CN101591047A - 超声波去除饮用水中氯消毒副产物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波去除饮用水中氯消毒副产物的方法。将含有痕量CHCl3、CCl4、CHBrCl2与CHClBr2等消毒副产物的饮用水在超声波辐照条件下进行处理，超声频率为20kHz～500kHz，超声功率为20～300W/cm²；超声辐照时间为1min～2h。本方法主要利用超声波的空化效应对饮用水中的氯消毒副产物进行直接热解及羟基自由基氧化反应。在敞口超声反应装置中，超声波辐照对水样中的氯消毒副产物同时存在着超声降解与超声吹脱作用。与目前普遍采用的饮用水中氯消毒副产物去除技术相比，超声空化降解技术对有机污染物具有反应条件温和、降解反应无选择性、二次污染风险低、处理过程易于控制及可操作性强等优点，具有良好的社会效益与环境效益。

Description

超声波去除饮用水中氯消毒副产物的方法

技术领域

本发明涉及一种饮用水的深度处理方法，特别涉及了一种利用超声空化效应去除饮用水中低浓度(痕量)卤代甲烷等氯消毒副产物的方法。

背景技术

加氯消毒一直是城市给水处理中广泛使用的消毒手段，具有成本低、灭菌能力强的优点。然而，当水源水中有机物含量稍高时，氯消毒将会产生氯代有机物，而大多数氯代有机物均有致癌、致畸与致突变性，其中尤以卤代甲烷为典型代表。美国环境保护署与我国都明确规定了饮用水中允许卤代甲烷存在的限值。因此，去除饮用水中卤代甲烷等氯消毒副产物势在必行。

大多数卤代甲烷有毒，难以生化降解。目前去除饮用水中氯消毒副产物的方法主要包括强化混凝法、活性炭吸附法及膜过滤法。强化混凝法考虑到水处理过程中化学物质的投加、污泥量的增加等而限制其应用范围；活性炭吸附法仅能在一定程度上去除水中的卤代甲烷，对饮用水中痕量污染物的去除难度更大，且难以洗脱；膜过滤法去除水中的有机物具有能耗低、设备简单的优点，但膜的使用寿命较短、易于污染。因此，有必要寻求一种反应条件温和、操作过程易于控制、二次污染风险低、处理效果理想且成本适宜的氯消毒副产物处理技术。

发明内容

为了解决目前饮用水中低浓度氯消毒副产物去除过程中所存在的问题，本发明提供了一种超声波去除饮用水中氯消毒副产物的方法，处理过程易于控制、无需投加化学试剂、能有效去除氯消毒副产物的饮用水净化技术。

一种超声波去除饮用水中氯消毒副产物的方法，是将主要含有CHCl₃、CCl₄、CHBrCl₂与CHClBr₂中的一种或几种混合物的消毒副产物的饮用水在超声波辐照条件下进行处理。超声频率为20kHz～500kHz，超声功率为20～300W/cm²；超声辐照时间为1min～2h。

超声辐照既可以采用静态方法处理池中的水体，亦可采用动态方法处理管路中流动的水体。超声辐照装置可以是封闭式的，亦可是敞口式的。超声波可以由探头式设备或者槽式设备产生，这些设备可以是单频超声设备，亦可为双频超声设备。

本发明的有益效果为：

1、本发明是在饮用水传统处理技术的基础上，对氯化消毒后产生消毒副产物的水体进行超声空化深度处理，进一步提高饮用水的质量。超声空化作用可以产生局部高温、高压，在超声波作用下，溶液产生空化泡并迅速崩溃，整个过程发生在ns-μs时间内，从而产生超过5000K的高温和大于50MPa的高压环境，对水中的污染物直接进行热解或/与自由基氧化。

2、本发明去除饮用水中卤代甲烷等氯消毒副产物，无需加入化学试剂，二次污染风险小，绿色环保。超声空化效应使水分解产生OH自由基的标准氧化还原电位为2.80V，是目前已知可在水处理中应用的最强的氧化剂，它可以无选择地直接与饮用水中氯消毒副产物反应生成二氧化碳、水与矿物盐，使水中的卤代甲烷氧化减少，不会产生二次污染。

3、本发明涉及的饮用水中消毒副产物的处理过程易于控制，可操作性强。超声波处理饮用水中的消毒副产物是一个物理-化学过程，很容易加以控制。另外，本发明无需对传统自来水厂的处理工艺进行大规模改动，只需在传统工艺后添加超声后续处理工艺即可。

本发明采用超声为指频率高于20kHz的声波，超声作用于液体时会产生空化效应，空化泡崩溃瞬间产生局部高温与高压可有效去除工业废水中高浓度的有机污染物。

4、该技术具有低耗高效、风险低、普适性强及易于现场操作等特点，但对于饮用水中痕量有机污染物的超声去除目前尚未见报道，饮用水中低浓度有机污染物的超声去除效果与去除机理等均不明确。本发明以饮用水中低浓度的卤代甲烷消毒副产物为研究对象，对此进行有益的探索，这对饮用水中其他低浓度有机污染物的超声去除也具有借鉴作用。

