一种控制水中碘代消毒副产物的系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种控制水中碘代消毒副产物的系统，所述系统，包括依次相连的过硫酸盐活化装置、高级氧化装置、混凝沉淀装置以及过滤处理装置。所述的系统将水中的碘离子氧化成无毒无害的碘酸盐，从而避免碘代消毒副产物的生成。所用的氧化剂为铁盐活化过硫酸盐所产生的硫酸根自由基，利用其强氧化性来氧化碘离子。本实用新型所述的控制水中碘代消毒副产物的系统，将水中的碘离子氧化成无毒无害的碘酸盐，并同步去除前体有机前体物，从而避免碘代消毒副产物的生成。
【专利说明】
一种控制水中砩代消毒副产物的系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种控制水中碘代消毒副产物的方法及系统，具体来说是一种铁 盐-过硫酸盐高级氧化体系控制水中碘代消毒副产物的的方法及系统，属于水处理技术领 域。
【背景技术】
[0002] 我国用于饮用水消毒的方法主要有氯化消毒、二氧化氯消毒、紫外线消毒和臭氧 消毒。常用的氯消毒剂有液氯、漂白粉、漂白精片、次氯酸钠等。在氯化消毒杀灭水中病原微 生物的同时，氯与水中的有机物反应，产生一系列氯化消毒副产物。通常将水中能与氯形成 副产物的有机物称为有机前体物。天然水中有机前体物主要以腐殖质为主要成分，其次是 藻类及代谢产物、蛋白质等。
[0003] 碘代消毒副产物（I-DBPs)是饮用水消毒过程中发现的一类暂未受控的新兴高致 毒性消毒副产物，占总卤代有机物(T0X)的1 %左右。早在1975年就有报道称碘代三卤甲烷 已经被确认为氯和氯胺消毒的副产物，但之后的研究一直仅关注碘代三卤甲烷产生的不良 气味和药物口感对饮用水的影响，仅规定了其在饮用水中的嗅阈值范围（0.02~5yg/L)。由 于缺乏完整的人群暴露的流行病学数据，以及不同国家饮用水加工工艺的差异，造成I-DBPS种类繁多和数量不一等状况，世界卫生组织、美国EPA、欧盟和我国未对碘代消毒副产 物在饮水中含量提出限量控制要求，也造成碘代副产物尚未引起人们的足够重视。
[0004] 碘代副产物具有极强的细胞毒性和遗传毒性，新近研究表明，碘代副产物的细胞 和遗传毒性远高于溴代副产物(Bromo-DBPs)和氯代副产物(Chloro-DBPs)。三碘甲烷的细 胞毒性是三氯甲烷的146倍、三溴甲烷的60倍;碘乙酸的致突变性是二氯乙酸的500多倍，是 二溴乙酸的2.6倍，碘乙酸是迄今为止最具有基因毒性的消毒副产物，较低水平就可以影响 小鼠胚胎的发育。此外，碘代消毒副产物会导致饮用水具有不良气味和药物口感。鉴于碘代 消毒副产物极高的毒性，且其尚未被列入水质指标的日常监控范围，一旦饮用水中出现碘 代副产物，将会对居民健康构成更大的威胁。
[0005] 碘离子与消毒剂反应的最终产物形态是影响碘代副产物形成的关键过程。在饮用 水消毒过程中，碘离子（I-)首先可与消毒剂或氧化剂反应生成次碘酸(H0I)，H0I后续的反 应路径将决定碘代副产物的生成情况。总体上看，有两种主要路径。途径一为H0I与水中的 天然有机物(N0M)发生一系列复杂反应而生成碘代消毒副产物，包括碘代酸和碘代甲烷两 类，均具有较强的毒性;途径二是H0I被进一步氧化生成亚碘酸盐(102_)以及碘酸盐（103_)。 1-、10 2_、I03-均无法与天然有机物(N0M)直接反应生成碘代消毒副产物，且最终产物碘酸盐 与高致癌性物质溴酸盐不同，碘酸盐可以在人体内通过谷胱甘肽的作用迅速降解成被人体 甲状腺所吸收的碘离子而对人体无害因此，如果能促成途径二的反应，即尽可能实现的将 碘离子向碘酸盐的有效转化，就可以避免碘代消毒副产物的生成。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型即是针对上述问题，提供一种控制水中碘代消毒副产物的系统。
