CN111732244A - 一种通过原位改性处理低浊水体中溶解性有机物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过原位改性处理低浊水体中溶解性有机物的方法，具体包括以下步骤：（1）试剂加入：在低浊水体中加入溶解性黄腐酸，充分溶解后再加入AM、AIBI，AM和AIBI在快速搅拌下溶解、混匀；（2）原位改性：将放有最终混合水溶液的反应器置于紫外光灯箱中反应，随后室温下静置、冷却；（3）混凝：向水体中加入聚合氯化铝（PAC），并进行混凝搅拌。（4）静置：水体静置、固液分离，即可有效去除水体中溶解性黄腐酸。该方法对低浊水体中难混凝处理的溶解性有机物的去除率稳定在95%以上，具有去除效率高和应用潜能大的优点。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种通过原位改性处理低浊水体中溶解性有机物的方法。
背景技术
水环境中有机物的种类可分为两类，（1）水体中天然存在的；（2）外界加入的。水环境中大多数是第二类有机物。其中，溶解性有机物是指可以透过0.45 μm滤膜的有机物，它们大部分呈现的状态是胶体，腐殖酸、维生素、类脂化合物是溶解性有机物的组成成分。
溶解性有机物对不同的主体产生的危害有所不同，主要表现为对人类的危害和对水生生物的危害。我国饮用水多使用氯气消毒，若氯气的投加量越多，那么饮用水中就存在含量越高的有机污染物，饮用水在经氯气消毒的过程中会有副产物的生成，这些副产物由水中溶解性有机物转化而来，许多消毒副产物对人体都具有致癌作用，如HAAS、THMS等，这些物质都会对人体健康造成危害。水中溶解性有机物的危害日益加剧，为保障生态环境和人类的身体健康，国内外学者们对水体中溶解性有机物的去除方法进行了大量的研究。
目前去除水体中溶解性有机物的的方法主要有絮凝法、吸附法、膜分离法、光电化学法、生物氧化法。单一的去除方法达不到处理效果，就需要用到复合技术。目前主要运用的复合技术有：臭氧氧化-纳滤、絮凝-超滤生物反应、高锰酸钾-活性炭。絮凝法由于常用的絮凝剂往往达不到预期的去除率，存在处理效率低下、絮凝剂投加量大的不足之处；吸附法由于有机物粒径小容易堵塞活性炭的微孔，致使活性炭失效，所以，要想达到高效的有机物去除效果不能只通过使用吸附法；膜分离法则因其极易产生膜污染现象从而无法担起处理水体中溶解性有机物的重任；光电化学法具有处理效率高的优点，但其同时存在能耗大的缺点；生物氧化法同样能达到较高的处理效率，但在处理水体中溶解性有机物时存在对微生物生存条件要求苛刻、微生物生长不便调控等劣势。
中国专利申请号CN201510142750.7，发明名称为“一种二氧化钛光催化氧化与超滤组合工艺去除饮用水中溶解性有机物的方法”。该方法通过在超滤膜池前设置二氧化钛光催化氧化池来降解水中溶解性有机物；二氧化钛光催化氧化池出水经超滤膜过滤截留二氧化钛,含二氧化钛的浓水回流至二氧化钛光催化氧化池避免二氧化钛泄漏到出水中；与此同时,还有二氧化钛在膜表面附着形成滤饼层,可控制膜污染,有效降低膜污染。但其尽管效果显著，但这种方法的处理装置较为复杂，装置包含光催化装置、超滤膜分离装置，且运行步骤繁琐，具有处理成本较高、操作难度大且工序复杂的不足，不易大面积推广使用。
因此，研发出一种工序简洁、处理能耗低效果稳定、应用范围广，且对环境污染小的新工艺来处理水体中的溶解性有机物尤为重要。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种通过原位改性处理低浊水体中溶解性有机物的方法，能高效、稳定的去除低浊水体中的溶解性有机物，具有较好的应用潜能。
本发明的技术方案是这样实现的：
1、一种通过原位改性处理低浊水体中溶解性有机物的方法，具体包括以下步骤：
（1）试剂加入：在低浊水体中加入溶解性黄腐酸，充分溶解后再加入AM、AIBI，AM和AIBI在快速搅拌下溶解、混匀；
（2）原位改性：将放有最终混合水溶液的反应器置于紫外光灯箱中反应，随后室温下静置、冷却；
（3）混凝：向水体中加入聚合氯化铝（PAC），并进行混凝搅拌。
（4）静置：水体静置、固液分离，即可有效去除水体中溶解性黄腐酸。
其中：其中：步骤1）中低浊水体浊度为10~20NTU，依据某一自然水体4-5月水样采取检测其浊度结果进行模拟。
步骤1）中黄腐酸浓度为40~60mg/L，依据某一自然水体4-5月水样采取检测其溶解性有机物浓度结果进行模拟。
