CN104860458A - 一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法 - Google Patents

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Abstract

一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法。本发明属于水处理领域，尤其涉及一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法。本发明是为解决现有氯化去除氨氮方法存在的投加药剂量大导致处理成本高以及产生有毒副产物污染的问题。方法：将投氯设备、管式混合器和管式紫外反应器串联，将氯化剂经投氯设备加入到待处理水样中，含氯化剂的待处理水样经管式混合器混合均匀，然后再流经带有紫外灯管的管式紫外反应器，实现氨氮的去除。本发明与现有折点氯化技术相比，减少了折点氯化中氯大量投入，不但降低了运行成本，并且避免了氯化消毒副产物的产生。同时简化处理过程，可以与消毒工艺同步完成。

Description

一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法
技术领域
本发明属于水处理领域，尤其涉及一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法。
背景技术
我国水体中的氨氮污染日益严重，严重威胁人类的健康。氨氮污染会造成降低水处理效率、产生有毒的消毒副产物、影响供水管网生物稳定性等一系列问题，为了保证供水安全，我国的生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)已经明确规定了供水厂出水的氨氮浓度要低于0.5mg/L。
目前，氨氮处理的主要方法是吸附法和折点氯化法。吸附法是利用沸石和活性炭对氨氮的吸附性，将水中的氨氮吸附至沸石和活性炭内。但沸石对氨氮的吸附效率较低，降低了水处理效率；吸附剂成本较高且需要定期更换，且若反冲洗不及时会导致更严重的氨氮污染。折点氯化法是水厂中最普遍应用的氨氮控制方法。在水中没有氨氮的情况，氯的主要作用是去除水中的细菌、病毒等微生物，起消毒作用的投氯量为0.5～2mg/L。但是，如果水中存在1mg/L的氨氮，则投氯量需增加至9～10mg/L，是消毒投氯量的8倍以上。大量投氯不但增加了氯的药剂费用，同时产生了大量的有毒的消毒副产物，严重威胁了人类健康。
已有专利报道了紫外和氯连用工艺，但处理对象不同。已公开专利《一种水的紫外光催化消毒与氯消毒联用的消毒方法》(申请号：200810198811.1)的目的是提高消毒效率。其方法为向水样中投加催化剂(二氧化钛、过氧化氢或臭氧)发生紫外光催化反应，利用产生的自由基氧化微生物的DNA，同时利用与氯化消毒破坏细菌的酶系统，从而灭活或杀死致病性微生物。而使细菌死亡。此专利的缺点是催化剂的投加不但增大处理成本而且引入新的化学污染(如二氧化钛残余物)。
发明内容
本发明是为解决现有氯化去除氨氮方法存在的投加药剂量大导致处理成本高以及产生有毒副产物污染的问题，而提供一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法。
本发明的一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法如下：
将投氯设备、管式混合器和管式紫外反应器串联，将氯化剂经投氯设备加入到待处理水样中，含氯化剂的待处理水样经管式混合器混合均匀，然后再流经带有紫外灯管的管式紫外反应器，实现氨氮的去除；
所述的含氯化剂的待处理水样中有效氯质量浓度为含氯化剂的待处理水样中氨氮质量浓度的3～4倍；
所述的管式紫外反应器内水层厚度小于5cm，所述的管式紫外反应器内水流速度为0.5m/s～1.5m/s；
所述的紫外灯管的辐射波长为220nm～375nm，所述的紫外灯管的紫外计量为40mJ/cm2～1000mJ/cm2。
本发明的原理为：有效氯质量浓度与氨氮质量浓度在(3～4):1时发生取代反应产生氯氨；氯氨中的氯-氮键容易吸收紫外光的光能而发生化学键断裂以降解氨氮；同时化学键的断裂生成多种自由基(氯自由基，羟氨自由基和羟基自由基)，进一步氧化去除氨氮。
本发明的优点为：
与现有折点氯化技术相比，本发明的氯剂投加量是现有技术(折点氯化)投氯量的一半，不但降低了运行成本，并且避免了氯化副产物(如三卤甲烷，卤乙酸，卤乙腈等)的产生。同时，本发明无需外加催化剂，处理过程简单易行，同时此方法也可同时水中其他污染物(如有机物、其他含氮污染物等)，可以作为水处理的预处理、深度处理单元。
本发明不但适用于新水厂，也适用于旧水厂的升级改造，管式紫外反应器节省占地面积并容易安置和运行，降低水厂的改造成本。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；其中1为投氯设备，2为管式混合器，3为管式紫外反应器，4为进水池，5为出水池，6进药泵，7为进水泵，8为流量计，9为进水取样口，10为出水取样口；
图2为试验一与对照组1和对照组2氨氮去除效果对比图；其中—▲—为试验一，—■—为对照组1，—●—为对照组2方法。
具体实施方式:
具体实施方式一：本实施方式一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法如下：
将投氯设备、管式混合器和管式紫外反应器串联，将氯化剂经投氯设备加入到待处理水样中，含氯化剂的待处理水样经管式混合器混合均匀，然后再流经带有紫外灯管的管式紫外反应器，实现氨氮的去除；
所述的含氯化剂的待处理水样中有效氯质量浓度为含氯化剂的待处理水样中氨氮质量浓度的3～4倍；
所述的管式紫外反应器内水层厚度小于5cm，所述的管式紫外反应器内水流速度为0.5m/s～1.5m/s；
所述的紫外灯管的辐射波长为220nm～375nm，所述的紫外灯管的紫外计量为40mJ/cm2～1000mJ/cm2。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的氯化剂为液氯、次氯酸或次氯酸钠溶液。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的紫外灯管为低压汞灯、中压汞灯或高压汞灯。其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的管式紫外反应器内水流速度为0.8m/s～1.2m/s。其他步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的管式紫外反应器内水流速度为1m/s。其他步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的紫外灯管的辐射波长为254nm～375nm。其他步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述的紫外灯管的紫外计量为80mJ/cm2～450mJ/cm2。其他步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述的紫外灯管的紫外计量为100mJ/cm2～360mJ/cm2。其他步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：所述的紫外灯管的紫外计量为180mJ/cm2。其他步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。
试验一、本试验的一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法如下：
将投氯设备、管式混合器和管式紫外反应器串联，将氯化剂经投氯设备加入到待处理水样中，含氯化剂的待处理水样经管式混合器混合均匀，然后再流经带有紫外灯管的管式紫外反应器，实现氨氮的去除；
所述的待处理水样种氨氮质量浓度为1mg/L；
所述的含氯化剂的待处理水样中有效氯质量浓度为3mg/L；
所述的管式紫外反应器内水层厚度为4cm，所述的管式紫外反应器内水流速度为1m/s；
所述的紫外灯管的辐射波长为254nm，所述的紫外灯管的紫外计量为100mJ/cm2；
所述的氯化剂为次氯酸钠溶液；
所述的紫外灯管为低压汞灯。
试验二、本试验的一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法如下：
将投氯设备、管式混合器和管式紫外反应器串联，将氯化剂经投氯设备加入到待处理水样中，含氯化剂的待处理水样经管式混合器混合均匀，然后再流经带有紫外灯管的管式紫外反应器，实现氨氮的去除；
所述的待处理水样种氨氮质量浓度为3mg/L；
所述的含氯化剂的待处理水样中有效氯质量浓度为9mg/L；
所述的管式紫外反应器内水层厚度为4cm，所述的管式紫外反应器内水流速度为0.8m/s；
所述的紫外灯管的辐射波长为254nm，所述的紫外灯管的紫外计量为180mJ/cm2；
所述的氯化剂为液氯；
所述的紫外灯管为中压汞灯。
(一)试验一与现有技术去除氨氮效果对比试验，具体过程如下：
对照组1：对照组1与试验一的区别是：无氯化剂的投加，其他与试验一相同。
对照组2：对照组2与试验一的区别是：无紫外辐射，其他与试验一相同。
得到如图2所示的氨氮去除效果对比图，从图2中可以得出结论：对照组1的氨氮去除率为4％，对照组2的氨氮去除率为21％，试验组的氨氮去除率为60％。
试验结果表明，利用本发明方法处理后水样的氨氮浓度为0.4mg/L，满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)的出水要求。单独使用两工艺对氨氮的去除效率均较低，氨氮在单独紫外辐射下不会降解，氯化作用虽然对氨氮有去除效果，但因为投氯量较低，氨氮去除率不大。氯化/紫外耦合技术对氨氮的去除效果远大于两种方法单独使用的去除效果的加和，可见本方法具有显著的协同效果。

