处理水中腐殖酸同步消减消毒副产物卤乙腈生成量的方法

本发明涉及水处理的，尤其涉及处理水中腐殖酸同步消减消毒副产物卤乙腈生成量的方法。

背景技术：

1、腐殖酸广泛存在于土壤、水体等环境中，是一类复杂的有机高分子混合物，相对分子量从几百到上百万。不同水体中腐殖酸含量范围一般在μg/l到mg/l量级之间，其含量越高表明水体水质卫生状况越差。虽然腐殖酸自身不会对人体健康构成威胁，但是天然水体中存在的腐殖酸会导致诸多环境和健康问题。例如腐殖酸颜色为黄色或者黑色，会使得水体在感官上呈现不受欢迎的色度。此外腐殖酸具有较强的金属螯合能力，一方面会使得水体中含有的人体必需微量金属元素含量下降，另一方面又会加剧水生系统中有毒重金属元素的运输和积累。更为重要的是腐殖酸在氯法消毒过程中可以与消毒剂发生反应，最终生成一系列卤代有机物，是消毒副产物的重要前驱物。此外，腐殖酸也是垃圾渗滤液总有机碳的主要贡献者，约占40～60％。因此如何去除水体中的腐殖酸成为全球水处理行业的研究热点。

2、等离子体水处理技术集多种高级氧化技术与一体，具有高效性、普适性、可控性和环保性，近年来在水体的消毒杀菌、去色除臭、抗生素和有机污染物脱除等领域得到越来越多的关注。其中，国内王文春等人将气泡放电应用于水体腐殖酸的去除，发现气泡放电-活性炭协同去除腐殖酸的效率可达98％，但是处理时间长达90min。刘永军等人发现射频放电技术处理可以很好地去除水体中的腐殖酸，但是射频放电引发等离子体需要并联一个由电容和电感组成的射频匹配器，通过调节发射功率才能使能量注入反应器，存在等离子体引发难控制的问题。因此，应用放电等离子体技术处理腐殖酸仍存在处理时间长，能耗大，引发困难等一系列问题。

3、又由于消毒是饮用水处理和污水处理中必不可少的环节，氯因为价格低廉，并具有良好的杀菌效果，而被广泛使用，然而，氯消毒后会产生对人体更有害的含氮消毒副产物(n-dbps)，其毒性是含碳消毒副产物的30-80倍。其中，卤乙腈(hans)是一种新型的含氮消毒副产物，其比传统的碳消毒副产物具有更强的遗传毒性和细胞毒性而引起了广泛关注。卤乙腈的前体物，尤其是溶解性有机氮，如游离氨基酸等，往往具有高亲水性、低分子量、低芳香性等特点，不容易通过常规混凝工艺去除。

4、因此，如何开发一种适用于去除水中溶解性有机氮，并能够同步去除水体中的腐殖酸的水处理技术成为本领域内急需解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种处理水中腐殖酸同步消减消毒副产物卤乙腈生成量的方法，通过液相等离子体在水中产生氧化性物质和紫外光等去除水体中腐殖酸，进而有效地消减后续加氯消毒工艺中消毒副产物的生成量。并通过在体系内添加fe2+，提高卤乙腈(hans)前体物即溶解性有机氮的去除，进一步抑制后续氯化消毒过程中hans的形成，基于亚铁离子协同液相脉冲放电等离子体处理水中腐殖酸同步消减消毒副产物卤乙腈。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种处理水中腐殖酸同步消减消毒副产物卤乙腈的方法，所述方法包括利用液相脉冲放电技术处理添加有亚铁离子的水体，将放电处理后水体静置10min，离心分离5min，得到处理后液体；所述亚铁离子的添加量为60-200μmol/l；投加亚铁离子后水体的ph在5-6.8之间。

3、进一步地，所述液相脉冲放电技术处理方法为：将两个电极浸入添加有亚铁离子的水体中，将一个电极与高压电源相连接，另外一个电极进行接地，使两个电极之间产生等离子体，处理水体中的腐殖酸；通电电源为高压脉冲电源，放电电压为12-20kv，频率为10-25hz，两个所述电极的间距为6-10mm。

4、进一步地，所述的液相脉冲放电技术处理时间为2-10min。

5、进一步地，与高压电源连接的电极为不锈钢针电极，接地的电极为不锈钢板电极。

6、进一步地，当需要消减消毒副产物生成量时，亚铁离子的添加量为60-100μmol/l。

7、进一步地，所述的消毒副产物包括二氯乙腈、二溴乙腈、三氯乙腈。

8、上述方案涉及的机理为：(1)将一个电极与高压电源相连接，另外一个电极进行接地，电子在高压电场作用下瞬间获得能量，形成高能电子。高能电子与水进行撞击，促进水体产生·oh、·ho2、·o、o3、h2o2等活性物质，同时还产生紫外光。这些活性物质和紫外光与腐殖酸、溶解性有机氮等n-dbps的前体物迅速反应实现腐殖酸分子结构和溶解性有机氮等n-dbps的前体物的氧化破坏。(2)fe2+与放电产生的h2o2等活性物质组成类芬顿反应体系，提高了氧化性自由基的产量，并进一步矿化腐殖酸，同时添加fe2+，提高卤乙腈前体物的去除，进一步抑制后续氯化消毒过程中hans的形成。(3)部分fe2+被氧化产生fe3+，(4)fe3+最终与腐殖酸产生絮凝反应，进一步增加了腐殖酸的去除效率。