步骤1）得到的混合水溶液中AM浓度为0.005~0.01%，当AM的浓度为0.005~0.01%时，处理效率最优。当AM浓度小于0.005%时，单体浓度过低，很难发生AM与黄腐酸的共聚反应，或所需的反应时间较长，不适合用于处理低浊水体中的溶解性有机物；当单体浓度超过0.01%时，AM投加量过高，单体残留毒性风险增大，则失去本发明的初衷。因此，在本实验条件下参与原位改性的AM单体浓度不宜超过0.01%。
步骤1）中AIBI引发剂浓度为AM单体质量的0.4~0.5%，引发剂浓度低于0.4%时，不能较好的引发聚合反应；而高于0.5%时，过多AIBI也会对水质产生影响。
步骤2）中原位改性光照强度为3.00~5.00mw/cm2，光照时长为2~3h。当原位改性光照强度低于3.00mw/cm2，光照时长短于2h时，能量达不到足以激发AM打开碳碳双键与水体中溶解性有机物反应；当原位改性光照强度高于5.00mw/cm2，光照时长长于3h时，原位改性效果不再明显提高，且浪费能源。
步骤3）中PAC浓度为为0.001~0.0015%，通过原位改性后的处理水体，仅需投加极少量的无机絮凝剂就能达到较好的去除效果，经数次实验证明，在0.001~0.0015%范围内效果达到最优。
步骤4）中静置时长为20~30min，经本发明方法处理后的水体能够实现快速沉降的目的，经数次实验证明，在20~30min内沉降效果已达到最优。小于20min时，絮体并未完全沉降；大于30min时，并不能显著提高处理性能，且增长处理时间可能导致实际处理时处理构筑物变大。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、AM的聚合物作为一种常见絮凝剂，对水体中溶解性有机物具有一定的絮凝效果，其用量尤需谨慎。本发明通过原位改性的方法，大大降低了丙烯酰胺的用量，既节约了原料的成本又降低了操作的风险。
2、本发明采用吸采用原位改性的方法，将AM与水体中的溶解性有机物有效结合，再通过投加无机絮凝剂PAC进行混凝实验，大大提高了溶解性有机物的去除率，,去除率稳定在95%以上。
3、本发明的处理工艺简单，能耗小，效率高，成本较低，易于操作、易控制，且无二次污染，在实际应用中具有良好的社会效益和经济效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，实施例中如无特殊说明，采用的原料即为普通市售产品。
实施例1
采用以下方法去除低浊水体中溶解性有机物即黄腐酸：
1）试剂加入：在浊度为10NTU、溶解性黄腐酸浓度为40mg/L的处理水体中分别加入丙烯酰胺（AM）和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（AIBI），AM在水体中浓度为0.005%，AIBI在水体中浓度为AM单体质量的0.4%；AM和AIBI在快速搅拌下溶解、混匀。
2）原位改性：将放有最终混合水溶液的反应器置于光照强度为3.00mw/cm2的紫外光灯箱中反应2h，随后室温下静置、冷却；
3）混凝：向水体中加入浓度为0.001%的聚合氯化铝（PAC），并进行混凝搅拌；
4）静置：水体静置20~30min、固液分离，即可有效去除水体中溶解性黄腐酸。
实施例2
采用以下方法去除低浊水体中溶解性有机物即黄腐酸：
1）试剂加入：在浊度为10NTU、溶解性黄腐酸浓度为50mg/L的处理水体中分别加入丙烯酰胺（AM）和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（AIBI），AM在水体中浓度为0.008%，AIBI在水体中浓度为AM单体质量的0.45%；AM和AIBI在快速搅拌下溶解、混匀。
2）原位改性：将放有最终混合水溶液的反应器置于光照强度为4.00mw/cm2的紫外光灯箱中反应2h，随后室温下静置、冷却；
3）混凝：向水体中加入浓度为0.0013%的聚合氯化铝（PAC），并进行混凝搅拌；
4）静置：水体静置20~30min、固液分离，即可有效去除水体中溶解性黄腐酸。
实施例3
采用以下方法去除低浊水体中溶解性有机物即黄腐酸：
1）试剂加入：在浊度为10NTU、溶解性黄腐酸浓度为60mg/L的处理水体中分别加入丙烯酰胺（AM）和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（AIBI），AM在水体中浓度为0.01%，AIBI在水体中浓度为AM单体质量的0.5%；AM和AIBI在快速搅拌下溶解、混匀。
2）原位改性：将放有最终混合水溶液的反应器置于光照强度为5.00mw/cm2的紫外光灯箱中反应2h，随后室温下静置、冷却；
3）混凝：向水体中加入浓度为0.0015%的聚合氯化铝（PAC），并进行混凝搅拌；
