CN101696066A - 饮用水强化处理去除水中有机污染物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种饮用水强化处理去除水中有机污染物的方法，具体步骤为：向待处理水中投加具有氧化性的化学药剂，反应0.5分钟～10分钟，采用改性颗粒滤料滤床过滤；其中：每升待处理水中化学药剂的加入量为0.2～5mg。使用经铁、锰、铝等金属的氧化物进行表面改性的石英砂、沸石、堇青石、陶粒等滤床过滤颗粒滤料，在过滤前向待过滤的水中加入一定浓度的氧化性混合药剂，水在滤床中停留一定时间后流出滤床时，水中天然有机物和微量有机污染物能够被高效去除，同时投加的药剂不会穿透滤层。本发明方法对水中天然有机物、尤其是在一般情况下高锰酸钾、臭氧、双氧水难以快速氧化去除的难降解微量有机污染物去除率高、速度快、残留量小，是一种经济、高效的除有机污染的方法。

Description

饮用水强化处理去除水中有机污染物的方法

技术领域

本发明涉及一种饮用水强化处理去除水中有机污染物的方法。

背景技术

随着工业、农业的迅速发展，水源水中有机物种类和含量逐渐增加，主要包括天然有机物、人工合成有机物和内分泌干扰物等。天然有机物广泛存在于各种天然水体中，能够与水中金属离子络合，影响水处理效果，在配水管道中易使细菌再生长，并且是多种致突变消毒副产物的前体物质。另外，水中存在着种类繁多的人工合成有机物，它们通过废水排放、降水、渗漏、水上运输及运输事故等途径进入天然水体，对饮用水质和人体健康构成了极大的威胁，其中很多属于致癌、致畸、致突变的“三致”物质。环境内分泌干扰物是一类外源性化学物质，它干扰生物体内正常激素的合成、分泌、转移、结合、反应和消除，从而干扰正常激素维持体内平衡和调节发育过程的作。内分泌干扰物化学性质稳定，干扰人体内分泌系统的功能，直接影响人类繁衍的生殖系统，降低生殖能力，引起不孕症，还能造成诸如癌症、畸形等难以治愈的疾病。有机污染物的去除对保障饮用水质至关重要。

目前对有机污染物的去除包括如下一些方法。强化混凝对于天然有机物含量较高的水能够改善天然有机物的去除效果，但同时也增加了对人体有害的残余铝的含量；单纯活性炭吸附和臭氧一活性炭工艺是应用较多的方式，但活性炭的再生以及炭柱中孳生的微型动物的二次污染是需要解决的问题；高锰酸钾、臭氧、过氧化氢等化学氧化方法由于氧化剂氧化还原电位不同对有机物氧化能力各有不同，去除效果有限；氧化剂加催化剂的催化氧化反应能够提高对有机物的去除效果；膜法也是较为有效的去除有机污染的方法，但与前两种方法一样都存在运行成本高的问题，难以推广应用。

通过将颗粒滤料改性强化过滤效果是改善处理效果的一条途径。采用某种方法将铁、锰、铝的金属氧化物涂覆在颗粒滤料表面，能够改变滤料表面性质，使滤料比表面积、表面电位、表面化学性质有所改变，增强对水中悬浮颗粒和溶解杂质的过滤效果。但也存在改性滤料表面吸附饱和、改性物质脱落等问题，令使用效果大打折扣。

发明内容

本发明目的在于提供一种饮用水强化处理去除水中有机污染物的方法。

本发明克服单纯氧化剂氧化能力不足、反应速度慢的问题，同时为滤床过滤工艺增加新的职能，并克服改性滤料吸附饱和难以通过反冲洗完全再生、表面改性物质脱落后效能下降的问题，而提供的集物理吸附、化学配位络合、催化氧化多种作用于一身的去除有机污染物的方法。