9、本发明所述的处理水中腐殖酸同步消减消毒副产物卤乙腈的方法，与现有技术相比，具有如下优点：

10、1、本发明采用亚铁协同液相脉冲放电处理腐殖酸等污溶解性有机物，与单独的液相放电相比，显著缩短了反应时间，处理2min，ph5.3-6.3之间时，腐殖酸的去除率可达到90％以上，能量效率提高了近30倍；处理10min，腐殖酸的去除率达78.7-97.1％，卤乙腈的消减率达73.1-90.1％。

11、2、本发明中亚铁离子与液相放电过程中产生的h2o2等氧化性物种组成类芬顿体系，与单独的芬顿反应相比，无需添加大量h2o2，节省了处理成本，并且不需要对溶液进行酸化，在ph5-7之间，能取得很好的处理效果。

12、3、本发明中部分fe2+在放电处理过程中形成fe3+具有光催化氧化和絮凝的双重作用，一方面fe3+与体系内的紫外光组成光催化体系，产生活性自由基促使溶解性有机物快速去除；另一方面，fe3+与有机物形成絮凝体并快速分离。与单独添加fe3+混凝相比，本发明条件下腐殖酸的化学结构已经在等离子体体系内被预破坏，所以与fe3+形成的絮体更容易快速发生沉降，从而实现快速固液分离。

13、4、本发明采用的亚铁浓度低，为60-200μmol/l，与常规化学混凝相比产生的污泥量少，处理后fe2+的残留量低，不产生二次污染。

14、5、本发明采用高压液相脉冲放电技术，两个电极直接在液体中产生等离子体，所产生的大量活性物种直接与溶液中的腐殖酸反应，无需经过气液传质，处理效率高。

15、6、本发明采用源头控制的思想，提前去除卤乙腈的前体物，对后续消毒过程中卤乙腈的生成量的控制效果显著，采用本发明的方法处理水样10min，加氯消毒后卤乙腈的生成量可减少73～90％。

技术特征：

1.一种处理水中腐殖酸同步消减消毒副产物卤乙腈生成量的方法，其特征在于，所述方法包括利用液相脉冲放电技术处理添加有亚铁离子的水体，将放电处理后水体静置10min，离心分离5min，得到处理后液体；所述亚铁离子的添加量为60-200μmol/l；投加后亚铁离子后水体的ph在5-6.8之间。

2.根据权利要求1所述的处理水中腐殖酸同步消减消毒副产物卤乙腈生成量的方法，其特征在于，所述液相脉冲放电技术处理方法为：将两个电极浸入添加有亚铁离子的水体中，将一个电极与高压电源相连接，另外一个电极进行接地，使两个电极之间产生等离子体，处理水体中的腐殖酸；通电电源为高压脉冲电源，放电电压为12-20kv，频率为10-25hz，两个所述电极的间距为6-10mm。

3.根据权利要求1所述的处理水中腐殖酸同步消减消毒副产物卤乙腈生成量的方法，其特征在于，所述的液相脉冲放电技术处理时间为2-10min。

4.根据权利要求2所述的处理水中腐殖酸同步消减消毒副产物卤乙腈生成量的方法，其特征在于，与高压电源连接的电极为不锈钢针电极，接地的电极为不锈钢板电极。

5.根据权利要求1所述的处理水中腐殖酸同步消减消毒副产物卤乙腈生成量的方法，其特征在于，当需要消减消毒副产物生成量时，亚铁离子的添加量为60-100μmol/l。

6.根据权利要求1所述的处理水中腐殖酸同步消减消毒副产物卤乙腈生成量的方法，其特征在于，所述的消毒副产物包括二氯乙腈、二溴乙腈、三氯乙腈。

技术总结
本发明公开了一种处理水中腐殖酸同步消减消毒副产物卤乙腈生成量的方法，涉及水处理的技术领域，所述方法包括利用液相脉冲放电技术处理添加有亚铁离子的水溶液；所述亚铁离子的添加量为60‑200μmol/L，投加后亚铁离子后水体的pH在5‑6.8之间。本发明公开的处理水中腐殖酸同步消减消毒副产物卤乙腈的方法，集高压脉冲放电‑类芬顿‑化学混凝于一体处理腐殖酸类污染物，并去除溶解性有机氮等N‑DBPs的前体物，进而有效地消减卤乙腈的生成，腐殖酸的去除率达78.7‑97.1％，卤乙腈的消减率达73.1‑90.1％。

技术研发人员：刘慧,刘景林,信延彬,孙冰,朱小梅
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8