一种同步去除水中消毒副产物及微污染物的方法与流程

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种同步去除水中消毒副产物及微污染物的方法。

背景技术：

随着城市建设的发展，高层建筑剧增，为了解决部分城市管网水压偏低和高层建筑用水要求，二次加压供水方式应运而生。我国城市二次加压的方法大部分是建造屋顶水箱和地下贮水池，但是地下贮水池和屋顶水箱引起的城市二次供水水质污染问题成了水处理技术领域的新问题。二次供水的水质问题主要由肉眼可见物及红虫、浊度及色度、微生物、有机物、消毒副产物引起。其中，二次供水中消毒副产物含量超过国家标准的现象时有发生，特别是三卤甲烷(thms)和四氯化碳(ccl4)等，这可能是市政供水中已生成的消毒副产物或清洗二次供水设施后投加大量的氯所致。除了以三卤甲烷(thms)为代表的含碳消毒副产物，含氮消毒副产物(如卤代乙酰胺、卤代乙腈)在二次供水中的存在也逐渐引起了人们的重视。尽管含氮消毒副产物在饮用水中检测出的浓度通常较低，但其具有更高的基因毒性和细胞毒性。其中，卤代乙腈(hans)的细胞毒性约是三卤甲烷(thms)的100倍，卤代乙酰胺(hacams)的细胞毒性是卤乙酸(haas)的102倍。

另外，农用化学品种类和数量不断增加，水源水的污染问题日益严重，现有常规处理工艺(混凝—沉淀—过滤—消毒)不能有效去除微污染物，残留在水中的微污染物可能直接威胁饮用者的身体健康。水中的微污染物包括药物、个人护理用品、内分泌干扰物和农药等，其中，乙草胺是酰胺类最具代表性的除草剂品种，也是我国使用最多的除草剂之一。由于该类除草剂具有中等到较高的水溶性及相对较低的土壤吸附常数，因此容易通过渗透转移到浅层地下水或随雨水径流进入地表水中，目前，乙草胺作为水源水中的新型微污染物，已经得到了广泛关注。

目前消毒副产物及微污染物的控制方法可以概括为三个方面：(1)源头控制，去除水中消毒副产物的前体物质或微污染物，如采用强化混凝法、高级氧化法、生物预处理等技术降低或消除消毒副产物前体及微污染物；而目前的消毒副产物前体控制工艺普遍存在成本高的问题；(2)过程控制，通过改变消毒工艺参数或消毒方式来降低消毒副产物的量；(3)末端控制，对微污染物及已生成的消毒副产物进行去除，如采用膜分离、加热煮沸、活性炭过滤、吹脱等工艺。其中，美国环保局(usepa)指定吹脱法为去除挥发性有机物为最可行、经济的技术。

微气泡(直径为10⁰—10²μm)在水处理、生物医学工程和纳米材料等许多科学和技术领域的应用正在推进，如除草剂甲草胺的降解、水消毒和膜清洗等。微气泡的最显著特点为比表面积大，这显着改善了气泡的气液传质效率。通过电子自旋共振光谱测试，发现臭氧微气泡破裂期间加速生成了羟基自由基，而羟基自由基可以用于消毒副产物及微污染物的降解，故微气泡兼具曝气的吹脱效果、羟基自由基(·oh)的氧化作用协同水中余氯的氯化作用，臭氧微气泡兼具曝气的吹脱效果、羟基自由基(·oh)的氧化作用、臭氧的氧化作用协同水中余氯的氯化作用，因而能够有效地去除水中的有毒物质，可以有效用于二次供水的水质提升。可以预期，微气泡处理在消毒副产物及微污染物末端控制方面具有巨大的应用前景。因此，结合水质实际情况，在二次供水的水箱或水池添加微气泡曝气处理步骤，通过增加微气泡末端处理措施来高效去除水中的消毒副产物及微污染物，是一种行之有效的消毒副产物及微污染物控制方法，可以有效用于二次供水的水质提升。

