[發明專利]一種飲用水電化學預氧化裝置及方法

有效

• 申請號: 201110100499.X
• 申請日: 2011-04-21
• 公開（公告）號: CN102745794A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 萬平玉;初必旺;劉永康;趙順萍;陳詠梅;苗杰;楊揚;楊曉進;楊春玲;劉小光
• 申請（專利權）人: 北京市自來水集團有限責任公司;北京化工大學
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C25B1/30
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技術領域

本發明涉及一種電化學法處理微污染飲用原水的裝置及方法，可用作飲用水的預氧化處理手段。具體是一種利用電化學法產生過氧化氫和羥基自由基之類的強氧化性物質殺菌消毒、防止水廠設備污染、去除消毒副產物前驅體、改善混凝效果、去除臭和味的方法及其反應裝置。

背景技術

在自來水廠，在水質較差的原水進廠之后，通常要首先進行預氧化處理，用以殺菌消毒、滅藻、殺浮游生物，防止水廠設備污染，氧化分解有機物，改善混凝降濁效果。預氧化處理簡稱預氧化。水廠預氧化處理添加的藥劑包括液氯、次氯酸鈉、臭氧、高錳酸鉀、二氧化氯、過氧化氫等氧化劑，其中最常用的是液氯或次氯酸鈉。水廠采用氯系氧化劑進行預氧化也稱預氯化。預氯化成本較低，殺菌消毒效果好，可明顯改進混凝降濁效果，但是容易產生對人體有極大危害的氯仿、一溴二氯甲烷、溴仿、一溴乙酸、二氯乙酸、二溴乙酸、三氯乙酸等消毒副產物，且對臭和味的去除不理想。

臭氧能有效殺滅微生物、藻類和氧化降解眾多有機污染物，但是當水中含有溴離子時，臭氧會將溴離子氧化成溴酸根和次溴酸根，是毒性更強的消毒副產物，另外目前使用臭氧需現場制備，成本較高，也限制了它的廣泛應用。高錳酸鉀在去除水中微量有機物及異味、控制氯化消毒副產物方面具有一定效果，但投加量控制不當將存在錳的二次污染問題。二氧化氯的氧化性及殺菌能力明顯高于氯氣，但價格較高且不夠穩定，與空氣混合的體積比大于10％時受到強光或強烈振動就可能發生爆炸，運輸使用不太安全。

與上述氧化劑相比，過氧化氫是比較理想的自來水預氧化劑，因為相同濃度的過氧化氫與氯氣具有相當的氧化能力，其最終分解產物是水，無二次污染，但也存在著穩定性較差，異地生產運輸不夠經濟安全的問題。對于水質很差的原水，過氧化氫需與氧化性更強的氧化劑聯合使用才能獲得較為理想的效果。中國專利CN200510009889.0“O₃/H₂O₂預氧化與常規水處理工藝協同除蚤的水處理方法”，公布了用臭氧和過氧化氫聯用預氧化的方法，利用臭氧和過氧化氫的強氧化性及協同作用產生·OH的特性來進行預氧化，但存在藥劑成本太貴的問題。相比較而言，在眾多與過氧化氫預氧化相結合的技術中，最值得關注的是能高效產生具有強氧化性羥基自由基的Fenton法，但無論是普通Fenton法或是電Fenton法，都要求反應環境的pH值在3附近，且會引入(亞)鐵離子，使水體濁度和色度升高，總鐵含量增大，故該方法不能直接用于飲用水預氧化中，需要進行改進，在類Fenton反應中使用非均相催化劑為這個難題的解決提供了參考方向。其中研究較多的非均相催化劑為：以活性炭為載體，通過浸漬后高溫反應的方法負載上三價鐵，卻也存在催化效率低等問題，活性炭中的鐵活性位不足可能是其催化效率低的原因之一。

針對上述問題，在水處理現場利用電化學方法制備過氧化氫不僅可以解決藥劑成本、運輸安全等問題，且電解產生H₂O₂的過程中也伴隨著O₂^-、HO₂·等氧化性物質的產生，以及陽極電解的強氧化作用的多元疊加，可使電化學在線制備H₂O₂所產生的預氧化效果遠遠超出普通投加H₂O₂的預氧化效果，再利用鐵硅粉體催化H₂O₂產生的羥基自由基，就可以經濟、綠色和高效的實現對原水的預氧化。

發明內容

本發明的目的是提供一種飲用水電化學預氧化技術及裝置，在不外加電解質、不使用隔膜的條件下，使原水流經該新型裝置后就可得到理想的預氧化效果，且不產生消毒副產物。具體是采用電化學方法，高效電解產生過氧化氫，并用鐵硅粉體催化過氧化氫分解產生羥基自由基，在電化學直接氧化和過氧化氫、羥基自由基等物質的間接氧化共同作用下，實現對原水的預氧化，可有效的殺滅細菌、除去臭味、降低濁度，既高效節能，又無消毒副產物生成，達到綠色、經濟的效果。