本发明涉及水体污染处理技术领域，更具体地，涉及一种紫外光辐射去除卤代硝基甲烷的水处理方法。
背景技术：
卤代硝基甲烷（HNM）的形成主要与天然有机物（NOM）、污水有机物（EfOM）、藻类、氨基酸、脂肪胺和游泳池中人类的尿液与汗液的氯化消毒或者氯胺化消毒有关。氯化消毒是国内常见有效的消毒技术，然而，伴随着氯化消毒的是一系列氯代消毒副产物，包括卤代硝基甲烷。而且由于自然水体以及生活污水中不可避免的存在溴离子，因此氯代硝基甲烷还能转化成溴代硝基甲烷。因此卤代硝基甲烷常见于饮用水、污水和游泳池水中。目前已经确认了9种HNMs，包括一卤代、二卤代以及三卤代硝基甲烷。这些卤代硝基甲烷分别是三氯硝基甲烷（TCNM）、三溴硝基甲烷（TBNM）、一溴二氯代硝基甲烷（BDCNM）、二溴一氯代硝基甲烷（CDBNM）、二氯硝基甲烷（DCNM）、二溴硝基甲烷（DBNM）、一氯一溴硝基甲烷（BCNM）、一氯硝基甲烷（CNM）和一溴硝基甲烷（BNM）。其中，TCNM是饮用水中最常见的卤代硝基甲烷，其次是CNM、DCNM、BDCNM和BCNM。而溴代硝基甲烷的细胞毒性和遗传毒性比氯代硝基甲烷更强，因此二溴代硝基甲烷的毒性最强。
上述这些有毒有害的卤代硝基甲烷对于人类健康而言，是不可忽视的威胁。然而，去除卤代硝基甲烷的前体物并不合适，因为一些前体物具有亲水性质，难以被传统的凝结、絮凝、沉淀、过滤、吸附的处理技术去除。因此，在饮用水水源受到消毒副产物污染的威胁下，研究新型的可以有效在后续处理中去除水中消毒副产物的工艺从而有效地提高水质安全性，对水资源的可持续利用和社会发展就具有极其重要的战略意义。
现有的高级氧化技术可以产生羟基自由基或者水合电子。虽然羟基自由基和水合电子可以降解卤代硝基甲烷，但是在实际水体中是难以有效去除的，因为基于羟基自由基的高级氧化技术能产生的羟基自由基稳态浓度大概为10-14-10-12mol/L，真实水体中的有机物以及离子会大量淬灭自由基，从而使卤代硝基甲烷的降解效率大大下降。同时，水合电子也常被水中的溶解氧淬灭。而其他处理方式，比如超声、太阳光光解等处理卤代硝基甲烷的效率也不高，需要消耗大量的时间或者能源。因此，还需要研究更高效、更经济环保的后续处理技术来去除卤代硝基甲烷。
技术实现要素：
本发明为了克服上述现有水体污染处理技术后产生卤代硝基甲烷的缺陷和不足，提供一种有效、经济、可行的紫外光去除水中卤代硝基甲烷的水处理方法，即利用紫外消毒技术，对酸碱度为中性或者碱性的水体进行有效消毒的同时，还能去除水中的卤代含氮消毒副产物卤代硝基甲烷，从而保证饮用水的饮用健康。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种紫外光去除水中卤代硝基甲烷的水处理方法，向含有卤代硝基甲烷的水体照射紫外光并搅拌，完成水中卤代硝基甲烷的去除。
所述含卤代硝基甲烷水体为经过凝结、絮凝、沉淀、过滤、吸附、消毒常规水厂处理技术后的含卤代硝基甲烷的饮用水、污水、游泳池水、再生水等。在照射时，所照射的紫外光强度必须保持稳定，且必须保持紫外光的剂量。紫外光照射剂量由水质、紫外透射率、紫外灯老化系数等因素决定。
上述方法涉及一种去除毒性很高的含氮消毒副产物——卤代硝基甲烷的方法。它解决了现有卤代硝基甲烷的前体物控制方法、预氧化方法、活性炭吸附法等方法在控制水中卤代硝基甲烷的各种局限性。方法：向含卤代硝基甲烷的中照射UV光，并搅拌，即可。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，可利用廉价的紫外波谱光源，可快速去除卤代硝基甲烷，可方便地设计反应器，满足各种不同的水体的需要，管理方便，能够保障水质安全。
优选的，所述的紫外光是由紫外照射系统照射出来，所述紫外照射系统包括紫外灯管和安装在紫外灯管上的紫外强度传感器。
优选的，所述紫外灯管的光源为发光二极管（LED）、低压汞灯、中压汞灯、高压汞灯、汞齐紫外灯、卤素灯、氙灯、黑灯、真空紫外灯、X射线、α射线、γ射线中或太阳光的任意一种或组合。为了保持紫外剂量，需要定期清洗或更换紫外光源以保持紫外剂量的要求。
优选的，所述紫外光照射含有卤代硝基甲烷的水体的方式为过流式、浸没式或表面辐照式。
优选的，当紫外光照射照射水体的方式为过流式或浸没式时，所述照射系统还包括有用于套住紫外灯管和紫外强度传感器的石英套管。紫外光照射剂量还与清除石英套管结垢有关的清洗方式有关。
优选的，所述紫外灯管内的灯管为单个灯管时，该灯管位于紫外灯管筒体断面的中央；所述紫外灯管内的灯管为多个灯管时，其布置原则是使紫外灯管筒体断面内各点具有相同的紫外线辐射强度。
灯管数量的选择可以根据实际灯管强度、所需紫外剂量、处理水量以及运营成本决定。多个紫外灯管可以安排成和水流平行分布的，也可以安排成和水流垂直分布，尽量使其分布均匀，使紫外线与水流充分接触。
优选的，所述含卤代硝基甲烷的水体pH范围为6-9。
