一種有機微污染飲用水應急處理方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種有機微污染飲用水應急處理方法，其特征在于；在受到有機微污染的飲用水中加入電解質硫酸鈉，采用工業化電極，陽極為鈦基二氧化鉛，陰極為鈦網，電氧化的同時進行微孔曝氣處理，并添加雙氧水，使有機污染物直接或間接地發生氧化還原反應，最終轉化為CO2、H2O，實現無害化。本發明處理過程簡單，處理費用低，處理迅速，能確保生活飲用水源水的出水安全。
【專利說明】一種有機微污染飲用水應急處理方法及其裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于飲用水給水處理領域，涉及了利用電氧化技術對受到有機微污染生活飲用水的應急處理，尤其涉及微孔曝氣強化電氧化技術，能凈化大部分有機微污染物質為無害物質，保證應急情況下飲用水出水安全。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著我國經濟的持續高速發展，工業企業的種類和數目大量增加，但由于長期以來的工業布局不合理，眾多工業企業布設在江河湖庫附近，埋下了水源水發生突發性污染事故的隱患。此外，由于化學品運輸中車輛船只的超載現象嚴重，存在著因運輸事故而造成化學品泄露的危險，從而使事故發生地周圍的水源面臨著污染。正是由于這些風險源的存在，近年來我國因突發性事故造成水源水污染而引起的城市供水事故時有發生，嚴重影響了人們的正常生活和生產，對生活飲用水使用安全構成了嚴重威脅。研究者對我國城市水源地突發污染事件進行了不完全統計分析，結果表明我國城市水源地突發污染事件總體呈現數量逐年增多，危害逐漸增大的趨勢，主要突發污染物是各種化學品和污水，突發性水源污染已成為一個日益突出的問題。
[0003]突發性水污染事故雖然是一種小概率事件，具有不可預見性，但又難以完全避免；雖然持續時間短，但后果嚴重，對城市供水安全構成巨大威脅。此外，由于突發污染物種類復雜多樣，水質快速分析難度大，難以及時確定相應的應急處理方案，使得突發污染物經過常規給水處理工藝后仍然留在出水中，經過給水管網流入用戶。
[0004]近年來，隨著水源水污染的加重，許多給水廠增加了預處理或深度處理環節，強化了處理能力。但這些給水廠一般是按應對持續性、常規的水源水質情況設計的，如受C0D、氨氮等生活污染的水源水，而非突發性的、特殊難處理的污染水。突發污染物往往具有種類復雜多樣、難處理、短時間高濃度等特點，一般來說現有給水廠處理工藝設施是難以應對的，因此就需要設置應對突發性微污染的應急處理裝置或方法。
[0005]現有的應對突發性微污染的處理技術主要有強化常規工藝法、活性炭吸附法和化學氧化法。強化常規工藝是在常規凈水工藝的基礎上發展起來的去除水中微污染物的一種工藝，它通常是指對混凝工藝進行強化和優化，從而進一步提高對水中有機污染物的凈化效果，但這種工藝通常需要知道微污染物質的性質和種類，選擇合適的混凝劑強化去除，且部分有機污染物本身就無法通過混凝被去除。活性炭吸附法雖然能應對大部分有機污染物，但存在吸附飽和、需要再生處理等問題，且一些有機污染物被吸附后難以再被脫附，因此這種處理方法投資費用較大。化學氧化法主要是指添加大量化學氧化劑，如氯氣、臭氧、高錳酸鉀等，雖然它們也能較徹底氧化有機污染物，但由于添加量不容易控制，量多或量少都會影響出水水質，可能會存在二次污染的隱患；同時添加這些物質的設備較復雜、費用較大，且存在化學氧化劑失效等問題，所以應用的實際經驗并不多。
[0006]專利號為200920056795.2，專利名稱為“一種廢水處理裝置”的中國專利中公開了一種廢水處理裝置，其包括有至少一個曝氣催化微電解單元和至少一個催化電氧化反應單元，所有曝氣催化微電解單元首尾順次連接在一起，每個曝氣催化微電解單元包括有分別設有進水口和出水口的曝氣催化微電解池、第一調節池，每個曝氣催化微電解池內裝有原電池填料；所有催化電氧化反應單元首尾順次連接在一起，每個催化電氧化反應單元包括有分別設有進水口和出水口的催化電氧化反應池、第二調節池,每個催化電氧化反應池內裝有催化活性填料，催化電氧化反應池內設置有催化電極，該催化電極與電源連接。上述現有技術的缺陷和不足是催化電氧化并未和曝氣結合，無法體現兩者的協同效果；曝氣催化微電解和曝氣電氧化是兩個完全不同的概念，前者不需要外加電源，利用原電池原理進行氧化，而后者需要外加電源，兩種操作方式完全不同。此外，該專利中也未給出具體的電流密度及是否需要電解質等信息，無法供相關領域的技術人員參考。