Claims (9)

1.一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法，其特征在于一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法如下：
将投氯设备、管式混合器和管式紫外反应器串联，将氯化剂经投氯设备加入到待处理水样中，含氯化剂的待处理水样经管式混合器混合均匀，然后再流经带有紫外灯管的管式紫外反应器，实现氨氮的去除；
所述的含氯化剂的待处理水样中有效氯质量浓度为含氯化剂的待处理水样中氨氮质量浓度的3～4倍；
所述的管式紫外反应器内水层厚度小于5cm，所述的管式紫外反应器内水流速度为0.5m/s～1.5m/s；
所述的紫外灯管的辐射波长为220nm～375nm，所述的紫外灯管的紫外计量为40mJ/cm2～1000mJ/cm2。
2.根据权利要求1所述的一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法，其特征在于所述的氯化剂为液氯、次氯酸或次氯酸钠溶液。
3.根据权利要求1所述的一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法，其特征在于所述的紫外灯管为低压汞灯、中压汞灯或高压汞灯。
4.根据权利要求1所述的一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法，其特征在于所述的管式紫外反应器内水流速度为0.8m/s～1.2m/s。
5.根据权利要求1所述的一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法，其特征在于所述的管式紫外反应器内水流速度为1m/s。
6.根据权利要求1所述的一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法，其特征在于所述的紫外灯管的辐射波长为254nm～375nm。
7.根据权利要求1所述的一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法，其特征在于所述的紫外灯管的紫外计量为80mJ/cm2～450mJ/cm2。
8.根据权利要求1所述的一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法，其特征在于所述的紫外灯管的紫外计量为100mJ/cm2～360mJ/cm2。
9.根据权利要求1所述的一种氯化/紫外耦合去除饮用水中氨氮的方法，其特征在于所述的紫外灯管的紫外计量为180mJ/cm2。
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