利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法
【專利摘要】利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法，它涉及一種催化臭氧的水處理方法，要解決廣泛出現(xiàn)在各種水體中的難降解碘化有機物去除效果不好，導(dǎo)致氯和氯胺消毒過程中碘代副產(chǎn)物含量較高的問題。控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法：向臭氧接觸反應(yīng)器中通入臭氧，在攪拌的條件下投加過硫酸鹽催化劑，攪拌反應(yīng)處理得到處理后的水體。本發(fā)明采用綠色催化劑過硫酸鹽，不會對環(huán)境造成二次污染。利用過硫酸鹽催化臭氧產(chǎn)生自由基，大大提高有機碘去除率，將之轉(zhuǎn)化為無機碘離子，對碘代副產(chǎn)物的抑制效果明顯，其中碘代三鹵甲烷生成可降低60％～80％，總有機碘生成可降低40％～70％。
【專利說明】
利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解砩化有機物控制砩代消毒副產(chǎn)物的水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化難降解碘化有機物(特別指碘化造影劑)控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，地表水和污水中90%以上的難降解有機碘都來源于碘化造影劑和其通過生物轉(zhuǎn)化形成的其他難降解碘化有機物。碘化造影劑是臨床檢查和治療中為增強某一內(nèi)臟組織或腔道影像觀察效果的一類化學(xué)制劑，是介入放射學(xué)領(lǐng)域最常用的藥物之一，主要用于體腔器官、心腦血管的對比顯示。碘化造影劑被廣泛用于人類醫(yī)療，其市場需求日益增長，全球年銷售量可達到3500噸，95%的碘化造影劑不能被人體代謝而直接排除進入污水系統(tǒng)。傳統(tǒng)的污水處理工藝不能有效的降解碘化造影劑，導(dǎo)致在污水廠出水、地表水和飲用水中檢測出碘化造影劑。當采用氯氣消毒含有碘化造影劑的廢水時，碘代消毒副產(chǎn)物的生成明顯升高。相比于水中常見的氯代和溴代的消毒副產(chǎn)物，碘代消毒副產(chǎn)物的毒性最高。
[0003]臭氧作為一種強氧化劑被廣泛應(yīng)用于飲用水和廢水的深度處理。臭氧的氧化反應(yīng)與有機物的性質(zhì)密切相關(guān)，碘化造影劑與臭氧的反應(yīng)速率常數(shù)極低，使得單獨臭氧工藝對于碘化造影劑的去除效果不好。臭氧分解產(chǎn)生的羥基自由基可以與許多有機物發(fā)生快速的反應(yīng)，然而單獨臭氧分解較慢產(chǎn)生羥基自由基的氧化有機物效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有廣泛出現(xiàn)在各種水體中的難降解碘化有機物(主要指碘化造影劑)導(dǎo)致氯和氯胺消毒過程中碘代副產(chǎn)物含量較高，去除效果不好的問題，而提供利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法。
[0005]本發(fā)明利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法按下列步驟實現(xiàn):
[0006]向裝有含碘化有機物待處理水的臭氧接觸反應(yīng)器中通入臭氧，在攪拌的條件下控制待處理水在臭氧接觸反應(yīng)器中的停留時間為Imin?60min，投加過硫酸鹽催化劑，攪拌反應(yīng)處理得到處理后的水體，再對處理后的水體采用氯或氯胺進行消毒處理，即完成利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物并控制碘代副產(chǎn)物生成的水處理方法；
[0007]其中所述的過硫酸鹽催化劑為過二硫酸鹽、過一硫酸鹽或二者的混合催化劑，過硫酸鹽催化劑的物質(zhì)的量與臭氧的初始的物質(zhì)的量的比為1:(0.05?20)。
[0008]本發(fā)明利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法是通過過硫酸鹽催化臭氧分解產(chǎn)生羥基自由基和硫酸根自由基氧化碘化有機物脫碘生成羥基化產(chǎn)物。臭氧分子可與脫下來的碘離子發(fā)生快速反應(yīng)生成碘酸鹽，見如下反應(yīng)式(I)?(3):
[0009]1-+O3H—+O2(I)
[0010]0Γ+03—Ι02—+02(2)
[0011]102—+03—103—+02(3)
[0012]另一方面，過硫酸鹽也可與碘離子反應(yīng)(4)生成次碘酸根，次碘酸根與臭氧可通過反應(yīng)(2)和(3)生成碘酸鹽，SP
[0013]I—+SO52——0I—+S042—(4)。
[0014]與單獨臭氧相比，過硫酸鹽催化臭氧的水處理方法提高了碘化有機物的去除率，提高了有機碘向無機碘離子的轉(zhuǎn)化。有機碘在后續(xù)消毒過程中會和次氯酸反應(yīng)生成次碘酸，而本發(fā)明的方法中過硫酸鹽催化臭氧產(chǎn)生羥基自由基和硫酸根自由基，大大提高了有機碘的去除率，將之轉(zhuǎn)化為無機碘離子，并通過臭氧和過硫酸鹽將碘離子氧化成次碘酸，再利用臭氧與次碘酸快速反應(yīng)生成無毒無害的碘酸鹽，達到抑制次碘酸與水中有機物反應(yīng)生成碘代副產(chǎn)物生成的目的。
[0015]本發(fā)明采用綠色催化劑過硫酸鹽，其與臭氧反應(yīng)生成的產(chǎn)物為水和硫酸根，不會對環(huán)境造成二次污染。該方法對碘代副產(chǎn)物的抑制效果非常明顯，其中碘代三鹵甲烷生成可降低60 %?80 %，總有機碘生成可降低40 %?70 %，生成的主要產(chǎn)物碘酸鹽對人體和生物無毒。工藝操作簡單，并對易于對現(xiàn)有水廠進行升級改造。
