一種控制水中碘代消毒副產物的系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種控制水中碘代消毒副產物的系統，所述系統，包括依次相連的過硫酸鹽活化裝置、高級氧化裝置、混凝沉淀裝置以及過濾處理裝置。所述的系統將水中的碘離子氧化成無毒無害的碘酸鹽，從而避免碘代消毒副產物的生成。所用的氧化劑為鐵鹽活化過硫酸鹽所產生的硫酸根自由基，利用其強氧化性來氧化碘離子。本實用新型所述的控制水中碘代消毒副產物的系統，將水中的碘離子氧化成無毒無害的碘酸鹽，并同步去除前體有機前體物，從而避免碘代消毒副產物的生成。
【專利說明】
一種控制水中砩代消毒副產物的系統
技術領域
[0001] 本實用新型涉及一種控制水中碘代消毒副產物的方法及系統，具體來說是一種鐵 鹽-過硫酸鹽高級氧化體系控制水中碘代消毒副產物的的方法及系統，屬于水處理技術領 域。
【背景技術】
[0002] 我國用于飲用水消毒的方法主要有氯化消毒、二氧化氯消毒、紫外線消毒和臭氧 消毒。常用的氯消毒劑有液氯、漂白粉、漂白精片、次氯酸鈉等。在氯化消毒殺滅水中病原微 生物的同時，氯與水中的有機物反應，產生一系列氯化消毒副產物。通常將水中能與氯形成 副產物的有機物稱為有機前體物。天然水中有機前體物主要以腐殖質為主要成分，其次是 藻類及代謝產物、蛋白質等。
[0003] 碘代消毒副產物（I-DBPs)是飲用水消毒過程中發現的一類暫未受控的新興高致 毒性消毒副產物，占總鹵代有機物(T0X)的1 %左右。早在1975年就有報道稱碘代三鹵甲烷 已經被確認為氯和氯胺消毒的副產物，但之后的研究一直僅關注碘代三鹵甲烷產生的不良 氣味和藥物口感對飲用水的影響，僅規定了其在飲用水中的嗅閾值范圍（0.02~5yg/L)。由 于缺乏完整的人群暴露的流行病學數據，以及不同國家飲用水加工工藝的差異，造成I-DBPS種類繁多和數量不一等狀況，世界衛生組織、美國EPA、歐盟和我國未對碘代消毒副產 物在飲水中含量提出限量控制要求，也造成碘代副產物尚未引起人們的足夠重視。
[0004] 碘代副產物具有極強的細胞毒性和遺傳毒性，新近研究表明，碘代副產物的細胞 和遺傳毒性遠高于溴代副產物(Bromo-DBPs)和氯代副產物(Chloro-DBPs)。三碘甲烷的細 胞毒性是三氯甲烷的146倍、三溴甲烷的60倍;碘乙酸的致突變性是二氯乙酸的500多倍，是 二溴乙酸的2.6倍，碘乙酸是迄今為止最具有基因毒性的消毒副產物，較低水平就可以影響 小鼠胚胎的發育。此外，碘代消毒副產物會導致飲用水具有不良氣味和藥物口感。鑒于碘代 消毒副產物極高的毒性，且其尚未被列入水質指標的日常監控范圍，一旦飲用水中出現碘 代副產物，將會對居民健康構成更大的威脅。
[0005] 碘離子與消毒劑反應的最終產物形態是影響碘代副產物形成的關鍵過程。在飲用 水消毒過程中，碘離子（I-)首先可與消毒劑或氧化劑反應生成次碘酸(H0I)，H0I后續的反 應路徑將決定碘代副產物的生成情況。總體上看，有兩種主要路徑。途徑一為H0I與水中的 天然有機物(N0M)發生一系列復雜反應而生成碘代消毒副產物，包括碘代酸和碘代甲烷兩 類，均具有較強的毒性;途徑二是H0I被進一步氧化生成亞碘酸鹽(102_)以及碘酸鹽（103_)。 1-、10 2_、I03-均無法與天然有機物(N0M)直接反應生成碘代消毒副產物，且最終產物碘酸鹽 與高致癌性物質溴酸鹽不同，碘酸鹽可以在人體內通過谷胱甘肽的作用迅速降解成被人體 甲狀腺所吸收的碘離子而對人體無害因此，如果能促成途徑二的反應，即盡可能實現的將 碘離子向碘酸鹽的有效轉化，就可以避免碘代消毒副產物的生成。 【實用新型內容】
[0006] 本實用新型即是針對上述問題，提供一種控制水中碘代消毒副產物的系統。