[0007] 具体来说，所述的控制水中碘代消毒副产物的系统，包括依次相连的1)过硫酸盐 活化装置、2)高级氧化装置、3)混凝沉淀装置以及4)过滤处理装置。
[0008] 进一步的，所述过硫酸盐活化装置包括过硫酸盐储存池、铁盐储存池和过硫酸盐 活化池，过硫酸盐储存池通过流量计和投药栗通入过硫酸盐活化池内，铁盐储存池通过流 量计和投药栗通入过硫酸盐活化池内，在过硫酸盐活化池内，铁盐活化过硫酸盐产生持续 稳定的硫酸根自由基。
[0009] 进一步的，所述高级氧化装置包括进水管、进水栗、进水液位流量计、氧化池、搅拌 器和过硫酸盐加投装置，进水管通过进水栗和进水液位流量计通入氧化池，搅拌器插入氧 化池内，过硫酸盐加投装置连接过硫酸盐活化池和氧化池，将硫酸根自由基引入氧化池中， 与碘离子迅速氧化成无毒无害的碘酸盐。过硫酸盐加投装置包括过硫酸盐加投流量计和过 硫酸盐加投栗，可根据进水水质的变化，对药剂投加量进行实时调控，在保证水质的情况 下，节省药剂。
[0010] 进一步的，所述混凝沉淀装置包括混合池、沉淀池、搅拌器、聚合氯化铝(PAM)加投 栗和排泥装置，混合池与氧化池相通，沉淀池与混合池相通，排泥装置位于沉淀池底部，搅 拌器插入混合池内，聚合氯化铝(PAM)加投栗与混合池相通，在此阶段强化有机前体物的去 除。
[0011] 进一步的，所述过滤处理装置包括过滤器、反冲洗进水管、反冲洗流量计、出水管 和溢流管，所述过滤器与沉淀池连通，过滤器的底部设有出水管，过滤器的上部设有溢流 管，反冲洗进水管通过反冲洗流量计连通过滤器。
[0012] 更进一步的，所述过滤器包括活性炭过滤器。
[0013] 利用上述系统来控制水中碘代消毒副产物，将水中的碘离子氧化成无毒无害的碘 酸盐，从而避免碘代消毒副产物的生成。所用的氧化剂为铁盐活化过硫酸盐所产生的硫酸 根自由基，利用其强氧化性来氧化碘离子。
[0014] 利用上述系统来控制水中碘代消毒副产物，可控制的碘代消毒副产物包括:碘代 甲烷、碘代酸、碘代酰胺、碘代乙腈四大类。碘代甲烷具体包括：一氯一碘一溴甲烷 (0^(：11))、一碘二溴甲烷(0^ 21))、一碘二氯甲烷(01(：121))、一氯二碘甲烷(01(：112))、 一溴二碘甲烷(CHBr12)和三碘甲烷(CHI3);碘代酸包括碘乙酸、溴碘乙酸、（E)_3_溴_3J典丙 烯酸、（Z)_3_溴_3_碘丙烯酸和(E)_2_碘_3_甲基丁烯二酸;碘代酰胺具体包括:碘乙酰胺 (IAcAm)、二碘乙酰胺(DIAcAm)、溴碘乙酰胺(BIAcAm)和氯碘乙酰胺(CIAcAm);碘代乙腈类 副产物具体包括碘乙腈(ICN)、二碘乙腈(DICN)、溴碘乙腈(BICN)和氯碘乙腈(CICN)。
[0015] 本实用新型所述的控制水中碘代消毒副产物的系统，将水中的碘离子氧化成无毒 无害的碘酸盐，从而避免碘代消毒副产物的生成。
【附图说明】
[0016] 图1是本实用新型所述的控制水中碘代消毒副产物的系统的实施例的结构示意 图。
【具体实施方式】
[0017] 以下结合附图，对本实用新型所述的技术方案进行非限制性地描述，目的是便于 公众更好理解所述技术方案。
[0018] 如图1所示，本实用新型所述的控制水中碘代消毒副产物的系统，包括依次相连 的：过硫酸盐活化装置、高级氧化装置、混凝沉淀装置以及过滤处理装置。所述过硫酸盐活 化装置包括过硫酸盐储存池11、铁盐储存池12和过硫酸盐活化池10,过硫酸盐储存池11通 过流量计110和投药栗111通入过硫酸盐活化池10内，铁盐储存池12通过流量计120和投药 栗121通入过硫酸盐活化池10内，在过硫酸盐活化池10内，铁盐活化过硫酸盐产生持续稳定 的硫酸根自由基。