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例待處理水中碘帕醇的去除效果圖，其中▲代表實施例一，■代表對照實驗；
[0017]圖2為實施例待處理水中碘酸鹽生成量的效果圖，其中▲代表實施例一，■代表對照實驗；
[0018]圖3為實施例待處理水中碘代副產(chǎn)物生成量的效果圖，其中A代表對照實驗，B代表實施例一。
【具體實施方式】
[0019]【具體實施方式】一:本實施方式利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法按下列步驟實施:
[0020]向裝有含碘化有機物待處理水的臭氧接觸反應(yīng)器中通入臭氧，在攪拌的條件下控制待處理水在臭氧接觸反應(yīng)器中的停留時間為Imin?60min，投加過硫酸鹽催化劑，攪拌反應(yīng)處理得到處理后的水體，再對處理后的水體采用氯或氯胺進行消毒處理，即完成利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物并控制碘代副產(chǎn)物生成的水處理方法；
[0021]其中所述的過硫酸鹽催化劑為過二硫酸鹽、過一硫酸鹽或二者的混合催化劑，過硫酸鹽催化劑的物質(zhì)的量與臭氧的初始的物質(zhì)的量的比為1:(0.05?20)。
[0022]本實施方式過硫酸鹽的投加點可設(shè)置在臭氧接觸池前或臭氧接觸池水利停留階段。
[0023]本實施方式采用綠色催化劑使用方便，操作簡單，藥劑使用量低，適用水質(zhì)范圍廣，對碘化有機物去除效率高，降解過程生成碘離子可被進一步氧化生成穩(wěn)定且沒有毒性的碘酸鹽，有效的減少消毒過程中碘代副產(chǎn)物的生成。
[0024]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是所述的待處理水為含難降解碘化有機物的醫(yī)院廢水、反滲透濃縮水，水源水或過濾后水。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一相同。
[0025]本實施方式所述水源水包括碘化造影劑突發(fā)污染應(yīng)急處理的水源水。
[0026]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是向裝有含難降解碘化有機物待處理水的臭氧接觸反應(yīng)器中通入臭氧，控制臭氧的初始濃度為lmg/L?50mg/L。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一或二相同。
[0027]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是過硫酸鹽催化劑采用一次投加或多次分批投加的方式進行投放。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0028]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是過硫酸鹽催化劑的投加點設(shè)置在三級串聯(lián)臭氧接觸反應(yīng)器的前室、中室或后室的前部位置。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0029]本實施方式過硫酸鹽催化劑的投加點的設(shè)置也可以認為是在水力停留時間為I/3、1/2或2/3的位置。
[0030]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是過硫酸鹽催化劑是以固態(tài)粉末狀或水溶液的方式投加。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0031]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】六不同的是過硫酸鹽催化劑水溶液的濃度為50?500mmol/L。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】六相同。
[0032]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是所述的過一硫酸鹽為過一硫酸鉀、過一硫酸鈉，過一硫酸銨、過一硫酸鈣和過一硫酸鎂中的一種或幾種的混合物，過二硫酸鹽為過二硫酸鉀、過二硫酸鈉和過二硫酸銨中的一種或幾種的混合物。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至七之一相同。
[0033]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一至八之一不同的是步驟一在攪拌的條件下控制待處理水在臭氧接觸反應(yīng)器中的停留時間為20min?40min。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至八之一相同。
[0034]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】一至九之一不同的是過硫酸鹽物質(zhì)的量與臭氧的初始的物質(zhì)的量的比為1: (I?10)。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至九之一相同。
[0035]實施例一:本實施例利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法按下列步驟實施:
[0036]向裝有待處理水的臭氧接觸反應(yīng)器中投加粉末狀過硫酸氫鉀復(fù)合鹽(KHSO5.0.5KHS04.0.5K2S04)，然后通入臭氧，控制臭氧的初始濃度為5mg/L，在攪拌的條件下控制待處理水在臭氧接觸反應(yīng)器中的停留時間為30min，得到處理后的水體，然后導(dǎo)入后續(xù)水處理構(gòu)筑物進行氯消毒處理，即完成利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代副產(chǎn)物生成的水處理方法；
[0037]其中所述過一硫酸鉀的物質(zhì)的量與臭氧的初始的物質(zhì)的量的比為1:1。
[0038]本實施例所述的待處理水為地表水，含有濃度為18ymol/L的碘帕醇。
[0039]對比實施例:本實施例單獨臭氧氧化難降解碘化有機物的水處理方法按以下步驟進行的:
[OO4O]向裝有待處理水的臭氧接觸反應(yīng)器中通入臭氧，控制臭氧的初始濃度為5mg/L，在攪拌的條件下控制待處理水在臭氧接觸反應(yīng)器中的停留時間為30min，得到處理后的水體，然后導(dǎo)入后續(xù)水處理構(gòu)筑物進行氯消毒處理，即完成單獨臭氧氧化難降解碘化有機物的水處理方法；
[0041 ]本實施例所述的待處理水為地表水，含有濃度為18ymol/L的碘帕醇。
[0042]圖1為去除碘帕醇的效果圖，從圖1可以看出臭氧接觸反應(yīng)器內(nèi)僅通入臭氧30min時碘帕醇的去除率為83%;當反應(yīng)器內(nèi)加入過硫酸鹽后，反應(yīng)6分鐘時，碘帕醇基本得到完全去除。
[0043]圖2為碘酸鹽生成的效果圖，從圖2可以看出，僅通入臭氧時，30min內(nèi)碘酸鹽的生成量為8ymol/L;過硫酸鹽催化臭氧體系碘酸鹽的生成量為30ymol/L，該體系碘酸鹽生成量增加了 275 %。
[0044]圖3為碘代三鹵甲烷(1-THM)和總有機碘(TOI)生成的效果圖，從圖3可以看出，僅通入臭氧時，反應(yīng)30min時，1-THM的生成量為0.4mg/L，T0I的生成量為5.6mg/L ；過硫酸鹽催化臭氧體系1-THM的生成量為0.lmg/L，TOI的生成量為2.9mg/L，分別降低了75%和48%。
【主權(quán)項】
1.利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法，其特征在于是按下列步驟實現(xiàn): 向裝有含碘化有機物待處理水的臭氧接觸反應(yīng)器中通入臭氧，在攪拌的條件下控制待處理水在臭氧接觸反應(yīng)器中的停留時間為Imin?60min，投加過硫酸鹽催化劑，攪拌反應(yīng)處理得到處理后的水體，再對處理后的水體采用氯或氯胺進行消毒處理，即完成利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物并控制碘代副產(chǎn)物生成的水處理方法； 其中所述的過硫酸鹽催化劑為過二硫酸鹽、過一硫酸鹽或二者的混合催化劑，過硫酸鹽催化劑的物質(zhì)的量與臭氧的初始的物質(zhì)的量的比為1:(0.05?20)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法，其特征在于所述的待處理水為含碘化有機物的醫(yī)院廢水、反滲透濃縮水，水源水或過濾后水。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法，其特征在于向裝有含碘化有機物待處理水的臭氧接觸反應(yīng)器中通入臭氧，控制臭氧的初始濃度為lmg/L?50mg/L。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法，其特征在于過硫酸鹽催化劑采用一次投加或多次分批投加的方式進行投放。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法，其特征在于過硫酸鹽催化劑的投加點設(shè)置在三級串聯(lián)臭氧接觸反應(yīng)器的前室、中室或后室的前部位置。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法，其特征在于過硫酸鹽催化劑是以固態(tài)粉末狀或水溶液的方式投加。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法，其特征在于過硫酸鹽催化劑水溶液的濃度為50?500mmo I/L。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法，其特征在于所述的過一硫酸鹽為過一硫酸鉀、過一硫酸鈉，過一硫酸銨、過一硫酸鈣和過一硫酸鎂中的一種或幾種的混合物，過二硫酸鹽為過二硫酸鉀、過二硫酸鈉和過二硫酸銨中的一種或幾種的混合物。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法，其特征在于在攪拌的條件下控制待處理水在臭氧接觸反應(yīng)器中的停留時間為20min?40min。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用過硫酸鹽催化臭氧氧化難降解碘化有機物控制碘代消毒副產(chǎn)物的水處理方法，其特征在于過硫酸鹽催化劑物質(zhì)的量與臭氧的初始的物質(zhì)的量的比為1:(1?10)。
【文檔編號】C02F1/72GK106045007SQ201610663708
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月12日 公開號201610663708.4, CN 106045007 A, CN 106045007A, CN 201610663708, CN-A-106045007, CN106045007 A, CN106045007A, CN201610663708, CN201610663708.4
【發(fā)明人】馬軍, 劉冠琦, 楊 一, 呂興霖, 劉偉利, 江進, 龐素艷
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)