本发明提出的饮用水强化处理去除水中有机污染物的方法，具体步骤如下：

向待处理水中投加具有氧化性的化学药剂，反应0.5分钟～10分钟，采用改性颗粒滤料滤床过滤；其中：每升待处理水中化学药剂的加入量为0.2～5mg。

本发明中，所述化学药剂为高锰酸钾、过氧化氢、次氯酸钠、氯化铁、硫酸铁、氯化铝、硫酸铝、氯化镁或硫酸镁中的一种或几种。

本发明中，所述滤床滤料是以石英砂、沸石、堇青石或陶粒为基质的滤料，表面经过铁、锰、铝金属氧化物的改性。

本发明中，加化学药剂后的处理水在滤床中的停留时间为10分钟～60分钟。

本发明中，所述待处理水为饮用或工业水源的地表水或地下水。

石英砂是一种广泛用于各种给水处理、污水处理和环境治理的净水材料。但是由于石英砂滤料表面孔隙少，比表面积和等电点较低，在正常条件下带负电，使得它对水中有毒物质(重金属离子等)、细菌、病毒和有机物的去除效果很不理想。其他的天然矿物滤料也存在类似的问题。研究者提出了对普通石英砂滤料改性的想法，通过在天然滤料表面附着不同功能的物质，改善滤料表面的性质，制成具有优良吸附性能和一定机械强度的改性滤料，这一技术在给水处理中有一定的应用前景。改性滤料即在天然矿物滤料的表面通过化学反应涂上一层改性剂(通常为金属氧化物和氢氧化物)，从而改变原滤料颗粒表面物理化学性质，以提高滤料对某些特殊物质的吸附能力及增强滤料的截污能力，达到改善出水水质的目的。实践表明，改性滤料能充分地发挥增加滤料的比表面积和强化吸附的能力，从而达到与水中各类有机物、细菌、藻类接触过程中由表面涂料所产生的强化吸附和氧化净化功能。改性滤料不但能吸附大分子和胶体有机物，同时还可以大量吸附水中重金属离子和小分子可溶性有机物，从而达到全面改善水质的目的。

改性滤料对溶解性物质过滤的主要机理是金属氧化物表面羟基吸附位与水中溶解性物质的配合作用。常用的天然矿物滤料分子结构一般为晶体，人工烧结的陶粒滤料虽然不是晶体但二氧化硅成分比例高，这些滤料的比表面积小，表面能够与水分子配合并使水分子解离的金属原子少，而且表面一般带负电荷。水中的悬浮颗粒绝大部分带负电荷，由于同性静电排斥作用，不利于其向滤料表面靠近，滤料表面极少的吸附位置数量使这些传统滤料的吸附能力很低。而经金属氧化物改性后的滤料上述两个表面性质大有改观。改性滤料表面的铁、锰、铝等金属原子在水中与水分子配合，产生羟基吸附位，既能够与金属离子等Lewis酸配合，也能够与有机物分子等Lewis碱配合，改性后表面电位会有所提高，有利于对悬浮颗粒的吸附。由于滤料表面的不定形分子结构，滤料比表面积大，吸附位数量大幅度增加。在一个过滤周期前期，有机物分子在各种力的作用下运动到滤料表面附近，与滤料表面羟基吸附位配合，有机物分子取代滤料表面的羟基结合在滤料表面，同时水中金属离子也可能结合在吸附位上。

但金属氧化物表面羟基吸附位置数量也有限，过滤工程中对溶解物质的吸附率会逐渐降低直至失效，难以保持持续的高效性并需要在完成过滤周期后进行化学再生才能重新恢复其吸附能力。过滤前向水中投加药剂能够使滤料表面吸附位数量得到一定程度的恢复。药剂在水中产生的金属离子或水合(羟)氧化物与滤料表面或滤料表面络合的里维斯碱能够发生络合反应，产生了新的羟基吸附位，能够继续吸附络合Lewis酸和Lewis碱，从而提高滤料的吸附容量。

对于一些微量有机污染物，在水中含量低、与滤料表面键合力弱，单纯靠滤料吸附难以去除。一般去除微量有机物采用化学氧化的方法，一般采用高锰酸钾和次氯酸钠等。但这些合成有机物化学性质稳定，氧化速度较慢、不易氧化完全，去除率较低，需采用催化剂促进反应的进行，金属氧化物正是一种常用的催化剂。合成有机物在金属氧化物表面配合改变了原子间力的作用，更容易被氧化剂氧化，同时其在滤料表面吸附导致浓度富集也有利于氧化反应的进行。

在过滤前，向待过滤的地下水或低浊度地表水中投加由高锰酸钾、过氧化氢、次氯酸钠、氯化铁、硫酸铁、氯化铝、硫酸铝、氯化镁、硫酸镁中的一种或几种药剂组成的混合物，药剂与水中的有机物发生初步的配合或氧化反应，投加的药剂量要根据待处理的水质情况而定。投量太小不利于随后药剂与有机物的反应，使有机物去除不够充分。投加量太大，多余的药剂会穿透滤池造成二次污染，使水质不能达标。因此投药量一般控制在0.2～5mg药剂/L水范围内。