所述高级氧化装置包括氧化池20、搅拌器21、过硫酸盐加投装置22、进水 管23、进水栗24、进水液位流量计25,进水管23通过进水栗24和进水液位流量计25通入氧化 池20,搅拌器21插入氧化池20内，过硫酸盐加投装置22连接过硫酸盐活化池10和氧化池20， 将硫酸根自由基引入氧化池20中，与碘离子迅速氧化成无毒无害的碘酸盐，过硫酸盐加投 装置22包括过硫酸盐加投流量计和过硫酸盐加投栗，可根据进水水质的变化，对药剂投加 量进行实时调控，在保证水质的情况下，节省药剂;所述混凝沉淀装置包括混合池30、搅拌 器31、聚合氯化铝(PAM)加投栗32、沉淀池33和排泥装置34,混合池30与氧化池20相通，搅拌 器31插入混合池30内，聚合氯化铝(PAM)加投栗32与混合池30相通，沉淀池33与混合池30相 通，排泥装置34位于沉淀池33底部，在此阶段强化有机前体物的去除;所述过滤处理装置包 括活性炭过滤器40、过滤器的上部设有溢流管41，过滤器的底部设有出水管42,反冲洗进水 管43通过反冲洗流量计44连通过滤器。
[0019] 利用本实用新型所述的控制水中碘代消毒副产物的系统，进行控制水中碘代消毒 副产物，在过硫酸盐活化装置阶段进行铁盐活化过硫酸盐，产生持续稳定的硫酸根自由基 (S041);在氧化装置阶段，硫酸根自由基(S041)的强氧化作用将碘离子迅速氧化成无毒无 害的碘酸盐;在混凝沉淀装置阶段完成强化有机前体物的去除;在过滤处理装置阶段去除 水中过量的铁离子。
[0020] 具体的，反应机理及反应式说明：
[0021] 1)活化反应段：
[0022] 以亚铁为例，亚铁活化过硫酸盐反应式（1 -1)。反应过程中产生的Fe3+，是一种环境 友好型混凝剂，广泛应用于饮用水的处理，可以有效的强化混凝单元的效果，去除有机污染 物，可以从另一个途径强化碘代消毒副产物控制中有机前体物的去除效果。
[0023]
[0024] 活化产生的硫酸根自由基S04h在中性和酸性条件下较稳定;而在偏碱性条件下， 生成的S04h会进一步发生反应生成同样具有强氧化性的0H'（反应式（1-2)、（1-3))dCV-与〇H'共存于水溶液中，形成双自由基反应体系。在I-DBPs的控制中，双自由基体系具有其 他氧化法不可比拟的优势：首先，双自由基体系的适用pH范围更广，在酸性、中性及碱性条 件下均具有较好的活性;其次，双自由基使得反应体系氧化能力变得更加丰富，可以弥补单 独S04h与0H'对于有机前体物去除的狭隘性，能够更全面的会与碘离子以及有机前体物发 生一系列的链式自由基反应，实现I-DBPs的有效控制。
[0025]
(1_2)
[0026]
(1-3)
[0027] 2)高级氧化反应段
[0028] 碘离子(I-)首先可与S04?-与0H?反应生成次碘酸(H0I)(式（1-4)-式（1-6))，H0I被 进一步氧化生成亚碘酸盐（1〇2_)以及碘酸盐(1〇3_)。（式（1-6))
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]
[0033] 具体的，所述的控制水中碘代消毒副产物的方法，包括如下步骤：
[0034]A:铁盐活化过硫酸盐产生持续稳定的硫酸根自由基(S04^);
[0035] B:硫酸根自由基的强氧化作用将碘离子迅速氧化成无毒无害的碘酸盐；
[0036]C:强化有机前体物的去除；
[0037] D:去除水中过量的铁离子。
[0038] 所述步骤A包括如下步骤：
[0039] 1):所述的铁盐包括也2+』6。、卩63〇4、卩6-卩62〇3 ;
[0040] 2):所述的过硫酸盐包括:过一硫酸盐(peroxymonosulfate，PMS)和过二硫酸盐 (peroxydisulfate,PDS)；
[0041 ] 3):铁盐（以Fe计)与过硫酸盐的摩尔比为0.8:1;
