CN107487833B - 一种控制消毒副产物卤乙腈生成量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制消毒副产物卤乙腈生成量的方法，在水厂水处理工艺前端投加一定量的改性高铁酸盐，并预氧化一段时间。本发明与现有技术相比，高铁酸盐合成过程中，原材料取材方便，含铁废料即可使用，实现废物的重复利用；改性高铁酸盐具有很强的氧化性，在饮用水领域充当氧化剂，可以有效控制含氮消毒副产物的生成。在预氧化过程中，改性高铁酸盐在水中分解会形成Fe(OH)3胶体，具有氧化和絮凝双重作用，无二次污染，试剂本身没有对人体有害物质生成。其实施步骤简单，成本低，无需改动现有水处理工艺，实施效果好，绿色环保，无二次污染，具有很强的实用性和广泛的适用性。

Description

一种控制消毒副产物卤乙腈生成量的方法
技术领域
本发明涉及一种控制消毒副产物的方法，具体涉及一种控制消毒副产物卤乙腈生成量的方法。
背景技术
常规饮用水处理工艺包括：混凝、沉淀、过滤、消毒。
消毒为水处理工艺中必不可少的环节。氯因价格低廉，便于运输、存储，具有良好的杀菌效果，能彻底氧化具有臭味的物质，因而被广泛使用。
然而，人们在消毒后的水中检测到三卤甲烷和卤乙酸等常规消毒副产物。研究表明，氯消毒后会产生对人体更有害的含氮消毒副产物，其毒性是含碳消毒副产物的30-80倍。因而消毒副产物作为污染物，越来越受到人们的重视。在含碳消毒副产物的基础上，许多学者提出以氨基酸为主要前体物开展氯化消毒副产物的研究，这些消毒副产物以卤乙腈为主。
因此，通常选用氨基酸作为消毒副产物前体物。以氨基酸为例，卤乙腈的生成途径为：
Figure BDA0001415757420000011
预氧化可以很好的控制卤乙腈的生成，且不需要对现有的水处理工艺进行改造，只需增加氧化设施即可。
这些优点使得预氧化成为控制消毒副产物生成量最好的办法之一。目前使用的氧化剂种类繁多，如高锰酸钾、过硫酸盐等，这些氧化剂在预氧化过程中都存在着缺陷。高锰酸钾投量过多会造成水体色度增加，投加量控制比较严格，不宜采用；过硫酸盐具有强烈的刺激性，容易引起肠胃不适。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种绿色、无二次污染的控制消毒副产物卤乙腈生成量的方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种控制消毒副产物卤乙腈生成量的方法，在水厂水处理工艺前端投加一定量的改性高铁酸盐溶液，并预氧化一段时间。
上述预氧化时间为0.5-2h。
上述改性高铁酸盐的投加浓度为0-5mg/L。
上述改性高铁酸盐的制备过程，包括以下步骤：
S1、配置铁盐溶液：将铁制品全部溶解于硫酸溶液中，滴入一定量的亚次氯酸钠(NaClO2)溶液，并搅拌至亚铁盐完全氧化为铁盐后，制得铁盐溶液；
S2、配置改性试剂：将同浓度的磷酸氢钠和碳酸钠，与水混合均匀，静置，制得改性试剂；
S3、在电磁波发射的毫波作用下，把上述铁盐溶液移入改性试剂进行强化改性，制得强化改性溶液；
S4、将氢氧化钠溶液加至上述强化改性溶液，冷却后，离心、过滤；得到的固体产物用甲醇溶液洗涤，烘干后碾成粉末；
S5、配制氧化剂：将一定浓度的氯酸钠和液氯按浓度比复配，静置，避光保存，制得复配氧化剂；
S6、将上述粉末加入复配氧化剂中，反应一段时间后，离心；取下层液中离心后的固体，用甲醇溶液洗涤，干燥后,制得改性高铁酸盐。