[0007] 具體來說，所述的控制水中碘代消毒副產物的系統，包括依次相連的1)過硫酸鹽 活化裝置、2)高級氧化裝置、3)混凝沉淀裝置以及4)過濾處理裝置。
[0008] 進一步的，所述過硫酸鹽活化裝置包括過硫酸鹽儲存池、鐵鹽儲存池和過硫酸鹽 活化池，過硫酸鹽儲存池通過流量計和投藥栗通入過硫酸鹽活化池內，鐵鹽儲存池通過流 量計和投藥栗通入過硫酸鹽活化池內，在過硫酸鹽活化池內，鐵鹽活化過硫酸鹽產生持續 穩定的硫酸根自由基。
[0009] 進一步的，所述高級氧化裝置包括進水管、進水栗、進水液位流量計、氧化池、攪拌 器和過硫酸鹽加投裝置，進水管通過進水栗和進水液位流量計通入氧化池，攪拌器插入氧 化池內，過硫酸鹽加投裝置連接過硫酸鹽活化池和氧化池，將硫酸根自由基引入氧化池中， 與碘離子迅速氧化成無毒無害的碘酸鹽。過硫酸鹽加投裝置包括過硫酸鹽加投流量計和過 硫酸鹽加投栗，可根據進水水質的變化，對藥劑投加量進行實時調控，在保證水質的情況 下，節省藥劑。
[0010] 進一步的，所述混凝沉淀裝置包括混合池、沉淀池、攪拌器、聚合氯化鋁(PAM)加投 栗和排泥裝置，混合池與氧化池相通，沉淀池與混合池相通，排泥裝置位于沉淀池底部，攪 拌器插入混合池內，聚合氯化鋁(PAM)加投栗與混合池相通，在此階段強化有機前體物的去 除。
[0011] 進一步的，所述過濾處理裝置包括過濾器、反沖洗進水管、反沖洗流量計、出水管 和溢流管，所述過濾器與沉淀池連通，過濾器的底部設有出水管，過濾器的上部設有溢流 管，反沖洗進水管通過反沖洗流量計連通過濾器。
[0012] 更進一步的，所述過濾器包括活性炭過濾器。
[0013] 利用上述系統來控制水中碘代消毒副產物，將水中的碘離子氧化成無毒無害的碘 酸鹽，從而避免碘代消毒副產物的生成。所用的氧化劑為鐵鹽活化過硫酸鹽所產生的硫酸 根自由基，利用其強氧化性來氧化碘離子。
[0014] 利用上述系統來控制水中碘代消毒副產物，可控制的碘代消毒副產物包括:碘代 甲烷、碘代酸、碘代酰胺、碘代乙腈四大類。碘代甲烷具體包括：一氯一碘一溴甲烷 (0^(：11))、一碘二溴甲烷(0^ 21))、一碘二氯甲烷(01(：121))、一氯二碘甲烷(01(：112))、 一溴二碘甲烷(CHBr12)和三碘甲烷(CHI3);碘代酸包括碘乙酸、溴碘乙酸、（E)_3_溴_3J典丙 烯酸、（Z)_3_溴_3_碘丙烯酸和(E)_2_碘_3_甲基丁烯二酸;碘代酰胺具體包括:碘乙酰胺 (IAcAm)、二碘乙酰胺(DIAcAm)、溴碘乙酰胺(BIAcAm)和氯碘乙酰胺(CIAcAm);碘代乙腈類 副產物具體包括碘乙腈(ICN)、二碘乙腈(DICN)、溴碘乙腈(BICN)和氯碘乙腈(CICN)。
[0015] 本實用新型所述的控制水中碘代消毒副產物的系統，將水中的碘離子氧化成無毒 無害的碘酸鹽，從而避免碘代消毒副產物的生成。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本實用新型所述的控制水中碘代消毒副產物的系統的實施例的結構示意 圖。
【具體實施方式】
[0017] 以下結合附圖，對本實用新型所述的技術方案進行非限制性地描述，目的是便于 公眾更好理解所述技術方案。
[0018] 如圖1所示，本實用新型所述的控制水中碘代消毒副產物的系統，包括依次相連 的：過硫酸鹽活化裝置、高級氧化裝置、混凝沉淀裝置以及過濾處理裝置。所述過硫酸鹽活 化裝置包括過硫酸鹽儲存池11、鐵鹽儲存池12和過硫酸鹽活化池10,過硫酸鹽儲存池11通 過流量計110和投藥栗111通入過硫酸鹽活化池10內，鐵鹽儲存池12通過流量計120和投藥 栗121通入過硫酸鹽活化池10內，在過硫酸鹽活化池10內，鐵鹽活化過硫酸鹽產生持續穩定 的硫酸根自由基。