CN109231417A - 一种利用膜接触器进行水的臭氧化消毒和溴化最小化的方法 - Google Patents

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孙立伟
李轶
刘哲豪
吴文祥
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Abstract

本发明具体涉及一种利用膜接触器进行水的臭氧化消毒和溴化最小化的方法。将含过氧化氢水体进入含有聚四氟乙烯中空纤维膜的玻璃反应器，在中空纤维膜表面发生化学反应，处理后的出水在反应器下游用亚硫酸钠溶液去除剩余的臭氧。水力停留时间为3～5min，装置运行期间，制备的臭氧与氧气的混合气体不断通入玻璃反应器，在中空纤维膜的作用下，臭氧在反应器中被分配为许多小份额，在与过氧化氢的共同作用下能减少溴酸根(BrO3‑)的形成；由于膜的疏水性，水体只在膜内流动而不会发生渗透作用，通过膜孔进入水体的臭氧被迅速消耗成羟基自由基(·OH)，在羟基自由基(·OH)的作用下，水中的微污染物被氧化去除，达到氧化消毒的效果。

Description

一种利用膜接触器进行水的臭氧化消毒和溴化最小化的方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种利用膜接触器进行水的臭氧化消毒和溴化最小化的方法。
背景技术
臭氧技术是既古老又崭新的技术，1840年德国化学家发明了这一技术，1856年被用于水处理消毒行业。目前，臭氧已广泛用于水处理、空气净化、食品加工、医疗、医药、水产养殖等领域，对这些行业的发展起到了极大的推动作用。
目前，臭氧消毒作为氯消毒的替代方法，在饮用水处理中被越来越多地应用。实验表明，臭氧几乎对所有细菌、病毒、真菌及原虫、卵囊都具有明显的灭活效果。
但臭氧消毒具有一些明显的缺点，其中，一个主要的缺点是臭氧氧化含有溴离子的原水时会产生溴酸根。溴酸根已被国际癌症研究机构定为2B级潜在致癌物，世界卫生组织(WHO)建议饮用水的最大溴酸根含量为25μg/L，美国环保局(USEPA)饮水标准中规定溴酸根的最高允许浓度为10μg/L。臭氧氧化过程中溴酸盐的生成有臭氧氧化和臭氧/氢氧自由基氧化两种途径，传统控制溴酸盐形成的方法有：
1.添加氨气
2.降低pH
3.采用氯-氨工艺
但以上传统控制溴酸盐形成的方法或多或少都存在一些弊端。添加氨气需要的氨气浓度较高加氨还会导致较多的含氮消毒副产物的形成；加酸降低pH只适用于碱度低或在混凝前加酸可加强混凝的原水，在实际水厂处理过程中调节pH的方式既不方便也不经济，尤其是原水碱度很高时加酸经济上很不合算；氯-氨工艺会抑制臭氧氧化有机污染物的能力，同时，预氯化会带来很高的氯代消毒副产物超标风险。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种利用膜接触器进行水的臭氧化消毒和溴化最小化的方法。其目的在于对水进行臭氧化消毒的过程中达到同步微污染物减排和溴化最小化，本发明功能一体化、操作简便、处理效果高效且稳定，能够进行实际应用，有利于环境保护。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：
一种利用膜接触器进行水的臭氧化消毒和溴化最小化的方法，包括以下步骤：
第一步，将水体流入玻璃反应器中的中空纤维膜内；
第二步，制备臭氧并通过臭氧浓度分析仪与氧气混合，用于控制进入玻璃反应器的臭氧浓度，将混合气体不断通入玻璃反应器；
第三步，水力停留时间后，中空纤维膜将臭氧分配为小份额臭氧，小份额臭氧通过中空纤维膜的膜孔进入水体中，进行水的臭氧化消毒处理，由于中空纤维膜的疏水性，水体只在膜内流动而不会发生渗透作用，通过膜孔进入水体的臭氧被迅速消耗成羟基自由基(·OH)，在羟基自由基(·OH)的作用下，水中的微污染物被氧化去除，达到氧化消毒的效果；
第四步，在玻璃反应器下游加入亚硫酸钠溶液，臭氧化消毒处理后的水体中的臭氧与亚硫酸钠溶液反应，去除多余的臭氧。
优选的，所述中空纤维膜为聚四氟乙烯中空纤维膜。
优选的，所述水体含有过氧化氢，所述过氧化氢浓度为0.35～5.67mg·L-1，所述过氧化氢与臭氧共同作用下能减少溴酸根(BrO3-)的形成。
优选的，所述混合气体中臭氧浓度为0.5～5g·Nm-3。
优选的，所述水力停留时间为3～5min。
优选的，所述的臭氧与亚硫酸钠溶液反应如下式：
O3+Na2SO3＝Na2SO4+O2↑
优选的，所述玻璃反应器中多余的臭氧与所述制备臭氧过程中多余的臭氧分别通过出气管和排气管接入臭氧去除器，制备过程中多余臭氧的排放管与玻璃反应器的出气管相连一同接入臭氧去除器，防止臭氧进入空气造成污染。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.玻璃反应器中含有聚四氟乙烯中空纤维膜，聚四氟乙烯的摩擦系数极低，具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂，因此不会吸附污水中的有机质。