技术实现要素：

针对上述现有技术的缺陷与不足，提供一种同步去除水中消毒副产物及微污染物的方法，待处理水样置于水槽中，所述水槽连接设置有微气泡曝气系统；通过所述微气泡曝气系统的曝气工作产生微气泡，所述曝气工作的气源为氮气、空气、氧气、臭氧的一种或多种组合的气体，所述曝气工作时间为0-180min；所述微气泡的直径范围为10⁰—10²μm，中粒径为10⁰—10²μm；在曝气过程中控制所述微气泡曝气系统内的水流量为10-20000ml/min。

较佳地，所述微气泡曝气系统包括有依次连接的气源瓶、离心泵、溶解罐和曝气喷嘴，所述曝气喷嘴置于所述水槽底部，所述曝气喷嘴的端部设置有网孔；所述水槽也与所述离心泵连接。

较佳地，所述气源瓶与所述离心泵之间为送气管路，所述送气管路包括有臭氧输送管路和无臭氧输送管路，所述臭氧输送管路上设置有臭氧发生器；所述送气管路上设置有流量计。

较佳地，所述曝气工作的方式包括有间歇式曝气和连续曝气。

较佳地，所述待处理水样中含氯量控制为1-2mg/l。

较佳地，所述待处理水样的ph值控制为6.5—8.5。

较佳地，所述待处理水样的温度控制为20±10℃。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、本发明提供的同步去除水中消毒副产物及微污染物的方法，采用的曝气气源为氮气(n2)、空气、氧气(o2)、臭氧(o3)的任意一种或多种组合，均为环境友好型试剂。

2、本发明提供的同步去除水中消毒副产物及微污染物的方法，通过加压溶气法产生的微气泡在水中破裂时候产生的羟基自由基具有强氧化性，当使用臭氧气体介质时还具有臭氧的氧化作用，可以有效降低二次供水水中的卤乙腈(hans)、卤乙酰胺(hacams)、卤乙酸(haas)等高毒性消毒副产物及乙草胺等新型微污染物，实现二次供水的水质提升，增强了饮用水的安全性。

3、本发明提供的同步去除水中消毒副产物及微污染物的方法，反应条件温和，适用于任何实际二次供水的水箱或水池水；且仅需在原有的水槽内添加所述微气泡曝气系统，在微气泡末端处理前、后，均不需要调整其他条件，从而节省了人力、物力和财力。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图；

图2为本发明的五个实施例处理后水体中消毒副产物及微污染物的去除率图表。

具体实施方式

以下参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

本发明提供了一种同步去除水中消毒副产物及微污染物的方法，待处理水样置于水槽中，水槽连接设置有微气泡曝气系统；通过微气泡曝气系统的曝气工作产生微气泡，曝气工作的气源为氮气、空气、氧气、臭氧的一种气体或多种组合的混合气体，混合气体的比例依据实际情况灵活调整；曝气工作时间优选为0-180min，在实际处理过程中还需根据实际水体的消毒副产物及微污染物含量确定，若待处理水样中含有较高浓度的消毒副产物及微污染物，可适当增加曝气时间；微气泡的直径范围为10⁰—10²μm，中粒径为10⁰—10²μm,可通过激光衍射粒度分析仪测量得到；在曝气过程中控制微气泡曝气系统内的水流量为10-20000ml/min。曝气工作的方式包括有间歇式曝气和连续曝气。实际待处理水样为消毒后水，含氯量应为1-2mg/l，ph值应为6.5—8.5，优选为7.5-8.5，最佳选为8.5，温度应控制为20±10℃，优选为20℃。