[0042] 4):铁盐的投加反应时间为15分钟，铁盐的投加方式包括一段投加、两段投加、三 段投加以及连续投加。
[0043] 所述步骤B包括如下步骤：
[0044] 1)过硫酸盐与水中初始碘离子(I-)的摩尔比为10:1加投；
[0045] 2)氧化反应时间为12分钟；
[0046] 3)溶液pH范围为5;
[0047] 4)反应温度为20°C。
[0048] 所述步骤C通过混凝沉淀单元强化有机前体物的去除，通过加投聚合氯化铝 (PAM)，同时利用步骤A所产生的Fe3+强化混凝效果，达到强化去除有机前体物的目的，所述 步骤C中，1)混合搅拌反应转速为200r/min; 2)混合搅拌反应时间为15min。
[0049] 所述步骤D具体为利用活性炭的截留吸附作用去除水中过量的铁离子，所述生物 活性炭为碳柱，所述碳柱的高度为〇. 9m，EBCT控制在18min，反冲洗采用水冲的方式，冲洗水 强度为17L/m2.s，时间为8min。
[0050] 应该理解的是，上述内容包括附图不是对所述技术方案的限制，事实上，在相同或 近似的原理下，对所述技术方案进行的改进，包括系统中各部分装置的形状、尺寸、所用材 质，相同或近似功能元件的等同替换，由此得到的技术方案都在本实用新型所要求的技术 方案之内。
【主权项】
1. 一种控制水中碘代消毒副产物的系统，其特征在于:包括依次相连的过硫酸盐活化 装置、高级氧化装置、混凝沉淀装置以及过滤处理装置。2. 根据权利要求1所述的控制水中碘代消毒副产物的系统，其特征在于:所述过硫酸盐 活化装置包括过硫酸盐储存池、铁盐储存池和过硫酸盐活化池，过硫酸盐储存池通过流量 计和投药栗通入过硫酸盐活化池内，铁盐储存池通过流量计和投药栗通入过硫酸盐活化池 内，在过硫酸盐活化池内，铁盐活化过硫酸盐产生持续稳定的硫酸根自由基。3. 根据权利要求1或2所述的控制水中碘代消毒副产物的系统，其特征在于:所述高级 氧化装置包括进水管、进水栗、进水液位流量计、氧化池、搅拌器和过硫酸盐加投装置，进水 管通过进水栗和进水液位流量计通入氧化池，搅拌器插入氧化池内，过硫酸盐加投装置连 接过硫酸盐活化池和氧化池，将硫酸根自由基引入氧化池中，与碘离子迅速氧化成无毒无 害的碘酸盐，过硫酸盐加投装置包括过硫酸盐加投流量计和过硫酸盐加投栗，可根据进水 水质的变化，对药剂投加量进行实时调控，在保证水质的情况下，节省药剂。4. 根据权利要求1或2所述的控制水中碘代消毒副产物的系统，其特征在于:所述混凝 沉淀装置包括混合池、沉淀池、搅拌器、聚合氯化铝(PAM)加投栗和排泥装置，混合池与氧化 池相通，沉淀池与混合池相通，排泥装置位于沉淀池底部，搅拌器插入混合池内，聚合氯化 铝(PAM)加投栗与混合池相通，在此阶段强化有机前体物的去除。5. 根据权利要求1或2所述的控制水中碘代消毒副产物的系统，其特征在于:所述过滤 处理装置包括过滤器、反冲洗进水管、反冲洗流量计、出水管和溢流管，所述过滤器与沉淀 池连通，过滤器的底部设有出水管，过滤器的上部设有溢流管，反冲洗进水管通过反冲洗 流量计连通过滤器。6. 根据权利要求5所述的控制水中碘代消毒副产物的系统，其特征在于:所述过滤器包 括活性炭过滤器。
【文档编号】C02F9/04GK205687687SQ201620513618
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年5月31日 公开号201620513618.2, CN 201620513618, CN 205687687 U, CN 205687687U, CN-U-205687687, CN201620513618, CN201620513618.2, CN205687687 U, CN205687687U
【发明人】董紫君, 姜成春, 朱佳
【申请人】深圳职业技术学院