CN102701319A - 紫外光照消除水中余氯的方法 - Google Patents

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于青
王辉
许舒
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Abstract

一种紫外光照消除水中余氯的方法，其特征在于，使含有余氯的水体流经有紫外灯照射装置，水中余氯在紫外光照射下发生光化学分解，次氯酸和次氯酸钠分解产生初生态氧，余氯浓度大大降低，达到去除水中余氯的目的。本发明的优点是：含有余氯的水体，流经安装有紫外灯的装置，在一定强度紫外灯的照射下，通过改变装置内部结构设计及水体流速来控制水体的被照射时间，水中余氯在紫外光照射下，发生光化学分解，次氯酸和次氯酸钠分解产生初生态氧，余氯浓度均大大降低，达到去除水中余氯的目的。不涉及任何化学还原剂以及活性碳，有效解决了现有技术存在的安全隐患和造成水体缺氧的问题，并大大降低了处理成本。

Description

紫外光照消除水中余氯的方法
技术领域
本发明涉及一种紫外光照消除水中余氯的方法，属于水处理技术领域。
背景技术
氯对致病微生物有很强的灭活作用，因而被广泛用于污水及饮用水处理领域。氯消毒实质上是氯和氯化合物与微生物细胞有机物相互作用所进行的氧化 – 还原过程。氯气溶于水的过程如反应式（1）和（2）：
Cl2 + H2O → HClO + HCl    (1)
HClO → H+ + ClO-                    (2)
根据1998年对北美20000座城市污水处理厂进行的调查表明，接近60%的污水处理厂使用氯消毒，24%采用氯消毒并后续除余氯的操作方式，15%用紫外线消毒，仅有1%-2%用臭氧消毒工艺。可见，在城市污水处理厂消毒方法中，氯消毒得到广泛应用。在我国饮用水工艺上常用的消毒方法同样为液氯消毒。
水或者污水经氯消毒后，水体中会含有一定浓度的余氯，直接排入水体，无论是化合性或游离性余氯都将对环境及人体健康产生不利影响。另外，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，产生有诱变致癌作用的副产物，如三卤甲烷（THMs）等，THMs长期存在于水体，将对人类和水生生物产生长期毒性影响。因此为了保护环境及人体健康免受水体中余氯的影响，必须对水体中的余氯进行严格控制。各国以及相关水处理领域也都对水中余氯含量进行了严格的规定。中华人民共和国城镇建设行业标准—饮用净水水质标准（CJ94—2005）中明确规定饮用净水水质中余氯不应超过0.01mg/L（管网末梢水）；世界卫生组织（WHO）关于饮用水水质的规定—Guidelines for Drinking-water Quality, Third Edition中规定：水中余氯含量不得高于5 mg/L。国际海事组织（IMO）在对船舶压载水处理系统进行认证时规定：经船舶压载水处理系统处理后的压载水中余氯浓度必须低于0.2mg/L。IMO对船舶生活污水处理也进行了相关规定，在其MEPC.159(55)决议—经修订的实施生活污水处理装置排出物标准和性能试验导则中，明确规定：如用氯作为消毒剂，应保证排出物中余氯浓度低于0.5mg/L。
消除余氯工艺是将氯化消毒后水中的余氯去除，使水体中余氯和消毒副产物的潜在毒性最小。常用的余氯消除方法有化学药剂还原法和活性碳吸附法。
化学药剂还原法是添加过量的还原性药剂与余氯反应以达到去除余氯的效果，常用的药剂有：二氧化硫、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠、焦亚硫酸钠等。相关化学反应见反应式（3）-（10）：
SO2 + Cl2 + H2O → 2HCl + H2SO4                        (3)
SO2 + HClO + H2O → 3H+ + Cl- + SO4 2-                   (4)
NaHSO3 + Cl2 + H2O → 2HCl + NaHSO4                                       (5)
NaHSO3 + HClO → Cl- + SO4 2- + 2H+ + Na+                                  (6)
Na2SO3 + Cl2 + H2O → 2HCl + Na2SO4                        (7)
Na2SO3 + HClO → Cl- + SO4 2- + H+ + 2Na+                 (8)
2Na2S2O3 + Cl2 → Na2S4O6 + 2NaCl                       (9)
2Na2S2O3 + 4NaClO + 2NaOH → 4NaCl + 2Na2SO4 + H2O     (10)
关于活性炭去除余氯的原理，有研究认为活性碳中有一种活性很强的自由基，能与余氯发生如下反应（反应式11和12）：
HClO + C* → C*O + Cl- + H+   (11)
OCl- + C* → C*O + Cl-        (12)
而有些研究结果则强调了活性碳的催化作用，认为在活性碳的作用下HClO分解成为了新生态氧（[O]），继而将碳氧化，反应式如（13）和（14）：
                                                 