如附图1，微气泡曝气系统包括有依次连接的气源瓶4、离心泵8、溶解罐9和曝气喷嘴10，曝气喷嘴10置于水槽1底部，曝气喷嘴10的端部设置有网孔，使来自溶解罐9的加压溶气水与待处理水充分混合；水槽1也与离心泵8连接，气体介质与待处理水样一起被离心泵8吸入，并在湍流中充分混合，再被离心泵8送至溶解罐9。水槽1还连接设置有排水管5用于排空水槽内水体，排水管5上设置有排水阀11。水槽1上还连接设置有取样管6，用于对水样进行取样检测。本发明优选采用溶解罐9的加压溶气法产生微气泡，但并不限于此，亦可采用其他方式在水体中产生微气泡。

气源瓶4与离心泵8之间为送气管路，送气管路包括有臭氧输送管路a和无臭氧输送管路b，臭氧输送管路上设置有臭氧发生器3；送气管路上设置有流量计2。当曝气工作所采用的气源不含臭氧时，气源走无臭氧输送管路b，气源由气源瓶4流经送气阀门7、流量计2，与待处理水样一起被离心泵8吸入，并在湍流中充分混合，再送至溶解罐9，溶解罐9内压力为0.4-0.5mpa，气源在较高的压力下溶解在水中；溶解罐9内的溶液被送至水槽1时，经过曝气喷嘴10将高压水注入到大气压下的水中；由于压力突然从0.4-0.5mpa下降至大气压，高压下溶解的气体逸出并形成了微气泡，可以观察到水槽1中含微气泡的水样呈乳状。当曝气工作所采用的气源含臭氧时，气源走臭氧输送管路a，先经过臭氧发生器3产生臭氧(o3)，含臭氧(o3)的气源流经送气阀门7、流量计2，与待处理水样一起被离心泵8吸入，并在湍流中充分混合，再送至溶解罐9，经过上述溶解罐9的加压溶气法在水槽1内产生臭氧微气泡，臭氧微气泡进入待处理水中后，其体积逐渐缩小，气泡表面双电层表面的电荷密度迅速升高，直到气泡破裂时，高浓度正负离子积蓄的能量在短时间内释放，从而导致局部高温、高压的极端条件，促使h2o分子分解产生具有极强氧化作用的羟基自由基(·oh)。利用微气泡曝气的吹脱作用、臭氧(o3)微气泡在水中破裂时气液界面产生的羟基自由基(·oh)的氧化作用、臭氧氧化作用协同余氯的氯化作用，控制二次供水中肉眼可见物及红虫、浊度及色度、微生物、有机物、消毒副产物引起的水质问题，实现二次供水的水质提升。

当待处理水中所含的消毒副产物及微污染物浓度较低时，可以增大氮气(n2)、空气、氧气(o2)在气体中的比例，即气源流经无臭氧输送管路b，还可直接使用空气气体作为气体介质，利用微气泡曝气的吹脱作用，实现易挥发的消毒副产物及微污染物的控制；当待处理水中所含的消毒副产物及微污染物浓度较高时，可以增大臭氧(o3)所占比例，即气源流经臭氧输送管路a，还可直接使用臭氧(o3)气体作为气体介质，利用微气泡曝气的吹脱作用、臭氧(o3)微气泡在水中破裂时气液界面产生的羟基自由基(·oh)的氧化作用、臭氧氧化作用协同余氯的氯化作用，控制二次供水中肉眼可见物及红虫、浊度及色度、微生物、有机物、消毒副产物引起的水质问题，实现二次供水的水质提升。

下面通过五个实施例来具体说明。

实施例1：

处理用水为二次供水的水箱水，含消毒副产物及微污染物浓度较低，余氯为1.5mg/l，ph值为7.5。在水箱设置微气泡曝气系统，通过加压溶气法产生直径范围为10⁰—10²μm、中粒径50μm的微气泡，气源为氮气(n2)，流经无臭氧输送管路b。将曝气头置于水箱底部，调整曝气流量为20ml/min，在20℃下间歇式曝气或连续曝气处理40min。

