[發明專利]飲用水處理過程中溴酸根生成量的控制方法

有效

• 申請號: 201410312976.2
• 申請日: 2014-07-02
• 公開（公告）號: CN104129872A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 王玉玨;楊宏偉;李永坤;沈文華;傅蜀杰;周英豪
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C02F9/06
• 分類號: C02F9/06
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及水處理領域，特別涉及一種飲用水處理過程中溴酸根生成量的控制方法。

背景技術

隨著現代工業的快速發展和工業廢水排放量的逐年增加，對地面及地表水源造成了極大的危害，使飲用水水源水質惡化。針對目前飲用水中較突出的嗅味、高有機物和微生物等問題，目前應用最為廣泛的飲用水深度凈化技術是臭氧-生物活性炭(O₃-BAC)技術。然而，O₃-BAC工藝也存在一些缺點，如出水中含有一定量的有機物，包括天然有機物如腐殖酸、蛋白質等，人工合成的有機化合物如洗漱殘留有機物等。另外，當飲用水水源中含有溴離子時，臭氧處理會生成致癌物溴酸鹽及溴代消毒副產物，國際癌癥研究機構把溴酸根定為2B級(較高致癌可能性)潛在致癌物，2004年世界衛生組織在《飲用水水質準則》中規定，溴酸鹽的最高濃度限值為10μg/L；我國新修訂的《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)中，將溴酸鹽的限定值也規定為10μg/L。由于臭氧氧化后聯有生物活性炭過濾處理，部分含溴有機化合物及溴代副產物前驅體可以在一定程度上被物理吸附或微生物降解，但溴酸根不能被有效吸收去除。因此，溴酸根的問題已成為臭氧氧化應用于飲用水深度處理最為關鍵的限制性因素。

目前，國內外關于BrO₃^-控制問題的研究主要從以下三個方面進行：前體物控制，在O₃氧化之前直接去除水中的Br^-；生成過程控制，通過控制生成路徑或中間產物(如HBrO、BrO^-)控制O₃氧化過程中BrO₃^-的產生；末端控制，去除已產生的BrO₃^-。其中前體物控制和末端控制由于難度大、成本高，故研究較少；目前研究較多的生成控制途徑有：加酸降低pH、加氨水或加氯氨(Cl₂和NH₃按比例投加)、加·OH清除劑、催化臭氧氧化等。其中，加氨和降低pH值可以減少50％左右的溴酸根生成量，但上述方法在控制BrO₃^-生成的過程中均存在一定的問題，如抑制有機物的去除率、二次污染及經濟不合理等。

降低pH是讓BrO₃^-生成過程中的中間產物HBrO/BrO^-的平衡左移，最終影響溴酸鹽的生成。O₃與BrO^-的反應速率明顯高于與HBrO的反應速率。低pH條件下，次溴酸主要以HBrO形式存在，隨著pH值得不斷增加，BrO^-所占比例逐漸增加，BrO₃^-生成量也相應增加。因此，加酸降低pH可以在一定程度上抑制溴酸根的生成。但是，這樣會增加總有機溴(TOBr)產生量。另外，通過加酸調節pH值的水處理方式既不方便也不經濟。

加氨是利用HBrO/BrO^-與氨的反應生成NH₂Br，NH₂Br然后又被臭氧緩慢氧化為NO₃^-和Br^-，當氨被反應消耗到一定程度后，HBrO/BrO^-則會繼續被臭氧繼續氧化生成BrO₃^-，同時水中殘余Br^-也會進一步反應，因此加氨能使得BrO₃^-的生成滯后并且在一定程度上減少溴酸鹽的生成量。加Cl₂-NH₃是原水預氯化后加氨水再臭氧氧化。水中Br^-首先被HClO氧化成HBrO，然后HBrO與NH₃反應生成NH₂Br。加Cl₂-NH₃可以比加氨減少40％的溴酸根生成量。但是，由于加氨消耗了臭氧分解產生的羥基自由基，所以加氨和加氯氨也削弱了臭氧氧化有機污染物的能力。不僅如此，氨的使用會在氯消毒時產生較多的含氮消毒副產物(HANs)。并且研究表明，HANs比含碳消毒副產物(如鹵乙酸)的毒性高的多，因此這種控制溴酸根的方法又帶來難以解決的新問題。