4）静置：水体静置20~30min、固液分离，即可有效去除水体中溶解性黄腐酸。
实施例4
采用以下方法去除低浊水体中溶解性有机物即黄腐酸：
1）试剂加入：在浊度为20NTU、溶解性黄腐酸浓度为40mg/L的处理水体中分别加入丙烯酰胺（AM）和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（AIBI），AM在水体中浓度为0.005%，AIBI在水体中浓度为AM单体质量的0.4%；AM和AIBI在快速搅拌下溶解、混匀。
2）原位改性：将放有最终混合水溶液的反应器置于光照强度为3.00mw/cm2的紫外光灯箱中反应3h，随后室温下静置、冷却；
3）混凝：向水体中加入浓度为0.001%的聚合氯化铝（PAC），并进行混凝搅拌；
4）静置：水体静置20~30min、固液分离，即可有效去除水体中溶解性黄腐酸。
实施例5
采用以下方法去除低浊水体中溶解性有机物即黄腐酸：
1）试剂加入：在浊度为20NTU、溶解性黄腐酸浓度为50mg/L的处理水体中分别加入丙烯酰胺（AM）和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（AIBI），AM在水体中浓度为0.008%，AIBI在水体中浓度为AM单体质量的0.45%；AM和AIBI在快速搅拌下溶解、混匀。
2）原位改性：将放有最终混合水溶液的反应器置于光照强度为4.00mw/cm2的紫外光灯箱中反应3h，随后室温下静置、冷却；
3）混凝：向水体中加入浓度为0.0013%的聚合氯化铝（PAC），并进行混凝搅拌；
4）静置：水体静置20~30min、固液分离，即可有效去除水体中溶解性黄腐酸。
实施例6
采用以下方法去除低浊水体中溶解性有机物即黄腐酸：
1）试剂加入：在浊度为20NTU、溶解性黄腐酸浓度为60mg/L的处理水体中分别加入丙烯酰胺（AM）和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（AIBI），AM在水体中浓度为0.01%，AIBI在水体中浓度为AM单体质量的0.5%；AM和AIBI在快速搅拌下溶解、混匀。
2）原位改性：将放有最终混合水溶液的反应器置于光照强度为5.00mw/cm2的紫外光灯箱中反应3h，随后室温下静置、冷却；
3）混凝：向水体中加入浓度为0.0015%的聚合氯化铝（PAC），并进行混凝搅拌；
4）静置：水体静置20~30min、固液分离，即可有效去除水体中溶解性黄腐酸。
分别测定实施例1~6低浊水体中黄腐酸的去除率，数据详见表1。
表1 低浊水体中溶解性有机物（黄腐酸）的去除率
由上表1可以看出，本发明的方法对低浊水体中溶解性有机物的去除率稳定在95%以上，而现有技术中对低浊水体中溶解性有机物的去除率在90%左右，本发明方法效果优异且稳定，是一套切实可行且能广泛推广的水处理方法。这套方法不单工艺简单，对环境适应能力强，能耗小，不需用大功率的反应器，简单搅拌即可，不需升温，只需紫外光照就能进行原位改性，是一个极其适合高紫外线照射地域来处理水体中的溶解性有机物的方法。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (3)
1.一种通过原位改性处理低浊水体中溶解性有机物的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1）试剂加入：在浊度为10~20NTU、溶解性黄腐酸浓度为40~60mg/L的处理水体中加入丙烯酰胺（AM）和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（AIBI），AM在水体中浓度为0.005~0.01%，AIBI在水体中浓度为AM单体质量的0.4~0.5%；AM和AIBI在快速搅拌下溶解、混匀，得到混合水溶液。
2）原位改性：将放有混合水溶液的反应器置于紫外光灯箱中反应，其紫外光照强度为3.00~5.00mw/cm2，光照改性时长为2~3h，随后室温下静置、冷却；
3）混凝：向水体中加入聚合氯化铝（PAC），并进行混凝搅拌。
4）静置：水体静置、固液分离，即可有效去除水体中溶解性黄腐酸。
2.根据权利要求1所述的一种通过原位改性处理低浊水体中溶解性有机物的方法，其特征在于，步骤3）中所述PAC浓度为0.001~0.0015%。
3.根据权利要求1所述的一种通过原位改性处理低浊水体中溶解性有机物的方法，其特征在于，步骤4）中所述静置时长为20~30min。
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