2.将制备的臭氧通过臭氧浓度分析仪与氧气相混合，可以控制进入玻璃反应器的臭氧浓度，操作简便，便于调控运行条件。
3.聚四氟乙烯中空纤维膜将臭氧分配为许多小份额，低浓度的臭氧通过膜孔进入水中，在气液表面与过氧化氢共同作用可以减少溴酸根(BrO3-)的形成。
4.制备时多余的臭氧与玻璃反应器中的臭氧通过管道相连接入臭氧去除器，防止臭氧进入大气污染环境，具有较高的环境效益。
5.处理后的出水在反应器下游加入亚硫酸钠浓缩溶液，消除水中残留的臭氧，进一步减少溴酸根(BrO3-)的形成。
6.与传统方法相比，本发明利用中空纤维膜降低参与反应的臭氧浓度从而减少溴酸根(BrO3-)的产生，无其他消毒副产物的生成，操作方便且效果显著。
附图说明
图1为本发明一种利用膜接触器进行水的臭氧化消毒和溴化最小化的方法示意图；
图2为本发明一种利用膜接触器进行水的臭氧化消毒和溴化最小化的方法的处理效果图；
附图标记说明：玻璃反应器1、聚四氟乙烯中空纤维膜2、臭氧制备装置3、臭氧浓度分析仪4、氧气5、臭氧稀释装置6、臭氧去除器7。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件按照说明书进行。
实施例1
一种利用膜接触器进行水的臭氧化消毒和溴化最小化的方法，包括以下步骤：
第一步，将含过氧化氢浓度为5.67mg*L-1的水体进入含有聚四氟乙烯中空纤维膜2的玻璃反应器1；
第二步，通过臭氧制备装置3制造得到臭氧，并通过臭氧浓度分析仪4与臭氧稀释装置6中的氧气5混合，用于控制进入玻璃反应器1的臭氧浓度，将混合气体不断通入玻璃反应器1；
第三步，水力停留时间3-5min后，聚四氟乙烯中空纤维膜2将臭氧分配为小份额臭氧，小份额臭氧通过聚四氟乙烯中空纤维膜2的膜孔进入水体中，进行水的臭氧化消毒处理，由于聚四氟乙烯中空纤维膜2的疏水性，水体只在膜内流动而不会发生渗透作用，通过膜孔进入水体的臭氧被迅速消耗成羟基自由基(·OH)，在羟基自由基(·OH)的作用下，水中的微污染物被氧化去除，达到氧化消毒的效果，其中，装置运行所需的臭氧经臭氧制备装置3制备得到，臭氧通过臭氧浓度分析仪4与氧气5混合，用以控制进入玻璃反应器1的臭氧浓度为0.5～5g·Nm-3；制备过程中臭氧经臭氧制备装置3中多余臭氧与玻璃反应器1的臭氧的分别通过排放管和出气管接入臭氧去除器7，防止臭氧进入空气造成污染。
第四步，在玻璃反应器1的下游加入亚硫酸钠溶液，臭氧化消毒处理后的水体中的臭氧与亚硫酸钠溶液反应，去除多余的臭氧。
对比例1
设置一组对比实验，一种采用传统臭氧氧化方法(O3/H2O2)，和实施例1保持相同的臭氧、过氧化氢浓度和水力停留时间，测定装置运行期间溴酸根(BrO3-)浓度，所得结果如图2所示：采用一种利用膜接触器进行水的臭氧化消毒和溴化最小化的方法溴酸根(BrO3-)浓度相比传统臭氧氧化方法有明显减少。
以上所述，仅是本发明较佳的实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化和修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种利用膜接触器进行水的臭氧化消毒和溴化最小化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将水体流入玻璃反应器中的中空纤维膜内；
第二步，制备臭氧并通过臭氧浓度分析仪与氧气混合得到混合气体，将混合气体不断通入玻璃反应器；
第三步，水力停留时间后，中空纤维膜将臭氧分配为小份额臭氧，小份额臭氧通过中空纤维膜的膜孔进入水体中，进行水的臭氧化消毒处理；
第四步，在玻璃反应器下游加入亚硫酸钠溶液，臭氧化消毒处理后的水体中的臭氧与亚硫酸钠溶液反应，去除多余的臭氧。
2.根据权利要求1所述的一种利用膜接触器进行水的臭氧化消毒和溴化最小化的方法，其特征在于，所述中空纤维膜为聚四氟乙烯中空纤维膜。
3.根据权利要求1所述的一种利用膜接触器进行水的臭氧化消毒和溴化最小化的方法，其特征在于，所述水体含有过氧化氢，所述过氧化氢浓度为0.35～5.67mg·L-1。
4.根据权利要求1所述的一种利用膜接触器进行水的臭氧化消毒和溴化最小化的方法，其特征在于，所述混合气体中臭氧浓度为0.5～5g·Nm-3。
5.根据权利要求1所述的一种利用膜接触器进行水的臭氧化消毒和溴化最小化的方法，其特征在于，所述水力停留时间为3～5min。
6.根据权利要求1所述的一种利用膜接触器进行水的臭氧化消毒和溴化最小化的方法，其特征在于，所述的臭氧与亚硫酸钠溶液反应如下式：
O3+Na2SO3＝Na2SO4+O2↑。
7.根据权利要求1所述的一种利用膜接触器进行水的臭氧化消毒和溴化最小化的方法，其特征在于，所述玻璃反应器中多余的臭氧与所述制备臭氧过程中多余的臭氧分别通过出气管和排气管接入臭氧去除器。
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