上述步骤S1中的铁制品包括铁屑、废旧铁品；硫酸溶液为2L，亚次氯酸钠(NaClO2)溶液浓度为0.3-0.5mol/L。
上述步骤S2中的磷酸氢钠和碳酸钠浓度为0.1mol/L。
上述步骤S3中的改性试剂是铁盐溶液的3-5倍。
上述步骤S4中离心时间为30min,烘箱温度为40-60℃。
上述步骤S5中氯酸钠的浓度为0.3-0.5mol/L，氯酸钠和液氯浓度比1:2-1:4，液氯浓度为0.6-2mol/L，复配氧化剂容积取铁盐溶液的3-5倍。
上述步骤S6中反应时间为1-2h，离心时间为60min；干燥时间为10h，干燥环境为无氧。
本发明的有益之处在于：
本发明的一种控制消毒副产物卤乙腈生成量的方法，与现有技术相比，具有以下优点：
1、高铁酸盐合成过程中，原材料取材方便，含铁废料即可使用，实现废物的重复利用。
2、改性高铁酸盐具有很强的氧化性，在饮用水领域充当氧化剂，可以有效控制含氮消毒副产物的生成。
3、在预氧化过程中，改性高铁酸盐在水中分解会形成Fe(OH)3胶体，具有氧化和絮凝双重作用，无二次污染，试剂本身没有对人体有害物质生成，是一种绿色氧化剂。
4、改性试剂与铁盐溶液在电磁波作用下反应，电磁不会破坏其分子结构。
本发明的一种控制消毒副产物卤乙腈生成量的方法，步骤简单，成本低，无需改动现有水处理工艺，实施效果好，绿色环保，具有很强的实用性和广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明的实施例的实施效果图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
原材料准备：碳酸钠、磷酸氢钠、硫酸、氢氧化钠、亚氯酸钠、氯酸钠、液氯均采用分析纯试剂。
高铁酸盐合成：将40g铁屑研细，溶于2L硫酸溶液。向溶液中滴入30ml浓度为0.3mol/L的亚次氯酸钠(NaClO2)溶液，并不断搅拌。
将0.1mol/L磷酸氢钠和同浓度的碳酸钠，与水混合均匀，静置，得改性试剂储备液。
在100GHZ电磁波发射的毫波作用下，让铁盐溶液移入8L改性试剂进行改性。
将0.5mol/L氢氧化钠溶液加至强化改性后的溶液，待溶液冷却后，离心机先快转800-1000r/min，时间5min，再以中速200-400r/min旋转15min，慢速20-30r/min旋转10min后静沉1h后过滤、甲醇溶液淋洗3-5次。将所得固体放入40-60℃烘箱烘干，取出固体碾成粉末。
将固体粉末加入等体积的0.3mol/L氯酸钠和0.6mol/L液氯的复配液中，2h后，待试剂反应完全，使用离心机离心60min、过滤，得到的固体产物用甲醇溶液洗涤后，放在无氧环境中干燥10h,即可制得高铁酸盐固体。
实施案例：
取浙江某水厂进厂水1L,调节氨基酸浓度为1mM，分别配置浓度为0、1、2、3、4、5g的改性高铁酸盐分别溶于1L去离子水中配置成溶液，于含有氨基酸的进厂水中分别滴加1ml后预氧化30min,向含有1mM氨基酸自配水样中通入过量氯气，氯气与氨基酸浓度比为30:1,加盖后将水样放入22±1℃的生化培养箱中,避光反应24h。
由附图可见实施效果，最大可使二卤乙腈生成量降低47％，三卤乙腈生成量降低60％。
本发明的原理是:
一、高铁酸盐具有强氧化性，将高铁酸盐溶液投到水处理工艺前端，其预氧化可以把原水里氨基酸中的氨基氧化成硝基，从而破坏了后续氯化过程中氨基的氯氨化，羧基和硝基强烈的吸电子效应，使得取代反主要发生在C上，打断了其生成含氮消毒副产物的途径。