Figure 2012102146051100002DEST_PATH_IMAGE001
   (13)
      2[O] + C → CO2                (14)
在使用化学药剂还原法去除余氯时，二氧化硫气体有毒，使用中会有安全隐患，而使用其他还原剂除氯后，过量的药剂排入水体后会消耗水体中的溶解氧，造成水体缺氧。活性碳工艺造价昂贵，仅在出水要求很高时使用。因此为了更安全、更有效去除水中余氯，需要研发新的余氯消除方法。
发明内容
本发明旨在提供一种紫外光照消除水中余氯的方法，解决现有技术使用化学药剂还原法去除余氯时有安全隐患；使用其他还原剂除氯后，过量的药剂排入水体后会消耗水体中的溶解氧，造成水体缺氧；以及活性碳工艺造价昂贵的问题。
本发明的技术方案是：一种紫外光照消除水中余氯的方法，其特征在于，使含有余氯的水体流经有紫外灯照射装置，水中余氯在紫外光照射下发生光化学分解，次氯酸和次氯酸钠分解产生初生态氧，余氯浓度大大降低，达到去除水中余氯的目的。
通过改变水体流速及紫外灯照射装置内部结构和尺寸来控制水体的被照射时间；紫外光照射强度为100-300MJ/cm2，照射时间为10-60分钟。
所述的紫外灯照射装置包括外壳、石英管、紫外线灯管、灯座、套管螺帽和镇流器，在外壳侧面的两端分别设有进水口和出水口；外壳的一端封闭，另一端设有接口；石英管的封闭端从外壳的接口插入，石英管的敞开端与外壳的接口之间用密封圈密封；从石英管的敞开端装入紫外线灯管，紫外线灯管的电极端用套管螺帽与外壳的接口固定，并与套管螺帽外端的灯座连接；灯座外连接镇流器。
在所述的外壳的封闭端设有底座用于将外壳固定在水平固定物上，外壳的轴向与水平面垂直，所述的进水口位于出水口的下方。
 本发明的优点是：含有余氯的水体，流经安装有紫外灯的装置，在一定强度紫外灯的照射下，通过改变装置内部结构设计及水体流速来控制水体的被照射时间，水中余氯在紫外光照射下，发生光化学分解，次氯酸和次氯酸钠分解产生初生态氧，余氯浓度均大大降低，达到去除水中余氯的目的。不涉及任何化学还原剂以及活性碳，有效解决了现有技术存在的安全隐患和造成水体缺氧的问题，并大大降低了处理成本。
附图说明
图1是本发明装置的总体结构示意图。
具体实施方式
本发明一种紫外光照消除水中余氯的方法，其特征在于，使含有余氯的水体流经有紫外灯照射装置，水中余氯在紫外光照射下发生光化学分解，次氯酸和次氯酸钠分解产生初生态氧，余氯浓度大大降低，达到去除水中余氯的目的。
通过改变水体流速及紫外灯照射装置内部结构和尺寸来控制水体的被照射时间；紫外光照射强度为100-300MJ/cm2，照射时间为10-60分钟。
本发明的方法不涉及任何化学还原剂以及活性碳，主要原理为：含有余氯的水体，流经安装有紫外灯的装置，在一定强度紫外灯的照射下，通过改变装置内部结构设计及水体流速来控制水体的被照射时间，水中余氯在紫外光照射下，发生光化学分解，次氯酸和次氯酸钠分解产生初生态氧，最后到达去除水中余氯的目的。反应过程如下面的反应式（15）和（16）：
Figure 663433DEST_PATH_IMAGE002
      (15)
      (16)
参见图1，本发明方法所使用的紫外灯照射装置包括外壳1、石英管3、紫外线灯管2、灯座8、套管螺帽5和镇流器9，在外壳1侧面的两端分别设有进水口6和出水口7；外壳1的一端封闭，另一端设有接口；石英管3的封闭端从外壳1的接口插入，石英管3的敞开端与外壳1的接口之间用密封圈4密封；从石英管3的敞开端装入紫外线灯管2，紫外线灯管2的电极端用套管螺帽5通过螺纹与外壳1的接口固定，然后将灯座8插入套管螺帽5中心孔的紫外线灯管2的电极端上。灯座8外通过连接镇流器9与电源连接。
外壳1采用不锈钢钢管制成。密封圈4可采用硅胶材质。
在所述的外壳1的封闭端设有底座10用于将外壳固定在水平固定物上，外壳1（以及与其装配在一起的部件）的轴向与水平面垂直，所述的进水口6位于出水口7的下方。使用时在进水口6及出水口7上连接橡皮管，接通电源，紫外线余氯消除装置即开始工作，此时可将待处理的水体打入进水口6，通过调节流量，来控制水体在装置中停留的时间，最后处理后的水体从出水口7流出。
图1所示的结构只是本发明装置的一个实施例，本发明的保护范围不限于此。凡是通过紫外光照射消除水中余氯的方法和相应的装置，均为本发明的保护范围。
按照发明内容中列明的技术方法，对含有不同浓度余氯的水体进行处理。按照国际公认的测试方法对处理前后水中余氯浓度进行了检测，结果见表-1。    
下面是本发明的几个实施例：
实例1：
将含有198ppm余氯的自来水（余氯浓度在处理前已被精确测定）装入紫外线反应器中，经检测及计算，照射强度为100MJ/cm2，照射时间为20分钟，20分钟后将处理后的水体排出反应器，并检测水中余氯浓度。  
实例2：
将含有202ppm余氯的自来水（余氯浓度在处理前已被精确测定）装入紫外线反应器中，经检测及计算，照射强度为100MJ/cm2，照射时间为60分钟，60分钟后将处理后的水体排出反应器，并检测水中余氯浓度。    
实例3：
将含有205ppm余氯的自来水（余氯浓度在处理前已被精确测定）装入紫外线反应器中，经检测及计算，照射强度为200MJ/cm2，照射时间为20分钟，20分钟后将处理后的水体排出反应器，并检测水中余氯浓度。
表-1 实施例的紫外法消除余氯的处理效果
试验序号 处理前的余氯浓度（mg/l） 处理后的余氯浓度（mg/l）
实例1 198 9.5
实例2 202 0
实例3 205 1.7
目前，紫外线在水处理领域主要用于杀灭水中大肠杆菌等有害细菌，从而对水体进行消毒。而本发明则是创新性地将紫外线照射用于水中余氯消除领域。通过试验研究结果，将紫外线照射引入水中余氯消除领域，是一种新的水中余氯的消除方法。

