水消毒副产物的去除方法

本发明属于水处理，具体涉及水消毒副产物的去除方法。

背景技术：

1、消毒副产物(disinfection by-products，简称dbps)是水处理消毒过程中消毒剂(如氯和臭氧)与水中有机物或无机离子反应形成的次生产物。目前已鉴定的dbps有700余种，其生成种类和生成量与消毒剂种类和水基质性质直接相关。大量毒理学数据表明，dbps具有细胞毒性和遗传毒性，具有致毒、致畸、致突变性，人类长期饮用或接触dbps会诱发癌症等疾病，对人体健康造成威胁。因此，许多国家和地区将数十种dbps纳入其饮用水水质指标中。但由于消毒工艺是饮用水生物安全性的关键环节，dbps的产生难以避免，因此，开发消毒副产物控制技术对保障供水化学安全性和人类健康十分必要且至关重要。

2、dbps末端控制是指利用物理或化学方法去除消毒过程中已生成的dbps。其中物理法包括活性炭吸附法、膜过滤法、加热法和曝气吹脱法等，物理方法仅能实现物质的转移或浓缩，不能去除这些消毒副产物，接触风险仍然存在。化学氧化法主要通过高级氧化技术去除dbps，但强氧化性自由基(ho·和so4·-)与卤代dbps的反应活性有限，且容易生成溴酸盐、氯酸盐等无机dbps，并且由于无机dbps的氧化还原电位高，氧化性自由基对其去除效率极低。

3、因此，仍需开发一种消毒副产物去除效率高，且没有二次污染和毒性风险的方法。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种水消毒副产物的去除方法，该方法对水中的消毒副产物去除效率高，且没有二次污染和毒性风险，简单易行。

2、本发明的第一方面提供了水消毒副产物的去除方法，包括以下步骤：向水中投加过氧化氢和小分子有机物后，进行紫外光照处理，所述小分子有机物包括甲酸、甲酸盐、乙酸、乙酸盐、甲醇和乙醇中的至少一种。

3、本发明关于水消毒副产物的去除方法中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

4、利用化学还原法(尤其是高级还原技术)去除dbps并降低其毒性是一种极具应用潜力的dbps末端控制方法。高级还原技术是指通过活化常规还原剂(比如亚硫酸钠等)产生还原性自由基来降解污染物的技术方法，其中还原性自由基主要包括水合电子(eaq-)及其共轭酸氢原子(h·)。但目前高级还原技术的工艺主要是采用uv/亚硫酸钠(uv/so32-)或uv/碘化钾(uv/i-)工艺产生eaq-，此工艺过程需要保持ph在碱性范围，并且投加的还原剂(亚硫酸盐和碘化钾)对人体有毒，难以实际运用。本发明的水消毒副产物的去除方法，向水中投加过氧化氢和小分子有机物后，进行紫外光照处理，过氧化氢和小分子有机物反应产生还原性自由基，从而利用还原性自由基将水中的水消毒副产物去除，并且去除效率高，且没有二次污染和毒性风险，简单易行。

5、本发明水消毒副产物的去除方法，不需要将ph限定在碱性范围内，适用范围更广。

6、本发明水消毒副产物的去除方法，不需要添加其他可能对人体具有毒性的还原剂，避免了二次污染的产生，具有更高的安全性。

7、本发明水消毒副产物的去除方法中，过氧化氢和小分子有机物同时加入水中，利于促进过氧化氢和小分子有机物反应产生还原性自由基的进行。

8、过氧化氢的作用包括促进还原性自由基生成，具体而言，紫外光照过氧化氢产生羟基自由基(ho·)，ho·能有效诱发小分子有机物转化生成还原性自由基。此外，过氧化氢具有亲核性，在去除含氮类消毒副产物时，过氧化氢可以直接和含氮类消毒副产物反应，促进含氮类消毒副产物的去除。

9、小分子有机物作为电子供体，向外提供电子，具有还原性，作为还原性自由基的主要来源，ho·与不同小分子有机物反应可产生不同种类的还原性自由基。

10、本发明水消毒副产物的去除方法，是一种dbps末端控制技术，通过构建紫外/过氧化氢/小分子有机物的反应体系，生成还原性自由基，可以去除一种或多种dbps，具有不受ph条件影响、dbps去除效果好等优点。

11、本发明水消毒副产物的去除方法，还可以避免紫外/亚硫酸盐等常规高级还原工艺的毒性风险和二次污染问题。

12、根据本发明的一些实施方式，所述过氧化氢的投加浓度为0.1mm～10mm。

13、根据本发明的一些实施方式，所述小分子有机物的投加浓度为0.2mm～20mm。

14、根据本发明的一些实施方式，所述过氧化氢和小分子有机物的摩尔比为1:2～10。

15、通过控制过氧化氢与小分子有机物的比例以及操作条件，可以保证反应结束后过氧化氢和小分子有机物被完全消耗(过氧化氢转化为水，小分子有机物被氧化为二氧化碳和水)。相比常规高级还原技术，本发明的方法有助于避免常规高级还原技术实施过程中可能带来的毒性风险和二次污染。

16、根据本发明的一些实施方式，所述紫外光照处理的紫外剂量为100mj/cm2～300mj/cm2。

17、根据本发明的一些实施方式，本发明水消毒副产物的去除方法，还包括提前将紫外灯预热，以保证紫外光稳定的功率输出。

18、根据本发明的一些实施方式，所述紫外光照处理的光源包括低压紫外灯或中压紫外灯。

19、根据本发明的一些实施方式，所述低压紫外灯，紫外光波长为254nm，功率为12w～40w，紫外光强度为0.1mw/cm2～5mw/cm2，紫外照射时间为2min～60min。

20、根据本发明的一些实施方式，所述中压紫外灯，紫外波长范围为200nm～450nm，功率为250w～1000w，紫外照射时间为1min～60min。

21、低压紫外灯或中压紫外灯，其波长范围有所不同，相应的ho·产率和还原性自由基产率也不同。总体而言，只要有紫外光激发过氧化氢，使其分解产生自由基即可。

22、根据本发明的一些实施方式，向水中投加过氧化氢和小分子有机物后，水的ph范围是5～10。

23、水的ph范围是5～10时，本发明水消毒副产物的去除方法具有更优的dbps去除效果。上述ph范围也是一般水体的ph范围。此外，在上述范围内，ph对dbps的降解效率几乎无影响。

24、根据本发明的一些实施方式，所述水消毒副产物包括三卤甲烷类消毒副产物、氯乙酸类消毒副产物、含氮消毒副产物和无机消毒副产物中的至少一种。

25、根据本发明的一些实施方式，所述水消毒副产物的浓度为0.1μm～100μm。

26、水消毒副产物的浓度为0.1μm～100μm，本发明水消毒副产物的去除方法具有更优的dbps浓度去除范围。

27、根据本发明的一些实施方式，所述三卤甲烷类消毒副产物包括三氯甲烷、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷和三溴甲烷中的至少一种。

28、根据本发明的一些实施方式，所述氯乙酸类消毒副产物包括二氯乙酸和三氯乙酸中的至少一种。

29、根据本发明的一些实施方式，所述含氮消毒副产物包括二氯乙腈、三氯乙腈和三氯硝基甲烷中的至少一种。

30、根据本发明的一些实施方式，所述无机消毒副产物包括亚氯酸盐、氯酸盐和溴酸盐中的至少一种。