实施例2：

处理用水为二次供水的水箱水，含消毒副产物及微污染物浓度较低，余氯为1mg/l，ph值为8.5。在水箱设置微气泡曝气系统，通过加压溶气法产生直径范围为10⁰—10²μm、中粒径50μm的微气泡，气源为空气，流经无臭氧输送管路b。将曝气头置于水箱底部，调整曝气流量为20ml/min，在20℃下间歇式曝气或连续曝气处理40min。

实施例3：

处理用水为二次供水的水箱水，含消毒副产物及微污染物浓度较低，余氯为1mg/l，ph值为8.5。在水箱设置微气泡曝气系统，通过加压溶气法产生直径范围为10⁰—10²μm、中粒径50μm的微气泡，气源为氧气(o2)，流经无臭氧输送管路b。将曝气头置于水箱底部，调整曝气流量为20ml/min，在20℃下间歇式曝气或连续曝气处理40min。

实施例4：

处理用水为二次供水的水箱水，含消毒副产物及微污染物浓度较高，余氯为1.5mg/l，ph值为7.5。在水箱设置微气泡曝气系统，通过加压溶气法产生直径范围为10⁰—10²μm、中粒径50μm的微气泡，气源为臭氧(o3)，流经臭氧输送管路a。将曝气头置于水箱底部，调整曝气流量为20ml/min，在20℃下间歇式曝气或连续曝气处理30min。

实施例5：

处理用水为二次供水的水箱水，含消毒副产物及微污染物浓度较高，余氯为1mg/l，ph值为8.5。在水箱设置微气泡曝气系统，通过加压溶气法产生直径范围为10⁰—10²μm、中粒径50μm的微气泡，气源为氧气(o2)：臭氧(o3)＝1:1的混合气体，流经臭氧输送管路a。将曝气头置于水箱底部，调整曝气流量为20ml/min，在20℃下间歇式曝气或连续曝气处理30min。

将上述实施例的处理后水样分别进行如下实验。

除卤代乙酸(haas)消毒副产物的测定方法为：首先对处理后水样进行液液萃取，即：取10ml水样通过0.45μm微孔滤膜，向处理后水样中投加一定量的抗坏血酸，以消去水中的余氯，抗坏血酸的投加量(以摩尔浓度计)是水中余氯的2-3倍，投加2ml甲基叔丁基醚(作为萃取剂)并置于试管振荡器上振荡2min，静置5min，用移液枪吸取上层1ml萃取剂溶液并置于进样瓶中，将进样瓶置于自动进样器中，采用气相色谱电子捕获检测器进行测定。

卤代乙酸(haas)的测定方法为：首先对处理后水样进行酯化，即：取20ml处理后水样,水样通过0.45μm微孔滤膜，向处理后水样中投加一定量的抗坏血酸，以消去水中的余氯，抗坏血酸的投加量(以摩尔浓度计)是水中余氯的2-3倍，向放有20ml处理后水样的试管中加入1ml浓硫酸创造酸性环境，再加入无水硫酸钠以增强水相极性；加4ml甲基叔丁基醚(作为萃取剂)并置于试管振荡器上振荡2min，静置5min，水样液面有所上升；之后用移液枪吸取上层2ml萃取剂溶液并置于试管中，加入1ml的10％酸化甲醇，在50℃下水浴2h；用移液枪吸取上层1ml萃取剂溶液并置于自动进样器中，接着采用气相色谱质谱联用仪进行测定，测试结果如附图2所示。

从附图2可知，抑制含氮消毒副产物生成的方法对氯代乙腈的去除率为23.92-41.64％，氯代乙酸去除率为20.45-58.08％，氯代乙酰胺的去除率为5.64-48.97％，远低于饮用水安全阀值，因此本发明的同步去除水中消毒副产物及微污染物的方法形成具有很好的效果。

因本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离其本身的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施案例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明的精神和范围之内作出变化和修改。