二、饮用水原水的pH一般在6.5-7.5之间，高铁酸盐溶液在接近中性范围内不稳定，这加速了其在饮用水中与氨基酸反应回到稳定的低价态，同时，降低了氨基酸即消毒副产物前体物的量。
三、FeSO4 2-+H20＝Fe(OH)3↓+O2↑+OH-，由方程式可知，Fe(VI)中，铁属于正六价，在水中溶解产生Fe(OH)3胶体，胶体的网捕卷扫作用可以大量的去除溶液中的氨基酸分子。Fe(VI)具有絮凝和氧化的双重作用，更重要的是在饮用水消毒过程中，没有对人体有害的物质生成。由于溶液处于弱酸性HClO/Cl-<ClO-/Cl-，此时，氧化作用大于取代，即阻止了氨基酸与HClO的反应，又保证生成的Fe(OH)3胶体不会溶解。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种控制消毒副产物卤乙腈生成量的方法，其特征在于，在水厂水处理工艺前端投加一定量的改性高铁酸盐溶液，并预氧化一段时间；所述预氧化时间为0.5-2h，所述改性高铁酸盐溶液的投加浓度为0-5mg/L；
所述改性高铁酸盐的制备过程，包括以下步骤：
S1、配置铁盐溶液：将铁制品溶于硫酸溶液中，滴入一定量的亚次氯酸钠（NaClO2）溶液，搅拌至亚铁盐完全氧化，制得铁盐溶液；
S2、配置改性试剂：将同浓度的磷酸氢钠和碳酸钠，与水混合均匀，静置，制得改性试剂；
S3、在电磁波发射的毫波作用下，把上述铁盐溶液移入改性试剂进行强化改性，制得强化改性溶液；
S4、将氢氧化钠溶液加至上述强化改性溶液，冷却后，离心、过滤；得到的固体产物用甲醇溶液洗涤，烘干后碾成粉末；
S5、配制氧化剂：将一定浓度的氯酸钠和液氯按浓度比复配，静置，避光保存，制得复配氧化剂；
S6、将上述粉末加入复配氧化剂中，反应一段时间后，离心；取下层液中离心后的固体，用甲醇溶液洗涤，干燥后，制得改性高铁酸盐；
所述步骤S1中的铁制品包括铁屑、废旧铁品，质量为30-50g；硫酸溶液为2L，浓度为0.5-2mol/L；亚次氯酸钠（NaClO2）溶液浓度为0.3-0.5mol/L，滴加量为30-50ml。
2.根据权利要求1所述的一种控制消毒副产物卤乙腈生成量的方法，其特征在于，所述步骤S2中的磷酸氢钠和碳酸钠浓度为0.1mol/L，磷酸钠与碳酸钠的容积比1:1-3:1。
3.根据权利要求1所述的一种控制消毒副产物卤乙腈生成量的方法，其特征在于，所述步骤S3中的电磁波发射强度为100-200GHZ，改性试剂是铁盐溶液的3-5倍。
4.根据权利要求1所述的一种控制消毒副产物卤乙腈生成量的方法，其特征在于，所述步骤S4中氢氧化钠溶液浓度为0.4-0.8 mol/L，离心机转速控制为先快转800-1000r/min，时间5min，再以中速200-400 r/min，时间15min，慢速20-30 r/min时间10min，静沉1h；过滤、甲醇溶液淋洗3-5次, 烘箱温度为40-60℃。
5.根据权利要求1所述的一种控制消毒副产物卤乙腈生成量的方法，其特征在于，所述步骤S5中氯酸钠的浓度为0.3-0.5mol/L，氯酸钠和液氯浓度比1:2-1:4，液氯浓度为0.6-2mol/L，复配氧化剂容积取铁盐溶液的3-5倍。
6.根据权利要求1所述的一种控制消毒副产物卤乙腈生成量的方法，其特征在于，所述步骤S6中反应时间为1-2h，离心时间为60min；干燥时间为10h，干燥环境为无氧。
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