优选的，所述卤代硝基甲烷（HNMs）为一溴硝基甲烷（BNM）、一氯硝基甲烷（CNM）、二氯硝基甲烷（DCNM）或二溴硝基甲烷（DBNM）中的一种或多种。
优选的，所述向含有卤代硝基甲烷的水体照射紫外光，其反应温度为20±2℃，此时去除卤代硝基甲烷的效果最好。
理论上，pH越高，去除卤代硝基甲烷的效果越好；光强越大，去除卤代硝基甲烷的效果越好。但鉴于通过深度处理后的饮用水一般为中性，因此pH范围为7-8比较合适。并且，本发明经过大量研究并考虑到成本的问题，优选地，认为使用波长为254nm的单波长紫外灯灯管时，所用紫外光强为40-200 mJ cm-2比较合适。如有必要，可以根据其特性，调节其最佳的pH范围，达到卤代硝基甲烷最快速的去除。可以按照水质要求和设计规范，设计不同的反应器构型，达到快速去除水中卤代硝基甲烷的目的。
因此，上述水处理方法在处理修复含卤代硝基甲烷水体中的应用也在本发明的保护范围之内。
本发明利用紫外光去除水中卤代硝基甲烷的水处理方法的原理是在中性或者碱性条件下，一卤代和二卤代硝基甲烷失去质子从而发生电离，即去质子化，离子形态的卤代硝基甲烷的摩尔吸光系数比分子形态的卤代硝基甲烷大1-2个数量级，因此可以更有效地吸收紫外波长，提高光解效率。从量子化学的角度分析，在酸性条件下卤代硝基甲烷主要是非电离状态，均裂是其光解的主要原理；在中性和碱性的条件下，卤代硝基甲烷主要是电离状态，而离子形态的卤代硝基甲烷内的共轭体系减少了π摩尔轨道以及π*摩尔轨道之间的能量差距，从而加强了对紫外光的吸收，促进了键能的异裂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的水处理方法只需要对水体进行紫外光光照而不需要额外添加氧化剂或者催化剂就可以高效去除水中的卤代硝基甲烷，可以应用于经过凝结、絮凝、沉淀、过滤、吸附、消毒常规水厂处理技术后的含卤代硝基甲烷的饮用水、污水、游泳池水、再生水等的深度处理，尤其是解决了现有的饮用水和游泳池水存在消毒副产物从而影响人体健康的问题，具有高效去除卤代硝基甲烷、运作方便、不生成额外的消毒副产物等优点。
本方法所去除的卤代硝基甲烷物包括一溴硝基甲烷（BNM）、一氯硝基甲烷（CNM）、二氯硝基甲烷（DCNM）、二溴硝基甲烷（DBNM）、三氯硝基甲烷（TCNM）和三溴硝基甲烷（TBNM）。同时，本发明的水处理方法成本较低、操作十分简单，易于推广应用，可以应用于对以下水体进行深度后处理：经过凝结、絮凝、沉淀、过滤、吸附、消毒常规水厂处理技术后的含卤代硝基甲烷的污水、饮用水、游泳池水、再生水等，尤其是饮用水和游泳池水的深度处理；而且使用安全，可以用于保障水质安全。
附图说明
图1为本发明的方法对水中4种典型的卤代硝基甲烷——一溴硝基甲烷（BNM）、二氯硝基甲烷（DCNM）、二溴硝基甲烷（DBNM）、三氯硝基甲烷（TCNM）在pH 3-9时表观一级速率常数的变化图，其中kapp表示表观一级速率常数。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
具体实施方式一
本实施方式基于紫外光去除水中卤代硝基甲烷的水处理方法按以下方法进行：向含有卤代硝基甲烷的水中进行光辐照，并进行搅拌，光强根据实际需求决定。紫外光的辐照采用过流式，紫外光源外壁需要嵌套石英管加以保护。
本实施方式中光辐照可以采用低压汞灯、中压汞灯、高压汞灯、汞齐紫外灯、卤素灯即可满足使用条件，也可以利用氙灯、黑灯、真空紫外灯、X射线、α射线或γ射线中的一种。
具体实施方式二
本实施方式与具体实施方式一不同的是：光辐照采用浸没式，紫外光源外壁需要嵌套石英管加以保护。
具体实施方式三
本实施方式与具体实施方式一不同的是：光辐照采用表面辐照式，紫外光源不需要嵌套石英管加以保护。对含有一溴硝基甲烷（BNM）、二氯硝基甲烷（DCNM）、二溴硝基甲烷（DBNM）、三氯硝基甲烷（TCNM）的纯水进行处理，pH条件分别为3、4、5、6、7、8、9。同时，设置一组对照组：在不同pH条件下对反应溶液进行暗处理，反应时间为3个小时；
结果如附图1所示，本发明的方法对水中4典型的卤代硝基甲烷——一溴硝基甲烷（BNM）、二氯硝基甲烷（DCNM）、二溴硝基甲烷（DBNM）、三氯硝基甲烷（TCNM）。在pH3-5时，4种卤代硝基甲烷的去除率普遍偏低；在pH6-9时，一卤代硝基甲烷（BNM）和二卤代硝基甲烷（DBNM、DCNM）的去除率随着pH的增加而增加，在pH9的时候一级反应速率常数达到最大值，说明pH越高，BNM、DBNM、DCNM 的去除效果越明显。
以上所述的实施方式，并不对本发明方法的实施方式和本发明的保护范围做任何的限定，任何在本发明的精神原则之内所作出的修改、组合、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。