所述高級氧化裝置包括氧化池20、攪拌器21、過硫酸鹽加投裝置22、進水 管23、進水栗24、進水液位流量計25,進水管23通過進水栗24和進水液位流量計25通入氧化 池20,攪拌器21插入氧化池20內，過硫酸鹽加投裝置22連接過硫酸鹽活化池10和氧化池20， 將硫酸根自由基引入氧化池20中，與碘離子迅速氧化成無毒無害的碘酸鹽，過硫酸鹽加投 裝置22包括過硫酸鹽加投流量計和過硫酸鹽加投栗，可根據進水水質的變化，對藥劑投加 量進行實時調控，在保證水質的情況下，節省藥劑;所述混凝沉淀裝置包括混合池30、攪拌 器31、聚合氯化鋁(PAM)加投栗32、沉淀池33和排泥裝置34,混合池30與氧化池20相通，攪拌 器31插入混合池30內，聚合氯化鋁(PAM)加投栗32與混合池30相通，沉淀池33與混合池30相 通，排泥裝置34位于沉淀池33底部，在此階段強化有機前體物的去除;所述過濾處理裝置包 括活性炭過濾器40、過濾器的上部設有溢流管41，過濾器的底部設有出水管42,反沖洗進水 管43通過反沖洗流量計44連通過濾器。
[0019] 利用本實用新型所述的控制水中碘代消毒副產物的系統，進行控制水中碘代消毒 副產物，在過硫酸鹽活化裝置階段進行鐵鹽活化過硫酸鹽，產生持續穩定的硫酸根自由基 (S041);在氧化裝置階段，硫酸根自由基(S041)的強氧化作用將碘離子迅速氧化成無毒無 害的碘酸鹽;在混凝沉淀裝置階段完成強化有機前體物的去除;在過濾處理裝置階段去除 水中過量的鐵離子。
[0020] 具體的，反應機理及反應式說明：
[0021] 1)活化反應段：
[0022] 以亞鐵為例，亞鐵活化過硫酸鹽反應式（1 -1)。反應過程中產生的Fe3+，是一種環境 友好型混凝劑，廣泛應用于飲用水的處理，可以有效的強化混凝單元的效果，去除有機污染 物，可以從另一個途徑強化碘代消毒副產物控制中有機前體物的去除效果。
[0023]
[0024] 活化產生的硫酸根自由基S04h在中性和酸性條件下較穩定;而在偏堿性條件下， 生成的S04h會進一步發生反應生成同樣具有強氧化性的0H'（反應式（1-2)、（1-3))dCV-與〇H'共存于水溶液中，形成雙自由基反應體系。在I-DBPs的控制中，雙自由基體系具有其 他氧化法不可比擬的優勢：首先，雙自由基體系的適用pH范圍更廣，在酸性、中性及堿性條 件下均具有較好的活性;其次，雙自由基使得反應體系氧化能力變得更加豐富，可以彌補單 獨S04h與0H'對于有機前體物去除的狹隘性，能夠更全面的會與碘離子以及有機前體物發 生一系列的鏈式自由基反應，實現I-DBPs的有效控制。
[0025]
(1_2)
[0026]
(1-3)
[0027] 2)高級氧化反應段
[0028] 碘離子(I-)首先可與S04?-與0H?反應生成次碘酸(H0I)(式（1-4)-式（1-6))，H0I被 進一步氧化生成亞碘酸鹽（1〇2_)以及碘酸鹽(1〇3_)。（式（1-6))
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]
[0033] 具體的，所述的控制水中碘代消毒副產物的方法，包括如下步驟：
[0034]A:鐵鹽活化過硫酸鹽產生持續穩定的硫酸根自由基(S04^);
[0035] B:硫酸根自由基的強氧化作用將碘離子迅速氧化成無毒無害的碘酸鹽；
[0036]C:強化有機前體物的去除；
[0037] D:去除水中過量的鐵離子。
[0038] 所述步驟A包括如下步驟：
[0039] 1):所述的鐵鹽包括也2+』6。、卩63〇4、卩6-卩62〇3 ;
[0040] 2):所述的過硫酸鹽包括:過一硫酸鹽(peroxymonosulfate，PMS)和過二硫酸鹽 (peroxydisulfate,PDS)；
[0041 ] 3):鐵鹽（以Fe計)與過硫酸鹽的摩爾比為0.8:1;