药剂与有机物的初步反应还需要一定的时间，才能更有效地在滤层中发生催化反应，一般初步反应持续0.5～10min后再进入滤层过滤。

药剂投加到水中一段时间后，进入改性滤料滤层进行过滤。经过铁、锰、铝金属氧化物改性的滤料表面由于上述的表面性质的改善更有利于吸附和催化氧化反应的进行。实验表明，未经改性的石英砂、沸石、堇青石、陶粒等滤料也有一定的吸附和催化作用，但这些材料作用太弱，无法达到令人满意的效果。

水中有机物向滤料表面的传质和吸附以及氧化反应也需要一定的时间，同时考虑滤料对悬浮物截留的水力要求，加药后的水在滤床中的停留时间为10～60min。

经过本发明方法处理的水，天然有机物和微量有机污染物都能够高效率地去除，有机污染较为严重、常规处理工艺处理后无法达标的原水也能够达到很高的处理水平，处理水完全合格。而且投加药剂产生的金属(羟)氧化物一部分在滤料表面结合比较牢固，有效弥补了反冲洗过程磨损导致的滤料表面金属氧化物的损耗，并保持滤料表面的吸附容量，使滤料能够长期稳定使用。

附图说明

图1为原水中苯酚经改性滤料表面催化高锰酸钾氧化与高锰酸钾直接氧化的动力学对比。原水中苯酚浓度为0.3mg/L，高锰酸钾投量为3mg/L。从图中可以看出在直接反应的试验中，反应时间60min时，苯酚去除率不到10％。而经改性滤料表面催化，反应10min时，苯酚的氧化去除率超过70％。氧化反应速度和氧化效率都大幅度提高。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1、某地表水体水源水，经混凝沉淀后浊度为2.6NTU，TOC为6.2mg/L。向该水中加入次氯酸钠与氯化铁混合溶液，使水中次氯酸钠浓度为4.5mg/L、氯化铁浓度为0.3mg/L，过滤前反应时间为30s，滤层中空床停留时间为10min，采用氧化铝、氧化锰复合改性石英砂滤料过滤。滤后水平均浊度为0.5NTU，TOC为2.5mg/L。色质联机检测结果微量有机污染物种类数减少33％，总量去除65％。相同水质经石英砂过滤，滤后水浊度平均1.7NTU，TOC为4.9mg/L，微量有机污染物种类没有减少，总量去除12％。

实施例2、某地下水源水，天然有机物含量低但受酚污染，水中苯酚含量约为0.3mg/L。处理过程中投加高锰酸钾浓度为3mg/L，投加后即进入滤层进行过滤，滤层中空床停留时间为6min，采用氧化铁改性陶粒做为滤床滤料，出水苯酚含量能够保持低于0.1mg/L。通过改性滤料的催化作用，苯酚氧化率和氧化速度明显提高。从图1可以看出，滤层中空床停留时间为6min时，苯酚去除率为70％，而高锰酸钾与苯酚直接反应，苯酚去除率只有不到3％，去除效率提高20倍以上。

Claims (6)

1.一种饮用水强化处理去除水中有机污染物的方法，其特征在于具体步骤如下：

向待处理水中投加具有氧化性的化学药剂，反应0.5分钟～10分钟，采用改性颗粒滤料滤床过滤；其中：每升待处理水中化学药剂的加入量为0.2～5mg。

2.根据权利要求1所述的饮用水强化处理去除有机污染物的方法，其特征在于所述待处理水为饮用或工业水源的地表水或地下水。

3.根据权利要求1所述的饮用水强化处理去除有机污染物的方法，其特征在于所述化学药剂为高锰酸钾、过氧化氢、次氯酸钠、氯化铁、硫酸铁、氯化铝、硫酸铝、氯化镁或硫酸镁中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的饮用水强化处理去除有机污染物的方法，其特征在于所述滤床滤料是以石英砂、沸石、堇青石、陶粒为基质的滤料，表面经过铁、锰、铝金属氧化物的改性。

5.如权利要求1所述的饮用水强化处理去除有机污染物的方法，其特征在于向水中投加药剂后，反应持续0.5～10min再进入滤层过滤。

6.如权利要求1所述的饮用水强化处理去除有机污染物的方法，其特征在于加化学药剂后的处理水在滤床中的停留时间为10～60min。

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