附图说明：

图1管式超声反应器结构示意图。

具体实施方式

以下通过实施例进一步说明本发明。

本发明中的饮用水样取样方法是按《生活饮用水标准检验法》的要求，先放水十分钟，使积留于水管中的杂质除去。取50ml比色管，将水样收集于瓶中，使水样充满全管，没有气泡。所用玻璃器皿在使用前均采用高温处理，120℃烘烤2h去除干扰物。

实施例1

饮用水样品中含有15.79μg·L^-1CHCl₃、10.43μg·L^-1CCl₄、3.19μg·L^-1CHBrCl₂与4.75μg·L^-1CHClBr₂的卤代甲烷；水样pH值为7.1；超声频率为25kHz；超声强度为108W/cm²；超声辐照时间为30min；超声波发射采用探头式设备；超声反应装置(如图1所示)密闭；超声处理后CHCl₃、CCl₄、CHBrCl₂与CHClBr₂的剩余浓度分别为9.40μg·L^-1、6.06μg·L^-1、2.21μg·L^-1与2.81μg·L^-1，去除率分别为40.5％、42.9％、30.7％与40.8％。水样pH值降低为6.9，仍处在国家饮用水标准所规定的范围内。

实施例2

实施例1中，其它条件不变，超声强度改为192W/cm²时，CHCl3、CCl4、CHBrCl2与CHClBr2去除率分别为45.5％、50.1％、39.8％与43.2％；超声强度改为32W/cm²时，CHCl₃、CCl₄、CHBrCl₂与CHClBr₂去除率分别为31.6％、33.3％、13.2％与20.8％。

实施例3

实施例1中，其它条件不变，超声辐照时间改为10min时，CHCl₃、CCl₄、CHBrCl₂与CHClBr₂去除率分别为20.2％、26.6％、25.1％与17.9％；超声辐照时间改为60min时，卤代甲烷的去除率提高，CHCl₃、CCl₄、CHBrCl₂与CHClBr₂去除率分别为47.3％、64.6％、58.1％与54.6％。

实施例4

实施例1中，其它条件不变，超声频率为47kHz；超声处理后CHCl₃、CCl₄、CHBrCl₂与CHClBr₂的去除率分别为44.5％、47.9％、33.7％与41.8％；在超声反应装置内同时使用频率为25kHz与47kHz的双频超声发生设备，卤代甲烷的去除率显著提高，CHCl₃、CCl₄、CHBrCl₂与CHClBr₂的去除率分别为78.4％、85.7％、68.7％与73.8％。

实施例5

实施例1中，其它条件不变，超声反应装置改为敞口，超声处理后CHCl₃、CCl₄、CHBrCl₂与CHClBr₂四种卤代甲烷完全去除，表明在敞口容器中，超声波辐照对水样中的卤代甲烷同时存在着超声降解与超声吹脱作用。

实施例6

一种超声波去除饮用水中氯消毒副产物的方法，是将主要含有CHCl₃、CCl₄、CHBrCl₂与CHClBr₂等卤代甲烷的饮用水在超声波辐照条件下进行处理。超声频率为20kHz～500kHz，可采用多频超声发生装置，超声功率为20～300W/cm²；超声辐照时间为1min～2h。

其中饮用水中的CHCl₃、CCl₄、CHBrCl₂与CHClBr₂等卤代甲烷的浓度是可变的；超声频率可以是20kHz、25kHz、47kHz、100kHz、500kHz；双频超声发生器可以是25kHz+47kHz、25kHz+100kHz、47kHz+500kHz等；超声功率可以是20W/cm²、108W/cm²、192W/cm²、250W/cm²、300W/cm²等；超声辐照时间为1min、5min、38min、64min、120min等。

Claims (5)

1.一种超声波去除饮用水中氯消毒副产物的方法，其特征在于，将含有痕量卤代甲烷的饮用水在超声波频率为20kHz～500kHz、超声波功率为20～300W/cm²的超声波辐照条件下，超声辐照1min～2h。

2.如权利要求1所述的超声波去除饮用水中氯消毒副产物的方法，其特征在于，超声波辐照处理静态水池中的水体，或处理动态管路中流动的水体。

3.如权利要求1所述的超声波去除饮用水中氯消毒副产物的方法，其特征在于，超声波辐照装置为封闭式或敞口式反应器；超声波由探头式超声设备或者槽式超声设备产生。

4.如权利要求3所述的超声波去除饮用水中氯消毒副产物的方法，其特征在于，超声设备采用单频超声，或采用双频超声来处理饮用水中氯消毒副产物。

5.如权利要求1所述的超声波去除饮用水中氯消毒副产物的方法，其特征在于，所述卤代甲烷为CHCl₃、CCl₄、CHBrCl₂、CHClBr₂中的一种或几种的混合。

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