[0042] 4):鐵鹽的投加反應時間為15分鐘，鐵鹽的投加方式包括一段投加、兩段投加、三 段投加以及連續投加。
[0043] 所述步驟B包括如下步驟：
[0044] 1)過硫酸鹽與水中初始碘離子(I-)的摩爾比為10:1加投；
[0045] 2)氧化反應時間為12分鐘；
[0046] 3)溶液pH范圍為5;
[0047] 4)反應溫度為20°C。
[0048] 所述步驟C通過混凝沉淀單元強化有機前體物的去除，通過加投聚合氯化鋁 (PAM)，同時利用步驟A所產生的Fe3+強化混凝效果，達到強化去除有機前體物的目的，所述 步驟C中，1)混合攪拌反應轉速為200r/min; 2)混合攪拌反應時間為15min。
[0049] 所述步驟D具體為利用活性炭的截留吸附作用去除水中過量的鐵離子，所述生物 活性炭為碳柱，所述碳柱的高度為〇. 9m，EBCT控制在18min，反沖洗采用水沖的方式，沖洗水 強度為17L/m2.s，時間為8min。
[0050] 應該理解的是，上述內容包括附圖不是對所述技術方案的限制，事實上，在相同或 近似的原理下，對所述技術方案進行的改進，包括系統中各部分裝置的形狀、尺寸、所用材 質，相同或近似功能元件的等同替換，由此得到的技術方案都在本實用新型所要求的技術 方案之內。
【主權項】
1. 一種控制水中碘代消毒副產物的系統，其特征在于:包括依次相連的過硫酸鹽活化 裝置、高級氧化裝置、混凝沉淀裝置以及過濾處理裝置。2. 根據權利要求1所述的控制水中碘代消毒副產物的系統，其特征在于:所述過硫酸鹽 活化裝置包括過硫酸鹽儲存池、鐵鹽儲存池和過硫酸鹽活化池，過硫酸鹽儲存池通過流量 計和投藥栗通入過硫酸鹽活化池內，鐵鹽儲存池通過流量計和投藥栗通入過硫酸鹽活化池 內，在過硫酸鹽活化池內，鐵鹽活化過硫酸鹽產生持續穩定的硫酸根自由基。3. 根據權利要求1或2所述的控制水中碘代消毒副產物的系統，其特征在于:所述高級 氧化裝置包括進水管、進水栗、進水液位流量計、氧化池、攪拌器和過硫酸鹽加投裝置，進水 管通過進水栗和進水液位流量計通入氧化池，攪拌器插入氧化池內，過硫酸鹽加投裝置連 接過硫酸鹽活化池和氧化池，將硫酸根自由基引入氧化池中，與碘離子迅速氧化成無毒無 害的碘酸鹽，過硫酸鹽加投裝置包括過硫酸鹽加投流量計和過硫酸鹽加投栗，可根據進水 水質的變化，對藥劑投加量進行實時調控，在保證水質的情況下，節省藥劑。4. 根據權利要求1或2所述的控制水中碘代消毒副產物的系統，其特征在于:所述混凝 沉淀裝置包括混合池、沉淀池、攪拌器、聚合氯化鋁(PAM)加投栗和排泥裝置，混合池與氧化 池相通，沉淀池與混合池相通，排泥裝置位于沉淀池底部，攪拌器插入混合池內，聚合氯化 鋁(PAM)加投栗與混合池相通，在此階段強化有機前體物的去除。5. 根據權利要求1或2所述的控制水中碘代消毒副產物的系統，其特征在于:所述過濾 處理裝置包括過濾器、反沖洗進水管、反沖洗流量計、出水管和溢流管，所述過濾器與沉淀 池連通，過濾器的底部設有出水管，過濾器的上部設有溢流管，反沖洗進水管通過反沖洗 流量計連通過濾器。6. 根據權利要求5所述的控制水中碘代消毒副產物的系統，其特征在于:所述過濾器包 括活性炭過濾器。
【文檔編號】C02F9/04GK205687687SQ201620513618
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年5月31日 公開號201620513618.2, CN 201620513618, CN 205687687 U, CN 205687687U, CN-U-205687687, CN201620513618, CN201620513618.2, CN205687687 U, CN205687687U
【發明人】董紫君, 姜成春, 朱佳
【申請人】深圳職業技術學院