[0007]專利號為201320428243.6，專利名稱為“一種用于電解氧化處理含氰廢液的電解槽”的中國專利公開了一種處理含氰廢液的電解槽，該電解槽槽體內部設置有相互平行的隔板，隔板將電解裝置分割成多個相通的電氧化反應隔室；每個隔室內均設有電氧化極板并填加活性炭顆粒、導電陶瓷球等材料作為第三極電極；隔室底部設有曝氣攪拌部件使第三極電極和含氰廢液處于攪動狀態，使電化學氧化破氰效率更高，達到深度處理含氰廢水的結果。上述現有技術的局限和不足是電解過程中電流較大，存在一定的危險，且每一隔室的電極數為偶數(即陰極和陽極相等)，不能最大限度地利用電極面積，提高電氧化效率；此外，由于在電解槽中添加了顆粒活性炭，因此在電解結束后需要靜置一定時間后才能排放處理液，所以操作不連續，較復雜。
[0008]專利號為201320766922.4，專利名稱為“電鍍廢水處理設備”的中國專利中公開了一種電鍍廢水處理設備，包括依次布置且依次連通的綜合調節池、pH調節池、初沉池、中間水池、高級電化學一體機、反應沉淀池、曝氣池、終沉池、砂濾池、碳濾池以及達標排放池。上述現有技術的不足是曝氣和電氧化不是設置在一個池子內，且曝氣池設置在電氧化裝置后，無法體現曝氣對電氧化的效果。
[0009]因此，研發一種應對水源水突發水質污染的快速應急處理技術，對有效提高供水方應對突發性水污染事件的應急處置能力、保障供水安全都具有重大意義，同時這也是供水方所面臨的重大需求。
【發明內容】
[0010]本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中的不足而提供一種處理過程簡單，處理費用低，處理迅速，能確保生活飲用水源水的出水安全的有機微污染飲用水應急處理方法及其裝置。
[0011]本發明解決上述技術問題采用的技術方案是:該有機微污染飲用水應急處理方法，其特征在于；在受到有機微污染的飲用水中加入電解質硫酸鈉，采用工業化電極，陽極為鈦基二氧化鉛，陰極為鈦網，電氧化的同時進行微孔曝氣處理，并添加雙氧水，使有機污染物直接或間接地發生氧化還原反應，最終轉化為C02、H2O,實現無害化。本發明采用采用鈦基二氧化鉛作為陽極，鈦網作為陰極，其好處是電極壽命較高，且該電極已商品化。電氧化的同時進行微孔爆氣并添加雙氧水的好處是微孔曝氣產生的微小氣泡能擾動反應體系，迅速帶走電極表面產生的物質，加快傳質，同時曝氣能增加水中氧氣的含量，提高電氧化效果；添加雙氧水的作用是其經電解后能產生大量的氧氣，氧氣在電極表面能形成臭氧，不僅提升了電氧化效果，而且還能起到消毒的作用，有助于殺滅微生物、藻毒素等生物性污染。
[0012]本發明所述的電解質硫酸鈉濃度為50-100mg/L。采用50_100mg/L的硫酸鈉作為電解質的好處是增加反應體系的導電性，確保電氧化過程能順利進行。該濃度范圍的硫酸鈉不會影響出水水質，且添加該濃度范圍的硫酸鈉滿足飲用水水質標準。
[0013]本發明所述的電流密度設置為2-10mA/cm2。電流密度設置為2-10mA/cm2的好處是該范圍內的電流密度就能達到很好的電氧化效果，且能耗不大。
[0014]本發明所述的電氧化過程中按照IL添加l_5mL的比例添加濃度為30%雙氧水。在電氧化的過程中添加上述濃度的雙氧水其好處是既保證了電氧化的效果，又考慮了技術的經濟成本。
[0015]本發明使用的電源為交流電源或直流電源，直流電源直接使用，交流電源采用轉化器轉變為直流電后使用。上述技術方案的好處是能適應不同的工作環境，陽光充足的地區可采用太陽能發電作為電源，且不需要電源轉化器；陽光不充足的地區可采用交流電(即民用電或工業用電)，配置電源轉化氣即可。
[0016]本發明所述的應急處理裝置，其特征在于:包括電源、電極、電氧化槽、雙氧水罐和硫酸鈉溶液罐，電極設置在電氧化槽內，電源與電極連接，所述的電極包括η塊陽極和η+1塊陰極，陽極和陰極交替間隔設置，電氧化槽底部設置有微孔曝氣裝置，雙氧水罐和硫酸鈉溶液罐分別通過計量泵與電氧化槽連通。上述電極設置方式的好處是最大限度的利用電極面積，充分使用了陽極，因為有機物氧化主要發生在陽極表面，其余結構的優點是能保證微孔曝氣強化電氧化過程順利完成。
[0017]本發明所述的相鄰兩塊電極之間的間距為5-20cm2，上述技術方案的好處是既保證了電氧化的效果，又能使整個裝置緊湊，體積輕便。
