除对比，其中，次氯酸钠投加量为100μm，紫外光照强度为111μw/cm2，ph控制为7，反应时间控制为0、2、10、20、40和60min，在相应时间点取样分析有机氯胺浓度。
26.由图1(a)可看出，由胞嘧啶加氯产生的有机氯胺在不做任何处理时，其化学性质是非常稳定的，随时间在水中几乎没有变化；当采用再次加氯时，产生的有机氯胺在短时间内，非但没有被降解，反而有明显增加趋势，这是因为胞嘧啶分子结构上还有多处类氨基基团，在过量余氯条件下增加了有机氯胺产量，但随反应时间进行又有所衰减，但整体保持较为稳定，较初始浓度而言没有明显减少；而当采用紫外照射或紫外/氯高级氧化(紫外和氯
同时投加)处理时，有机氯胺发生了明显的降解，且两种方法降解效果基本一致。由图1(b)总结来看，对已产生的有机氯胺，采用单独紫外照射或紫外/氯高级氧化均可取得较好的去除效果，60min时(对应紫外辐照剂量400mj/cm2)去除率可达60％以上，而单独加氯不仅不会去除有机氯胺，反而会促进有机氯胺浓度再次升高。
27.实施例2
28.以水源水中广泛存在的藻类和微生物dna中的主要成分胞嘧啶为前体物，通过预加氯(胞嘧啶初始浓度100μm，ph＝7，次氯酸钠投加量为300μm，反应时间3h)产生目标物有机氯胺。然后分别进行单独加氯、单独紫外辐照和紫外/氯同时投加进行不同方法的有机氯胺去除对比。其中，次氯酸钠投加量为100μm，紫外光照强度为111μw/cm2，ph控制为7，反应时间控制为0、2、10、20、40和60min，在相应时间点取样分析消毒副产物产生量。
29.由图2可明显看出，采用三种方式处理有机氯胺均能产生消毒副产物，其中单独加氯和单独紫外照射过程有3种消毒副产物被检出，包括三氯甲烷、三氯乙醛和二氯乙腈，而采用紫外/氯高级氧化处理过程有4种消毒副产物被检出，包括三氯甲烷、三氯乙醛、二氯乙腈和三氯乙腈。采用单独加氯处理有机氯胺，产生的消毒副产物总量最少，且随反应时间略有升高的趋势。采用紫外/氯高级氧化和单独紫外照射产生的消毒副产物浓度整体随反应时间先升高后降低，其中紫外/氯高级氧化过程产生的消毒副产物总量明显高于单独紫外和单独加氯。而单独紫外照射产生的消毒副产物总量较单独加氯略高，但明显低于紫外/氯过程，考虑到单独加氯对有机氯胺去除没有明显效果，因此优选单独紫外照射作为有机氯胺最佳去除方法。
30.此外，随着紫外辐照剂量不断增加高于133mj/cm2后，单独紫外照射产生的消毒副产物逐渐减少，且在达到400mj/cm2以上时，产生的浓度进一步降低，甚至低于单独加氯过程。结合实施例1中结果，此时的有机氯胺去除率最大超过60％，因此优选紫外辐照剂量400mj/cm2以上作为紫外去除有机氯胺的最优剂量范围。
31.实施例3
32.以水源水中广泛存在的藻类和微生物dna中的主要成分胞嘧啶为前体物，通过预加氯(胞嘧啶初始浓度100μm，ph＝7，次氯酸钠投加量为300μm，反应时间3h)产生目标物有机氯胺。然后进行单独紫外辐照处理。其中，紫外辐照剂量为400mj/cm2，ph分别控制为5、6、7、8、9，分析不同ph下有机氯胺去除率和消毒副产物生成量。
33.由图3可知，有机氯胺去除率随ph升高而不断升高，ph 9处可达80％左右。消毒副产物生成量在酸性条件下略低于中性和碱性条件，但总浓度整体都在35μg/l以下，而且在ph＝7
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9范围内，消毒副产物总量基本保持不变，但毒性较强的二氯乙腈有增加趋势。考虑到在ph＝7
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9处有机氯胺去除率可超过60％，同时为避免毒性较强的二氯乙腈不至于产生过多，因此本发明优选ph控制在7
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9为最佳。
34.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。