Claims (4)

1.一种紫外光照消除水中余氯的方法，其特征在于，使含有余氯的水体流经有紫外灯照射装置，水中余氯在紫外光照射下发生光化学分解，次氯酸和次氯酸钠分解产生初生态氧，余氯浓度大大降低，达到去除水中余氯的目的。
2.根据权利要求1所述的紫外光照消除水中余氯的方法，其特征在于，通过改变水体流速及紫外灯照射装置内部结构和尺寸来控制水体的被照射时间；紫外光照射强度为100-300MJ/cm2，照射时间为10-60分钟。
3.根据权利要求1所述的紫外光照消除水中余氯的方法，其特征在于，所述的紫外灯照射装置包括外壳、石英管、紫外线灯管、灯座、套管螺帽和镇流器，在外壳侧面的两端分别设有进水口和出水口；外壳的一端封闭，另一端设有接口；石英管的封闭端从外壳的接口插入，石英管的敞开端与外壳的接口之间用密封圈密封；从石英管的敞开端装入紫外线灯管，紫外线灯管的电极端用套管螺帽与外壳的接口固定，并与套管螺帽外端的灯座连接；灯座外连接镇流器。
4.根据权利要求3所述的紫外光照消除水中余氯的方法，其特征在于，在所述的外壳的封闭端设有底座用于将外壳固定在水平固定物上，外壳的轴向与水平面垂直，所述的进水口位于出水口的下方。
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