[0018]本發明與現有技術相比具有以下優點:本發明通過微孔曝氣強化電氧化能有效應對許多有機污染物引起的微量污染，能在較短時間內獲得較好的處理效果。此外在電解過程中添加了一定量的雙氧水，通過電氧化產生臭氧，還能有效去除微生物、藻毒素等生物性污染，減少后續處理工藝中消毒劑的使用量，提升生活飲用水的出水安全。微孔曝氣強化電氧化技術及其裝置將有效應對突發情況下有機污染物引起的微污染，在給水處理的工程實踐中極具開發潛力和應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明裝置結構示意圖。
[0020]圖2為本發明所述方法對鄰叔丁基苯酚的處理效果示意圖。
[0021]圖3為本發明所述方法對微污染水中未知有機物的去除效果圖。
【具體實施方式】
[0022]實施例1
參見圖1，本發明所述的應急處理裝置，包括電源1、電極2、電氧化槽3、雙氧水罐4和硫酸鈉溶液罐5，電極2設置在電氧化槽3內，電源I與電極2連接，所述的電極2包括η塊陽極2-1和η+1塊陰極2-2，陽極2-1和陰極2_2交替間隔設置，相鄰兩塊電極之間的間距為5-20cm2。陽極為鈦基二氧化鉛，陰極為鈦網。電氧化槽3底部設置有微孔爆氣裝置6，微孔爆氣裝置6與氣泵7連接。雙氧水罐4和硫酸鈉溶液罐5分別通過計量泵與電氧化槽3連通。電源I為交流電源或直流電源，直流電源直接使用，交流電源采用轉化器轉變為直流電后使用。
[0023]配置5mg/L和2mg/L的鄰叔丁基苯酹溶液各1600mL,置于電氧化槽3中，并開啟微孔曝氣裝置6。加入電解質硫酸鈉,濃度達到100mg/L,同時加入4mL雙氧水,連接好陰極和陽極后，開始電氧化實驗，電流密度分別設置為2和5mA/cm2。每隔5min取樣，用高效液相色譜對樣品中鄰叔丁基苯酚濃度進行分析。
[0024]結果如圖2所示。可以發現，當電流密度為2mA/cm2時，2mg/L的叔丁基苯酚分別在30min被去除91% ;當電流密度為5 mA/cm2時,5mg/L的叔丁基苯酹分別在15min被去除86%。
[0025]實施例2
利用實施例1中所述的應急處理裝置對亞甲基藍溶液進行脫色處理，具體過程如下:配置一定色度的亞甲基藍溶液100mL,置于電氧化槽3中，并開啟微孔曝氣裝置6。加入電解質硫酸鈉，濃度達到60mg/L，同時加入2mL雙氧水，連接好陰極和陽極后，開始電氧化實驗，電流密度設置為10mA/cm2。分別于Omin、15min、30min、45min、60min取樣，肉眼分析脫色效果，并在波長664nm處測定了溶液的吸光度值。
[0026]可以發現，當電流密度為lOmA/cm2，脫色效果較好。電氧化30min后，就能觀察到亞甲基藍溶液的褪色效果，電氧化60min后，藍色明顯褪去。表1是亞甲基藍溶液吸光度值隨處理時間的變化情況。
[0027]表1亞甲藍溶液吸光度隨處理時間的變化情況(λ =664nm)
【權利要求】
1.一種有機微污染飲用水應急處理方法，其特征在于；在受到有機微污染的飲用水中加入電解質硫酸鈉，采用工業化電極，陽極為鈦基二氧化鉛，陰極為鈦網，電氧化的同時進行微孔曝氣處理，并添加雙氧水，使有機污染物直接或間接地發生氧化還原反應，最終轉化為CO2、H2O,實現無害化。
2.根據權利要求1所述的有機微污染飲用水應急處理方法，其特征在于:所述的電解質硫酸鈉濃度為50-100mg/L。
3.根據權利要求1所述的有機微污染飲用水應急處理方法，其特征在于:所述的電流密度設置為2-10mA/cm2。
4.根據權利要求1所述的有機微污染飲用水應急處理方法，其特征在于:所述的電氧化過程中按照IL添加l-5mL的比例添加濃度為30%的雙氧水。
5.根據權利要求1所述的有機微污染飲用水應急處理方法，其特征在于:使用的電源為交流電源或直流電源，直流電源直接使用，交流電源采用轉化器轉變為直流電后使用。
6.一種實現權利要求1所述的方法的應急處理裝置，其特征在于:包括電源、電極、電氧化槽、雙氧水罐和硫酸鈉溶液罐，電極設置在電氧化槽內，電源與電極連接，所述的電極包括η塊陽極和η+1塊陰極，陽極和陰極交替間隔設置，電氧化槽底部設置有微孔爆氣裝置，雙氧水罐和硫酸鈉溶液罐分別通過計量泵與電氧化槽連通。
7.根據權利要求4所述的應急處理裝置，其特征在于:所述的相鄰兩塊電極之間的間距為 5-20 cm2。
【文檔編號】C02F1/72GK104163478SQ201410378732
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月4日 優先權日:2014年8月4日
【發明者】陳致 申請人:陳致